大規(guī)模工業(yè)廢水新型活性炭吸附深度處理

工藝簡(jiǎn)介

中優(yōu)活性炭

          二〇一四年十月二十四日

大規(guī)模工業(yè)廢水深度處理是一個(gè)難題

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市周邊工業(yè)園區(qū)大量出現(xiàn)，工業(yè)園區(qū)的污水處理廠一般為多種工業(yè)的混合廢水，水量大，成分復(fù)雜，可生化性很差，再加國(guó)家對(duì)廢水處理標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，以往廣為應(yīng)用的生化處理工藝，甚至加上傳統(tǒng)的深度處理工藝，對(duì)我國(guó)水污染考核的主要指標(biāo)COD也很難達(dá)標(biāo)。

目前，可用于難生化降解工業(yè)廢水深度處理的工藝多借鑒給水，或在小規(guī)模工業(yè)廢水中試用過(guò)，成功的經(jīng)驗(yàn)不多，它們是：加藥混凝法；臭氧氧化法；fenton氧化法；活性炭吸附法等。  

“加藥-混凝-沉淀”法，是較常用的傳統(tǒng)污水深度處理方法，適用于膠體較多的工業(yè)廢水，多數(shù)有效，但難以達(dá)到 “一級(jí)A標(biāo)”；少數(shù)廢水雖可達(dá)標(biāo)，但加藥量很大，不僅運(yùn)行成本高，所產(chǎn)大量化學(xué)污泥的處置及造成的二次污染，已成另一難題。

臭氧氧化以往曾用于給水，很少用于大規(guī)模工業(yè)廢水的處理，因?yàn)橛贸粞跹趸鉀QCOD達(dá)標(biāo)問(wèn)題，臭氧的投加量很大，臭氧現(xiàn)場(chǎng)制取的設(shè)備費(fèi)和制取成本都很高，其運(yùn)行費(fèi)很難被接受。此外，有很多工業(yè)廢水臭氧的效果并不理想。

Fenton氧化，目前在高濃度工業(yè)廢水治理項(xiàng)目中已有應(yīng)用，需調(diào)低及調(diào)回PH，投加大量藥物，不適用出水要求較高的廢水。此工藝不僅運(yùn)行成本高，所產(chǎn)大量化學(xué)污泥也是一大難題。

“活性炭吸附”是污水三級(jí)處理的方法之一，可去除一般生化處理和物化處理單元難以去除的污染物。吸附物的范圍很廣，不僅可以除臭、脫色、去除微量元素，而且還能吸附諸多類(lèi)型的有機(jī)物，如：高分子烴類(lèi)、鹵代烴、氯化芳烴、酚類(lèi)、苯類(lèi)以及殺蟲(chóng)劑等。活性炭吸附工藝，以往多用于給水行業(yè)，很少用于大規(guī)模工業(yè)廢水的處理，因?yàn)楣I(yè)廢水COD濃度高，活性炭飽和周期短，飽和炭必須實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)再生，否則運(yùn)行成本很高，失去使用價(jià)值。活性炭再生的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成熟，但活性炭吸附用于大規(guī)模廢水深度處理，不僅吸附系統(tǒng)的配水、布水、反洗等工程措施比較復(fù)雜；為了再生，飽和炭的提取、輸送、脫水以及再生炭的輸送、投加等環(huán)節(jié)的工程措施也無(wú)成功的先例可循。此因素限制了活性炭吸附工藝在大規(guī)模工業(yè)廢水深度處理中的應(yīng)用。

在我國(guó)大規(guī)模污水處理是**后近30年的事，廢水深度處理并回用則是近幾年的要求；各種工藝多在實(shí)驗(yàn)階段，應(yīng)用少，不成熟，設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，是當(dāng)前大規(guī)模工業(yè)廢水深度處理技術(shù)存在的主要問(wèn)題。社會(huì)急需和技術(shù)落后形成強(qiáng)烈的反差，技術(shù)創(chuàng)新迫在眉睫！

 

2 “大規(guī)模工業(yè)廢水新型活性炭吸附深度處理工藝及裝置” 

