Anvendeligheden af ​​aktivt kuladsorption i nuludledning af kulkemisk spildevand

I nuludledningsprojekter for kulkemisk spildevand (CCW) anvender nedbrydningen af ​​organisk stof ofte en proces, der ligner den for kommunalt spildevand, der involverer "forbehandling + biokemisk behandling + avanceret behandling", før den går ind i et membrankoncentrations- og fordampningskrystallisationssystem. Fjernelse af CODcr efter koncentration har længe været en udfordring inden for nul-udledning af kulkemisk spildevand. Nogle gennemførlige teknologier er blevet overset, mens uigennemførlige teknologier er kommet i centrum. Denne artikel udforsker anvendeligheden af ​​aktivt kuladsorption i nuludledning af kulkemisk spildevand til reference for vandbehandlingsprofessionelle.

Kulkemisk spildevand er et typisk vanskeligt-at-behandle industrispildevand, der genereres under forskellige kulforarbejdningsprocesser. Aromatiske kulbrinter er den største bidragyder til CODcr i kulkemisk spildevand, der tegner sig for over 50%. Benzenforbindelser (BTEX, benzen, toluen, ethylbenzen, p-xylen), phenoler og polycykliske aromatiske carbonhydrider (PAH'er) er typiske eksempler. Zhang et al. undersøgte ændringerne i organisk stof i kulkemisk spildevand under behandlingsprocessen, og beviste, at efter "forbehandling + biokemisk behandling + avanceret behandling"-processen steg andelen af store molekyler af organisk stof i vandet (i modsætning til påstandene fra nogle designinstitutter eller EPC-enheder om, at det resterende organiske stof er vanskeligt-at fjerne den organiske sammensætning{10}, blev den organiske sammensætning{10}domineret), af PAH'er. (Reference: Zhang L, Liu H, Wang Y, et al. Sammensætningskarakteristika for opløst organisk materiale under kullikveaktionsspildevandsbehandling og dets miljømæssige implikationer[J]. Science of the Total Environment, 2020, 704: 135409.)

Det er netop det resterende organiske stof, hovedsageligt PAH'er, der er blevet flaskehalsproblemet i nul-udledningsprojektet af kulkemisk spildevand. Efter at disse organiske stoffer kommer ind i membrankoncentrationssektionen, fordobles deres koncentration. Nogle designinstitutter eller EPC-enheder fremmer kraftigt aktiv carbonadsorptionsteknologi under membrankoncentrationsstadiet uden nogen kritisk analyse eller baseret på ubegrundede påstande. De konkluderer i sidste ende, at aktiv kuladsorption af CODcr er mulig før membrankoncentration eller fordampningskrystallisation. Men er aktivkul-adsorptionsteknologi virkelig egnet til yderligere fjernelse af organisk materiale, primært PAH'er?

Granulært aktivt kul (GAC) har en gennemsnitlig porestørrelse mellem 3,2 og 3,4 nm, med mikroporer, der tegner sig for 25%-27%, og mesoporer tegner sig for 73%-75%. PAH'er har over 100 molekylære strukturer, hvor naphthalen, acenafthen, fluoren og phenanthren er hovedforbindelserne i kulkemisk spildevand. Undersøgelser af Dinushika et al. har fundet ud af, at naphthalen og acenafthen har relativt små molvolumener og molekylstørrelser, hvilket resulterer i relativt høje adsorptionshastigheder for dem af GAC, mens fluoren og phenanthren har relativt store molære volumener og molekylstørrelser, hvilket fører til relativt lave adsorptionshastigheder af GAC. GAC når adsorptionsligevægt for naphthalen og acenaphthen på 4-8 timer med en adsorptionskapacitet på ca. 14 mg/g. GAC når adsorptionsligevægt for fluoren og phenanthren på 16-24 timer med en adsorptionskapacitet på ca. 12 mg/g, svarende til 36 mg CODcr/g GAC. (Reference: Eeshwarasinghe D, Loganathan P, Kalaruban M, et al. Fjernelse af polycykliske aromatiske kulbrinter fra vand ved hjælp af granulært aktivt kul: kinetiske og ligevægtsadsorptionsundersøgelser[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(14): 1355241-135524.1)

I praktiske applikationer, hvis opholdstiden for aktiv kuladsorption er indstillet til 16-24 timer, vil der være behov for flere adsorptionsfiltre, hvilket naturligvis er upraktisk. En opholdstid på omkring 4 timer er rimelig, men på dette tidspunkt adsorberer GAC hovedsageligt naphthalen og har ingen signifikant adsorptionseffekt på andre PAH'er såsom acenafthen, fluoren og phenanthren.

Fra perspektivet af udstyrsskalaen for adsorptionsfilterlejet er en opholdstid på 4 timer ikke kort. Antages det, at den resterende vandmængde af kulkemisk spildevand efter "forbehandling + biologisk behandling + avanceret behandling + membrankoncentration" er 10 m³/h, og opholdstiden for adsorptionsfilterlejet er sat til 4 timer, så er der behov for 6 adsorptionsfilterlejer med en diameter på 1,8 m og en højde på 5 m til regenerering (33 m). Tilsvarende, hvis vandvolumenet, der skal behandles, er 100 m³/h, vil der være behov for 60 sådanne adsorptionsfilterlejer, hvilket gør udstyrsskalaen ret stor.

Med hensyn til GAC-forbrug, hvis man tager de førnævnte 10 m³/h kulkemisk spildevand som et eksempel, med en CODcr på 1000 mg/L (hvoraf 30 % er naphthalen), kan en retentionstid på 4 timer reducere CODcr til 700 mg/L. Hvis forventningen er at regenerere de tre adsorptionsfiltre hver 7. dag (168 timer), så skal der 14 t GAC i de tre adsorptionstanke, og 28 t GAC i de seks adsorptionstanke. Bulkdensiteten af ​​GAC er 450~600 kg/m³, så 28 t GAC svarer til 46~62 m³, hvilket betyder, at de seks adsorptionsfiltre er næsten fyldte (et designinstitut designer ofte til at fylde adsorptionsfiltre med GAC i spildevandsprojekter med nul{16}}udledning). For at sikre retentionstiden og ekspansionshastigheden for tilbageskylning skal udstyrsskalaen fordobles yderligere.

Ydermere har talrige undersøgelser vist, at efter 3~4 termiske regenereringer af GAC falder dens adsorptionskapacitet til mere end 80% af den for nyt kulstof, og efter 5~10 termiske regenereringer er GAC i det væsentlige ubrugelig. Eksemplet ovenfor antager regenerering hver 7. dag, hvilket betyder, at denne batch af aktivt kul har en levetid på højst seks måneder, hvilket resulterer i enorme omkostninger til regenerering og udskiftning af kulstof. Desuden indebærer regenerering i det væsentlige frigivelse af det organiske stof, der er adsorberet af GAC, tilbage til atmosfæren; i virkeligheden fjerner GAC ikke rigtigt det organiske stof.