大規模工業廢水新型活性炭吸附深度處理

工藝簡介

中優活性炭

          二〇一五年五月二十四日

大規模工業廢水深度處理是一個難題

隨著我國經濟的高速發展，城市周邊工業園區大量出現，工業園區的污水處理廠一般為多種工業的混合廢水，水量大，成分復雜，可生化性很差，再加國家對廢水處理標準的不斷提高，以往廣為應用的生化處理工藝，甚至加上傳統的深度處理工藝，對我國水污染考核的主要指標COD也很難達標。

目前，可用于難生化降解工業廢水深度處理的工藝多借鑒給水，或在小規模工業廢水中試用過，成功的經驗不多，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，是較常用的傳統污水深度處理方法，適用于膠體較多的工業廢水，多數有效，但難以達到 “一級A標”；少數廢水雖可達標，但加藥量很大，不僅運行成本高，所產大量化學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，很少用于大規模工業廢水的處理，因為用臭氧氧化解決COD達標問題，臭氧的投加量很大，臭氧現場制取的設備費和制取成本都很高，其運行費很難被接受。此外，有很多工業廢水臭氧的效果并不理想。

Fenton氧化，目前在高濃度工業廢水治理項目中已有應用，需調低及調回PH，投加大量藥物，不適用出水要求較高的廢水。此工藝不僅運行成本高，所產大量化學污泥也是一大難題。

“活性炭吸附”是污水三級處理的方法之一，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型的有機物，如：高分子烴類、鹵代烴、氯化芳烴、酚類、苯類以及殺蟲劑等。活性炭吸附工藝，以往多用于給水行業，很少用于大規模工業廢水的處理，因為工業廢水COD濃度高，活性炭飽和周期短，飽和炭必須實施現場再生，否則運行成本很高，失去使用價值。活性炭再生的工業生產已經成熟，但活性炭吸附用于大規模廢水深度處理，不僅吸附系統的配水、布水、反洗等工程措施比較復雜；為了再生，飽和炭的提取、輸送、脫水以及再生炭的輸送、投加等環節的工程措施也無成功的先例可循。此因素限制了活性炭吸附工藝在大規模工業廢水深度處理中的應用。

在我國大規模污水處理是**后近30年的事，廢水深度處理并回用則是近幾年的要求；各種工藝多在實驗階段，應用少，不成熟，設計、運行經驗不足，是當前大規模工業廢水深度處理技術存在的主要問題。社會急需和技術落后形成強烈的反差，技術創新迫在眉睫！

 

2 “大規模工業廢水新型活性炭吸附深度處理工藝及裝置” 

根據處理工業廢水的需要，經多年年的試驗研究，開發出“大規模工業廢水新型活性炭吸附深度處理工藝及裝置”。該工藝采用煤質顆粒活性炭對大規模難生物降解工業廢水進行吸附深度處理。該工藝在吸取了國內外**技術和經驗的基礎上，在工藝和設備上進行了大膽創新。通過大量小試、中試，開發出吸附過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濾單元裝置對不同工業廢水進行了長時間中試研究，掌握了不同工業廢水適用的活性炭；不同煤種不同活化參數生產出適用不同廢水的活性炭。建立了活性炭再生實驗室，安裝中試規模活性炭回轉再生爐，對一種活性炭已連續飽和/再生7次。幾年的實驗及研究取得了大量實驗數據、運行參數及運行經驗。采用本工藝及開發的全套設備在工業廢水處理當中已經穩定運行四年時間。

 

3 “大規模工業廢水新型活性炭吸附深度處理工藝”的特點

 “大規模工業廢水新型活性炭吸附深度處理工藝及裝置”，采用煤質顆粒活性炭對大規模難生物降解工業廢水吸附處理，出水COD可優于“一級A標”，對色度及臭味的去除效果明顯；飽和活性炭經熱再生后可再回用；全部工藝過程均采用集約化、智能化自動控制，適用于大規模工業生產；運行成本僅為其它深度處理工藝(如O₃氧化)的1/2；基建及設備投資相對較低；處理過程不向水內投加藥物，不產生造成二次污染的污泥或濃水，是典型的“綠色工藝”，主要特點為：