根據(jù)處理工業(yè)廢水的需要，經(jīng)多年年的試驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)出“大規(guī)模工業(yè)廢水新型活性炭吸附深度處理工藝及裝置”。該工藝采用煤質(zhì)顆粒活性炭對(duì)大規(guī)模難生物降解工業(yè)廢水進(jìn)行吸附深度處理。該工藝在吸取了國(guó)內(nèi)外**技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在工藝和設(shè)備上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新。通過(guò)大量小試、中試，開(kāi)發(fā)出吸附過(guò)濾單元裝置及活性炭提取、輸送、脫水、投加、再生等成套裝置。利用和原型同尺寸的吸附過(guò)濾單元裝置對(duì)不同工業(yè)廢水進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間中試研究，掌握了不同工業(yè)廢水適用的活性炭；不同煤種不同活化參數(shù)生產(chǎn)出適用不同廢水的活性炭。建立了活性炭再生實(shí)驗(yàn)室，安裝中試規(guī)模活性炭回轉(zhuǎn)再生爐，對(duì)一種活性炭已連續(xù)飽和/再生7次。幾年的實(shí)驗(yàn)及研究取得了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。采用本工藝及開(kāi)發(fā)的全套設(shè)備在工業(yè)廢水處理當(dāng)中已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行四年時(shí)間。

 

3 “大規(guī)模工業(yè)廢水新型活性炭吸附深度處理工藝”的特點(diǎn)

 “大規(guī)模工業(yè)廢水新型活性炭吸附深度處理工藝及裝置”，采用煤質(zhì)顆粒活性炭對(duì)大規(guī)模難生物降解工業(yè)廢水吸附處理，出水COD可優(yōu)于“一級(jí)A標(biāo)”，對(duì)色度及臭味的去除效果明顯；飽和活性炭經(jīng)熱再生后可再回用；全部工藝過(guò)程均采用集約化、智能化自動(dòng)控制，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；運(yùn)行成本僅為其它深度處理工藝(如O₃氧化)的1/2；基建及設(shè)備投資相對(duì)較低；處理過(guò)程不向水內(nèi)投加藥物，不產(chǎn)生造成二次污染的污泥或濃水，是典型的“綠色工藝”，主要特點(diǎn)為：

（1），適用各種難生物降解工業(yè)廢水對(duì)COD和色度的深度處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理對(duì)象廣譜。

（2）本工藝開(kāi)發(fā)的活性炭吸附設(shè)備、活性炭輸送設(shè)備及再生系統(tǒng)等，用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，解決了活性炭吸附用于大規(guī)模污水處理的難題。

（3）本工藝采用的煤質(zhì)破碎顆粒活性炭，原料來(lái)源廣、生產(chǎn)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，再生方便，對(duì)廢水中的大分子污染物吸附效果好。不同的工業(yè)廢水，適用不同品種的煤質(zhì)顆粒活性炭。

（4），飽和活性炭采用回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熱再生，可反復(fù)使用多次，效果并不降低，大大減少了運(yùn)行成本。

（5），深度處理單元不產(chǎn)生污泥、濃水等二次污染物，是典型的綠色水處理工藝；

（6），具有吸附和過(guò)濾兩種功能；

（7），運(yùn)行水頭低，運(yùn)行期可對(duì)活性炭進(jìn)行連續(xù)或間歇沖洗，可提高吸附性能和減少過(guò)濾水頭。

（8），炭的沖洗及飽和炭的排出共用一套壓縮空氣系統(tǒng)，設(shè)備及操作簡(jiǎn)單可靠；

4本工藝方案與臭氧氧化方案比較

4.1、比較方案

分析工程終端出水水質(zhì)及總出水要求，可能的工藝方案為：

（1）臭氧氧化方案，此工藝應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)廢水處理方面的工程實(shí)例很少，通過(guò)小試當(dāng)投加量及反應(yīng)時(shí)間合適也可達(dá)標(biāo)。工藝路線為：

“現(xiàn)終端出水——中間提升泵站——V型濾池——臭氧氧化系統(tǒng)”。

（2）《大規(guī)模工業(yè)廢水新型活性炭吸附深度處理工藝》方案，此工藝已有應(yīng)用于10萬(wàn)噸/日工業(yè)廢水處理的工程實(shí)例，效果很好。其工藝路線為：

