譽(yù)鼎環(huán)境周克山：“活性炭吸附耦合多段爐再生工藝”在污水提標(biāo)改造中的應(yīng)用

在“2020(第十二屆)上海水業(yè)熱點(diǎn)論壇”上，譽(yù)鼎環(huán)境總工周克山從污水處理用活性炭的特性、活性炭處理污水工藝、工藝性價(jià)比分析、典型案例四個(gè)方面分享了活性炭吸附耦合多段爐再生工藝在污水處理當(dāng)中的應(yīng)用。

9月17日，“2020(第十二屆)上海水業(yè)熱點(diǎn)論壇”召開，本屆論壇以“面向未來的污水處理行業(yè)系統(tǒng)升級”為主題。南京譽(yù)鼎環(huán)境科技有限公司總工周克山從污水處理用活性炭的特性、活性炭處理污水工藝、工藝性價(jià)比分析、典型案例四個(gè)方面分享了“活性炭吸附耦合多段爐再生工藝——在污水處理當(dāng)中的應(yīng)用”。

周克山

污水處理用活性炭的特性

活性炭材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水、有機(jī)溶劑。

污水吸附活性炭選用了2—100毫米的活性炭材料。活性炭易于吸附的物質(zhì)主要有四種，第一類，色度、異臭，亞甲藍(lán)表面活性物質(zhì);第二類，除草劑、殺蟲劑、農(nóng)藥、合成洗滌劑;第三類是苯類化合物、酚類化合物、氰類化合物、胺類化合物常規(guī)的化學(xué)物質(zhì);第四類物質(zhì)主要是人工合成的其他大部分有機(jī)化合物、高濃鹽水中的有機(jī)物。

周克山介紹，活性炭對有機(jī)物的吸附規(guī)律表現(xiàn)為對芳香族化合物的吸附優(yōu)于對非芳香族化合物的吸附，如對苯的吸附優(yōu)于對環(huán)己烷的吸附;對帶有支鏈的烴類吸附，總是優(yōu)于對直鏈烴類的吸附;對不含無機(jī)基團(tuán)的有機(jī)物吸附總是優(yōu)于含無機(jī)基團(tuán)的化合物，如對苯的吸附總是優(yōu)于對吡啶的吸附;對分子量大的和沸點(diǎn)高的化合物的吸附總是優(yōu)于分子量小的和沸點(diǎn)低的化合物。

這些特點(diǎn)與污水中的不易生化有機(jī)物基本是相對應(yīng)的，所以活性炭的吸附非常適合于高濃水的吸附和活性生化水的吸附。

論壇現(xiàn)場，周克山介紹了活性炭加熱再生的四個(gè)過程，原始狀態(tài)時(shí)活性炭孔道里面，大部分被水充填。干燥階段，將含水率在50%～80%的濕炭，在100-250℃溫度下加熱，首先炭粒內(nèi)水分蒸發(fā)，部分低沸點(diǎn)有機(jī)物也隨之脫附揮發(fā)。此階段需要大量熱量，占再生總能耗的50%—70%。脫附炭化/焙燒階段，從250℃~700℃，低沸點(diǎn)的有機(jī)物首先開始脫附,到高溫時(shí)，高沸點(diǎn)有機(jī)物被熱分解，一部分轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)脫除，其余部分通過縮聚以固定碳的形態(tài)殘留下來。此階段，再生炭的吸附能力已恢復(fù)60%。最后一個(gè)階段是再生、活化階段，炭化過后殘留在活性炭微孔中的固定炭，需用水蒸汽、CO2等氧化性氣體進(jìn)行氣化反應(yīng)，使殘留碳化物在850℃左右氣化成CO2，CO等氣體。使微孔表面得到清理，恢復(fù)其吸附性能。