（1），適用各種難生物降解工業廢水對COD和色度的深度處理，出水水質穩定，處理對象廣譜。

（2）本工藝開發的活性炭吸附設備、活性炭輸送設備及再生系統等，用于大規模工業生產，設備簡單，操作方便，可實現自動控制，解決了活性炭吸附用于大規模污水處理的難題。

（3）本工藝采用的煤質破碎顆粒活性炭，原料來源廣、生產簡單，價格便宜，再生方便，對廢水中的大分子污染物吸附效果好。不同的工業廢水，適用不同品種的煤質顆粒活性炭。

（4），飽和活性炭采用回轉爐進行現場熱再生，可反復使用多次，效果并不降低，大大減少了運行成本。

（5），深度處理單元不產生污泥、濃水等二次污染物，是典型的綠色水處理工藝；

（6），具有吸附和過濾兩種功能；

（7），運行水頭低，運行期可對活性炭進行連續或間歇沖洗，可提高吸附性能和減少過濾水頭。

（8），炭的沖洗及飽和炭的排出共用一套壓縮空氣系統，設備及操作簡單可靠；

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，此工藝應用于大規模工業廢水處理方面的工程實例很少，通過小試當投加量及反應時間合適也可達標。工藝路線為：

“現終端出水——中間提升泵站——V型濾池——臭氧氧化系統”。

（2）《大規模工業廢水新型活性炭吸附深度處理工藝》方案，此工藝已有應用于10萬噸/日工業廢水處理的工程實例，效果很好。其工藝路線為：

“現終端出水——中間提升泵站——活性炭吸附過濾系統”。

4.2、方案比較說明

（1）本次比較設計規模按2.0萬噸/天。

（2）進水按正常運行時現終端出水COD=100mg/l，總出水要求達一級A標。

（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“吸附過濾”、“活性炭再生”進行比較。

（4）工程投資均不考慮征地費及拆遷費等。

（5）關于O₃氧化工藝：《給水排水設計手冊—*5冊城鎮排水》指出：“三級處理的臭氧化單元可參考下述經驗參數設計：降解COD時，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。考慮當前臭氧大多采用催化氧化，或臭氧和其他工藝聯合應用，投加量應小于單獨投加臭氧，故本次比較按2.0mg.O₃/ mg.COD計算;接觸時間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;需安裝產量20kg/h（裝機340KW）的臭氧發生器5臺。臭氧發生器采用國產設備，設備費約2000萬元（國產20萬元/kg.O₃.h^-1；國外設備30-40萬元/Kg.O₃.h^-1）。

4.3、方案比較結果

 

表2-2               綜合比較表

項目	臭氧氧化方案	新型活性炭吸附方案
建設投資 （萬元）	3550	2240
經營成本 （元/噸水）	1.60	0.615
總成本 （元/噸水）	2.048	0.776
污水處理服務費 （元/噸水）	2.60	1.05
優點	①臭氧的反應速度快,構筑物少； ②臭氧尾氣經轉化為氧氣,生化系統可利用；不產生污泥,無二次污染。 ③在去除COD、消毒的同時,可除嗅、脫色。	①、 投資較小；運行成本低； ②、 出水穩定，可除臭、脫色； ③、 無污泥、濃水等二次污染， ④、 有機污染物分解為可燃氣 體，可再次利用。 ⑤、 耐沖擊負荷強，可根據需要 調整再生周期。 ⑥已應用在大型工業廢水處理項目中（高密二污）。
缺點	①設備投資大，國外設備價格貴； ②電耗高，運行成本高； ③設備復雜，高壓放電管壽命短，維修成本高； 4．操作難度大，對運行人員素質要求高； 5設計的投加量可能不夠，實際運行成本還要高。 6應用在大規模污水處理項目實例很少，效果不理想，風險大。	①構筑物及設備較復雜； ②運行控制要求較高；

 

   

 

5工藝流程框圖

5.1、活性炭吸附過濾系統工藝流程

 

5.2、活性炭再生系統工藝流程框圖

活性炭再生技術

活性炭的再生，是指運用物理、化學或生物化學等方法對吸附飽和后失去活性的炭進行處理，恢復其吸附性能，達到重復使用目的。采用何種再生方法，主要取決于活性炭的類型和被吸附物質的性質。同時，再生炭的吸附性能要達到新炭的90％～105％，每次再生得率要達到90％以上，而強度基本不變，再生時炭的機械磨損和破碎少。目前，國內外對顆粒活性炭的再生方法主要是加熱再生法（物理再生）。