“現(xiàn)終端出水——中間提升泵站——活性炭吸附過(guò)濾系統(tǒng)”。

4.2、方案比較說(shuō)明

（1）本次比較設(shè)計(jì)規(guī)模按2.0萬(wàn)噸/天。

（2）進(jìn)水按正常運(yùn)行時(shí)現(xiàn)終端出水COD=100mg/l，總出水要求達(dá)一級(jí)A標(biāo)。

（3）兩方案的中間提升泵站大致相同不參與比較，只 “臭氧氧化”、“濾池”和“吸附過(guò)濾”、“活性炭再生”進(jìn)行比較。

（4）工程投資均不考慮征地費(fèi)及拆遷費(fèi)等。

（5）關(guān)于O₃氧化工藝：《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)—*5冊(cè)城鎮(zhèn)排水》指出：“三級(jí)處理的臭氧化單元可參考下述經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)：降解COD時(shí)，臭氧消耗量為降解1mg/l 的 COD消耗4mg/l的O₃（臭氧化氣）；接觸時(shí)間為15-60min”。臭氧氧化小試，每去除1mg/lCOD約消耗1.4—2.7mg/l臭氧，且隨出水COD降低而逐步增加。考慮當(dāng)前臭氧大多采用催化氧化，或臭氧和其他工藝聯(lián)合應(yīng)用，投加量應(yīng)小于單獨(dú)投加臭氧，故本次比較按2.0mg.O₃/ mg.COD計(jì)算;接觸時(shí)間30min。本廠需臭氧氧化COD為：從110mg/l降解至50mg/l;臭氧投加量為100—120mg/l;需安裝產(chǎn)量20kg/h（裝機(jī)340KW）的臭氧發(fā)生器5臺(tái)。臭氧發(fā)生器采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備費(fèi)約2000萬(wàn)元（國(guó)產(chǎn)20萬(wàn)元/kg.O₃.h^-1；國(guó)外設(shè)備30-40萬(wàn)元/Kg.O₃.h^-1）。

4.3、方案比較結(jié)果

 

表2-2               綜合比較表

項(xiàng)目	臭氧氧化方案	新型活性炭吸附方案
建設(shè)投資 （萬(wàn)元）	3550	2240
經(jīng)營(yíng)成本 （元/噸水）	1.60	0.615
總成本 （元/噸水）	2.048	0.776
污水處理服務(wù)費(fèi) （元/噸水）	2.60	1.05
優(yōu)點(diǎn)	①臭氧的反應(yīng)速度快,構(gòu)筑物少； ②臭氧尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)化為氧氣,生化系統(tǒng)可利用；不產(chǎn)生污泥,無(wú)二次污染。 ③在去除COD、消毒的同時(shí),可除嗅、脫色。	①、 投資較小；運(yùn)行成本低； ②、 出水穩(wěn)定，可除臭、脫色； ③、 無(wú)污泥、濃水等二次污染， ④、 有機(jī)污染物分解為可燃?xì)?/span> 體，可再次利用。 ⑤、 耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，可根據(jù)需要 調(diào)整再生周期。 ⑥已應(yīng)用在大型工業(yè)廢水處理項(xiàng)目中（高密二污）。
缺點(diǎn)	①設(shè)備投資大，國(guó)外設(shè)備價(jià)格貴； ②電耗高，運(yùn)行成本高； ③設(shè)備復(fù)雜，高壓放電管壽命短，維修成本高； 4．操作難度大，對(duì)運(yùn)行人員素質(zhì)要求高； 5設(shè)計(jì)的投加量可能不夠，實(shí)際運(yùn)行成本還要高。 6應(yīng)用在大規(guī)模污水處理項(xiàng)目實(shí)例很少，效果不理想，風(fēng)險(xiǎn)大。	①構(gòu)筑物及設(shè)備較復(fù)雜； ②運(yùn)行控制要求較高；

5工藝流程框圖

5.1、活性炭吸附過(guò)濾系統(tǒng)工藝流程

 

5.2、活性炭再生系統(tǒng)工藝流程框圖

 污水提標(biāo)處理專(zhuān)用活性炭

污水處理用活性炭（有時(shí)又稱(chēng)活性焦）是通過(guò)配煤尤其是加入長(zhǎng)焰煤和主焦煤生產(chǎn)的活性焦產(chǎn)品的一個(gè)深加工產(chǎn)品。通過(guò)調(diào)整原料的配比，加入適當(dāng)?shù)男虏牧虾突瘜W(xué)添加劑，采用平磨棍壓造粒成型新技術(shù)，經(jīng)過(guò)炭化、活化、再活化而制得。 因此，該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目屬于新材料技術(shù)與工藝創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合的重大開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