活性炭處理污水工藝

周克山指出，活性炭吸附主要用于污水處理工藝的兩個(gè)方面，一方面是污水深度處理，第二方面是中水回用。在污水處理方面，可應(yīng)用于生化工藝后端，替代氧化工藝;出水COD可達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn);可應(yīng)用于生化前端，直接吸附有毒、極不易生化污水中的有機(jī)物;提高B:C比，滿足進(jìn)行生化的要求。在中水回用方面，一方面用于進(jìn)膜組前的污水的吸附，降低污水的COD、色度，延長膜組的使用周期;另一方面用于吸附去除膜后高含鹽濃水中再次富集的COD。以達(dá)到延長RO膜組的使用周期;蒸鹽工序的長周期穩(wěn)定運(yùn)行;提高產(chǎn)品鹽的色度、純度。

活性炭吸附耦合多段爐再生工藝的流程。水從底部進(jìn)、頂部出，每天定時(shí)押送一定的保護(hù)炭，為了保持炭的平衡，定期補(bǔ)充一定的新鮮炭。

吸附床采用了移動床的結(jié)構(gòu)，移動床的炭層與流體呈逆向，飽和炭層間歇式地被移出，再生炭/補(bǔ)充新炭從床層頂加入，床層內(nèi)形成由底到頂吸附飽和度濃度差，頂部接觸的是“新鮮”活性炭層。沿床層高度形成：“飽和層”“欠飽和層”“新鮮炭層”，進(jìn)液污染物流量或濃度大幅波動也不易發(fā)生“吸附穿透”現(xiàn)象，能夠確保出料品質(zhì)仍然處于穩(wěn)定的、達(dá)標(biāo)狀態(tài)。移動床底部過濾掉進(jìn)水中的大部分的SS，通過定期排炭，將這部分SS排出床層，與飽和炭一并進(jìn)入多段爐熱解/焚燒掉。吸附床的中上部活性炭吸附過程將不受SS影響。

談到多段爐再生的技術(shù)來源，周克山講到，可控溫多段爐最早源于上世紀(jì)五十年代的美國的 Nichols公司設(shè)計(jì)制造的工業(yè)窯爐，后經(jīng)日本、中國臺灣等不斷改進(jìn)，是礦物焙燒、活性炭制造/再生、污泥熱解的主流爐型。南京譽(yù)鼎環(huán)境科技有限公司經(jīng)過十年的開發(fā)，已實(shí)現(xiàn)多段爐85%部件國產(chǎn)化，價(jià)格、技術(shù)等均能被市場所接受。開發(fā)了污水/糖業(yè)/聚乳酸活性炭吸附&多段爐廢炭再生工藝、污泥熱解工藝、活性炭制造工藝等。在運(yùn)多段爐系統(tǒng)多達(dá)30余套，爐型直徑可以從φ1800→φ8000，爐床層數(shù)從6→16層。早期爐型已穩(wěn)定運(yùn)行近十年。

下圖是一個(gè)爐的剖面圖。在活性炭再生階段，上邊一層主要是干燥階段，把水蒸掉，中間層是烘焙階段，主要是有機(jī)物的(分解)階段，下邊一層是通過蒸汽進(jìn)行活性的階段。

耦合工藝技術(shù)具有哪些優(yōu)勢呢?周克山講到， 活性炭水力集約密閉輸送系統(tǒng)具備一定的優(yōu)勢：活性炭輸送過程中磨損少，機(jī)械故障風(fēng)險(xiǎn)低、活性炭輸送效率高。其次，多段爐活性炭再生系統(tǒng)具備裝備優(yōu)勢：溫度分層、氣氛分層控制、多種操作模式、能源消耗低、運(yùn)行穩(wěn)定性高、炭損失率低、再生炭品質(zhì)好。

活性炭再生系統(tǒng)，是一個(gè)危廢項(xiàng)目，對尾氣的控制相對比較嚴(yán)，通過利用覆PTFE膜材料為主的布袋進(jìn)行除塵，使塵<10mg/Nm3。酸性氣體滿足SO2<30 mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。通過增加脫銷設(shè)施，可滿足氮氧化物<50 mg/Nm3。滿足二噁英< 0.1nmg/Nm3?；究梢詽M足歐洲的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

下圖是多段爐出口尾氣的處置工藝流程，有后燃室、余熱鍋爐、脫硫塔等等。

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編輯：趙凡