熱再生法是發展歷史較長應用較廣泛的一種再生方法。熱再生過程是利用吸附飽和活性炭中的吸附質能夠在高溫下從活性炭孔隙中解吸的特點，使吸附質在高溫下解吸，從而使活性炭原來被堵的孔隙打開，恢復其吸附性能。施加高溫后，分子振動能增加，改變其吸附平衡關系，使吸附質分子脫離活性炭表面進入氣相。熱再生由于能夠分解多種多樣的吸附質而具有通用性，而且再生徹底，一直是再生方法的主流。熱再生有再生率高，再生時間短(顆粒炭60～70 min，粉狀炭幾秒鐘)等優點，本方案確定采用熱再生工藝。

熱再生經過干燥、炭化、活化3個過程。濕活性炭脫水后還有4O％左右的水分，加熱爐溫至100～150℃ ，炭粒中的水分開始蒸發，同時部分低沸點有機物開始揮發；溫度升高至150～700℃，多數有機物分別以揮發、分解、炭化的形式，從活性炭孔壁上消除；在活化操作中，溫度進一步升至750～850℃，殘留水分生成氧化性氣體進行活化反應，生成的CO、CO2 、H2及氮的氧化物等從活性炭上分解脫附。再生操作中，氧對活性炭的消耗影響很大，因此在再生爐內對氧必須嚴格控制，再生爐的前后密封是技術關鍵。

活性炭加熱再生設備的優劣主要體現在：吸附性能恢復率、炭損率、強度、能耗、輔料消耗、再生溫度、再生時間、二次污染、操作管理過程中檢修的繁簡程度。

 

某鋼廠活性炭的再生要求

飽和活性炭指標：

濕炭含水量：30%~40%；

濕炭堆積重：700~850Kg/m3;

碘值: 300~320mg/g; 亞甲藍40mg/g左右;

再生后活性炭應達到的指標：

碘值≥550mg/g，亞甲藍≥70mg/g；強度≥（原炭指標）；

得率≥95，以出料干基計；

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，*一次再生基本上會比原炭碘值高一點

污水提標處理專用活性炭

污水處理用活性炭（有時又稱活性焦）是通過配煤尤其是加入長焰煤和主焦煤生產的活性焦產品的一個深加工產品。通過調整原料的配比，加入適當的新材料和化學添加劑，采用平磨棍壓造粒成型新技術，經過炭化、活化、再活化而制得。 因此，該產品開發項目屬于新材料技術與工藝創新技術相結合的重大開發項目。

  我們針對污水的特點和主要組成以及要處理后達到的關鍵指標研究了不同煤種的原煤配比、表面官能團等參數確定了優秀配方與生產工藝。

并在此基礎上研究了后處理方法和無蒸汽再生技術，系統集成了在線再生活性炭的生產工藝；進一步提高了產品對COD、濁度、色度的吸附脫除率，產品綜合性能大大**過了神府蘭炭同類產品指標。

 

污水處理用活性炭的技術指標：

序號	指標名稱		技術指標
1	壓壞強度（kg/cm2）		≥35
2	亞甲藍值（mg/g）		≥90
3	耐磨強度（%）		≥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

指標也可按用戶要求加工生產

產品的優秀特性和**品性

1.較高的耐壓強度和耐磨強度

2.很高的吸附性能，重復再生次數少可達5次以上，

色度去除率在50%以上

3.產品化學特性穩定，運輸、使用和再生中不會發生自燃

4.對COD、色度、濁度等增加種物質有降低作用，

減少了粉狀活性炭產品的消耗，降低成本

    寧夏中優活性炭有限公司位于具有世界優質活性炭原材料之稱的太西無煤煙富積區石嘴山市，以太西**煤為主配其它煤種生產出不同用途、不同規格、不同指標的顆粒、柱狀、粉狀活性炭；活性炭強度高，易再生，（為用戶提供活性再生爐）因此為您降低生產成本，資源優勢和**的生產工藝，產品**，出口到世界很多國家，用于各種氣體處理，水處理等等領域。
    “中優牌”活性炭現有增碳劑，水處理活性炭和氣體處理活性炭以及活性焦等**系列，六十多個品種。其中**低灰、高吸附、浸漬炭、木質柱狀炭等產品在國內**業中*樹一幟，也是本公司的代表產品，在國內外享有較高聲譽。同時為用戶設計安裝活性炭再生設備，使活性炭、活性焦等能夠循環利用，降低生產成本，提高經濟效益。本公司還可根據用戶的指標要求，提供不同用途，不同規格，不同品質的活性炭。
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