  我們針對(duì)污水的特點(diǎn)和主要組成以及要處理后達(dá)到的關(guān)鍵指標(biāo)研究了不同煤種的原煤配比、表面官能團(tuán)等參數(shù)確定了較佳配方與生產(chǎn)工藝。

并在此基礎(chǔ)上研究了后處理方法和無(wú)蒸汽再生技術(shù)，系統(tǒng)集成了在線再生活性炭的生產(chǎn)工藝；進(jìn)一步提高了產(chǎn)品對(duì)COD、濁度、色度的吸附脫除率，產(chǎn)品綜合性能大大**過(guò)了神府蘭炭同類(lèi)產(chǎn)品指標(biāo)。

技術(shù)指標(biāo)

污水處理用活性炭的技術(shù)指標(biāo)：

 

序號(hào)	指標(biāo)名稱(chēng)		技術(shù)指標(biāo)
1	壓壞強(qiáng)度（kg/cm2）		≥35
2	亞甲藍(lán)值（mg/g）		≥90
3	耐磨強(qiáng)度（%）		≥90
4	碘  值      mg/g		600～650
5	堆積重       g/L		≤ 650
6	粒度%	＞7mm	≤ 5
		7～2.0mm	≥90
		2.0m～1.0mm	≤4.5
		＜1.0mm	≤0.5

產(chǎn)品的優(yōu)秀特性和**品性

1.較高的耐壓強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度

2.很高的吸附性能，重復(fù)再生次數(shù)較少可達(dá)5次以上，

色度去除率在50%以上

3.產(chǎn)品化學(xué)特性穩(wěn)定，運(yùn)輸、使用和再生中不會(huì)發(fā)生自燃

4.對(duì)COD、色度、濁度等多種物質(zhì)有降低作用，

減少了粉狀活性炭產(chǎn)品的消耗，降低成本

_{粉末活性炭}

粉末活性炭以生產(chǎn)活性炭的優(yōu)質(zhì)原料太西煤為主原料，根據(jù)不同用途配其它煤種經(jīng)碳化、活化、篩分加工而成。粉末活性炭具有過(guò)濾速度快、吸附性能好、脫色除味能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、自來(lái)水、糖、油脂等行業(yè)，在釀酒、污水處理、電廠、電鍍等領(lǐng)域應(yīng)用也較為普遍。

應(yīng)用領(lǐng)域

2應(yīng)用領(lǐng)域

1．飲料用活性炭

 

粉末活性炭(5張)

 

產(chǎn)品以木屑為原料，采用*特的磷酸法生產(chǎn)工藝精制而成，具有發(fā)達(dá)的中孔結(jié)構(gòu)，吸附容量大，快速過(guò)濾等特點(diǎn)。主要適用于各種可樂(lè)、果汁、酒類(lèi)等飲料以及飲用水的凈化處理。

2．水處理用活性炭

粉末活性炭因其不同孔徑的空隙結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的吸附脫色能力，在自來(lái)水處理、污水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3．糖、油脂等食品及食品添加劑用活性炭

產(chǎn)品以木屑為原料，采用*特的磷酸法生產(chǎn)工藝精制而成，擁有較大的比表面積，具有較強(qiáng)的吸附能力，各項(xiàng)指標(biāo)性能穩(wěn)定。主要應(yīng)用在糖類(lèi)、油脂、食品添加劑、化學(xué)助劑、燃料中間體、藥品制劑的高色素溶液的脫色、提純、除臭、除雜等。

4．氨基酸（味精）用活性炭

該產(chǎn)品空隙結(jié)構(gòu)合理、吸附容量大、脫色能力強(qiáng)、過(guò)濾速度快，廣泛應(yīng)用于各種氨基酸工業(yè)，如谷氨酸鈉、苯丙氨酸以及其它氨基酸的產(chǎn)品的脫色、提純、除臭、除雜等。

5．針劑、藥用活性炭

該產(chǎn)品雜質(zhì)少、純度高、過(guò)濾速度快，具有優(yōu)良的脫色、凈化、提純性能，主要用于各種注射藥劑的脫色、精制和出去熱源，也用于維生素及其它原料藥、中間體的脫色和精制。

6．電鍍用活性炭

本產(chǎn)品選用木質(zhì)或椰殼為原料，以物理法水蒸氣高溫活化精制而成，有顆粒狀和粉末狀2種，具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、表面含氧基因多、積極性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于電鍍?nèi)芤旱膬艋幚恚婂冦t廢水的處理，含氰廢水的處理等多種用途。

7．垃圾焚燒活性炭

本產(chǎn)品選用木質(zhì)或煤質(zhì)為原料，孔隙結(jié)構(gòu)合理，對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的二惡英等污染氣體具有很好的吸附能力，在垃圾焚燒發(fā)電和固廢垃圾焚燒處理領(lǐng)域廣泛使用。

煤質(zhì)粉狀活性炭其工藝流程主要是是通過(guò)以下三個(gè)步驟來(lái)完成的：1) 炭化：在600–900 °C溫度范圍內(nèi)無(wú)氧狀態(tài)下（通常使用氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w），碳成分被熱解碳化。2) 活化/氧化：在**250 °C的溫度條件下，溫度范圍一般為600–1200 °C，將原材質(zhì)或已碳化材質(zhì)放置到氧化氣體中（一氧化碳，氧氣，或水蒸氣）進(jìn)行活化。3）磨粉：在專(zhuān)用磨機(jī)中將活化好的活性炭磨粉至300目。用途1000M(30S)SP是垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的專(zhuān)用炭，它可脫除煙氣中重金屬（尤其是汞），二惡英（PCDDS), 呋喃（PCDFS)等污染物。包裝方式

垃圾焚燒用活性炭
主要用于垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)，脫除煙氣中重金屬（尤其是Hg0)、二惡英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)等污染物.
指標(biāo)型號(hào)	水份 %	灰份 %	碘值 mg/g	細(xì)度(90%通過(guò)) mesh	堆積重 g/L
Zy800	≤5.0	≤12	≥800	300	320-360
Zy900	≤5.0	≤12	≥900	300	≤450
Zy700	≤5.0	≤14	≥700	300	360-400
Zy100	≤5.0	≤15	≥1000	300	250-400
注:可按用戶特殊要求供貨

熱再生法

熱再生法是目前應(yīng)用較多, 工業(yè)上較成熟的活性炭再生方法。處理有機(jī)廢水后的活性炭在再生過(guò)程中, 根據(jù)加熱到不同溫度時(shí)有機(jī)物的變化, 一般分為干燥、高溫炭化及活化三個(gè)階段。在干燥階段,主要去除活性炭上的可揮發(fā)成分。高溫炭化階段是使活性炭上吸附的一部分有機(jī)物沸騰、汽化脫附, 一部分有機(jī)物發(fā)生分解反應(yīng), 生成小分子烴脫附出來(lái),殘余成分留在活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”。在這一階段, 溫度將達(dá)到800～900 °C, 為避免活性炭的氧化, 一般在抽真空或惰性氣氛下進(jìn)行。接下來(lái)的活化階段中, 往反應(yīng)釜內(nèi)通入水蒸氣, 以清理活性炭微孔, 使其恢復(fù)吸附性能, 活化階段是整個(gè)再生工藝的關(guān)鍵。熱再生法雖然有再生效率高、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn), 但在再生過(guò)程中, 須外加能源加熱, 投資較高，但再生成本不高，不管本廠活性炭再生還是為其它單位進(jìn)行活性炭再生，經(jīng)很多用戶反應(yīng)效益不錯(cuò)，長(zhǎng)期看投資高還是值得的。

某鋼廠活性炭的再生要求

飽和活性炭指標(biāo)：

濕炭含水量：30%~40%；

濕炭堆積重：700~850Kg/m3;

碘值: 300~320mg/g; 亞甲藍(lán)40mg/g左右;

再生后活性炭應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)：

碘值≥550mg/g，亞甲藍(lán)≥70mg/g；強(qiáng)度≥（原炭指標(biāo)）；

得率≥95，以出料干基計(jì)；

堆積重：500—550 Kg/m3，  含水量＜ 2% ；

冷卻后溫度＜50℃。

注：活性炭再生后碘值的恢復(fù)程度，取決于原炭的碘值的高低，原炭碘值高再生后的碘值就高，*一次再生基本上會(huì)比原炭碘值高一點(diǎn)

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