Aktyvintos anglies adsorbcijos taikymas anglies cheminių nuotekų nuliniam išleidimui

Anglies cheminių nuotekų (CCW) nulinio išleidimo projektuose organinių medžiagų skaidymas dažnai taikomas panašiai kaip komunalinių nuotekų procesas, apimantis „išankstinį apdorojimą + biocheminį apdorojimą + pažangų valymą“, prieš patenkant į membranos koncentravimo ir garinimo kristalizacijos sistemą. CODcr pašalinimas po koncentracijos jau seniai buvo iššūkis anglies cheminių nuotekų nulinio išleidimo srityje. Kai kurios įmanomos technologijos buvo pamirštos, o neįmanomos technologijos atsidūrė centre. Šiame straipsnyje nagrinėjamas aktyvintos anglies adsorbcijos pritaikymas anglies cheminių nuotekų nuliniam išleidimui vandens valymo specialistams.

Anglies cheminės nuotekos yra tipiškos sunkiai{0}}-valomos pramoninės nuotekos, susidarančios vykdant įvairius anglies perdirbimo procesus. Aromatiniai angliavandeniliai yra pagrindinis CODcr šaltinis anglies cheminėse nuotekose, kurie sudaro daugiau nei 50 proc. Tipiški pavyzdžiai yra benzeno junginiai (BTEX, benzenas, toluenas, etilbenzenas, p-ksilenas), fenoliai ir policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (PAH). Zhang ir kt. ištyrė anglies cheminių nuotekų organinių medžiagų pokyčius valymo proceso metu, įrodydamas, kad po proceso „išankstinis apdorojimas + biocheminis apdorojimas + pažangus valymas“ padidėjo didelių organinių medžiagų molekulių dalis vandenyje (priešingai nei teigia kai kurie projektavimo institutai ar EPC padaliniai, kad likusią organinę medžiagą sunku{10}}pašalinti{11}}), o organines medžiagas dominuoja mažos ir PAH sudėtis. (Nuoroda: Zhang L, Liu H, Wang Y ir kt. Ištirpusių organinių medžiagų sudėties charakteristikos valant anglis skystinimo nuotekas ir jos poveikis aplinkai[J]. Mokslas apie bendrą aplinką, 2020, 704: 135409.)

Būtent likusios organinės medžiagos, daugiausia PAH, tapo kliūtimi anglies cheminių nuotekų{0}}nulinio išmetimo projekte. Šioms organinėms medžiagoms patekus į membranos koncentracijos sekciją, jų koncentracija padvigubėja. Kai kurie projektavimo institutai arba EPC padaliniai labai propaguoja aktyvintos anglies adsorbcijos technologiją membranos koncentracijos etape, neatlikdami jokios kritinės analizės arba pagrįsti nepagrįstais teiginiais. Galiausiai jie daro išvadą, kad CODcr aktyvuotos anglies adsorbcija yra įmanoma prieš membranos koncentraciją arba garinimo kristalizaciją. Tačiau ar aktyvuotos anglies adsorbcijos technologija tikrai tinka tolesniam organinių medžiagų, pirmiausia PAH, šalinimui?

Granuliuotos aktyvuotos anglies (GAC) vidutinis porų dydis yra nuo 3,2 iki 3,4 nm, o mikroporos sudaro 25–27%, o mezoporos - 73–75%. PAH turi daugiau nei 100 molekulinių struktūrų, o pagrindiniai anglies cheminių nuotekų junginiai yra naftalenas, acenaftenas, fluorenas ir fenantrenas. Dinushika ir kt. tyrimai. nustatė, kad naftaleno ir acenafteno moliniai tūriai ir molekuliniai dydžiai yra santykinai maži, todėl GAC adsorbcija yra gana didelė, o fluoreno ir fenantreno moliniai tūriai ir molekuliniai dydžiai yra santykinai dideli, todėl GAC adsorbcijos greitis yra santykinai mažas. Naftalino ir acenafteno adsorbcijos pusiausvyrą GAC pasiekia per 4–8 valandas, o adsorbcijos geba yra maždaug 14 mg/g. GAC pasiekia fluoreno ir fenantreno adsorbcijos pusiausvyrą per 16–24 valandas, o adsorbcijos geba yra maždaug 12 mg/g, atitinkanti 36 mg CODcr/g GAC. (Nuoroda: Eeshwarasinghe D, Loganathan P, Kalaruban M ir kt. Policiklinių aromatinių angliavandenilių pašalinimas iš vandens naudojant granuliuotą aktyvintąją anglį: kinetinės ir pusiausvyros adsorbcijos tyrimai[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(14): 13524-13524.

Praktikoje, jei aktyvintosios anglies adsorbcijos buvimo laikas nustatytas 16–24 val., Reikėtų kelių adsorbcijos filtrų, o tai akivaizdžiai nepraktiška. Apytiksliai 4 valandų buvimo laikas yra pagrįstas, tačiau šiuo metu GAC daugiausia adsorbuoja naftaleną ir neturi reikšmingo adsorbcijos poveikio kitiems PAH, tokiems kaip acenaftenas, fluorenas ir fenantrenas.

Atsižvelgiant į adsorbcinio filtro sluoksnio įrangos skalę, 4 valandų buvimo laikas nėra trumpas. Darant prielaidą, kad likęs anglies cheminių nuotekų vandens tūris po „išankstinio apdorojimo + biologinis valymas + pažangus valymas + membranos koncentracija“ yra 10 m³/h, o adsorbcinio filtro sluoksnio buvimo laikas nustatytas 4 val., tada reikia 6 adsorbcinių filtrų sluoksnių, kurių skersmuo 1,8 m ir aukštis 5 m (3 regeneravimui ir 3). Panašiai, jei valomo vandens tūris yra 100 m³/h, tuomet reikėtų 60 tokių adsorbcinių filtrų sluoksnių, todėl įrangos mastas yra gana didelis.

Kalbant apie GAC naudojimą, kaip pavyzdį paminėtos 10 m³/h anglies cheminės nuotekos, kurių CODcr yra 1000 mg/L (30 % jo yra naftalenas), 4 valandų sulaikymo laikas gali sumažinti CODcr iki 700 mg/L. Jei tikimasi tris adsorbcijos filtrus regeneruoti kas 7 dienas (168 val.), tai trijuose adsorbcijos rezervuaruose reikia 14 t GAC, o šešiuose adsorbcijos rezervuaruose – 28 t GAC. Tūrinis GAC tankis yra 450–600 kg/m³, taigi 28 t GAC prilygsta 46–62 m³, o tai reiškia, kad šeši adsorbcijos filtrai yra beveik pilni (projektavimo institutas dažnai planuoja užpildyti adsorbcijos filtrus GAC be nulio{16}}išleidimo projektų). Siekiant užtikrinti išlaikymo laiką ir atgalinio plovimo išplėtimo greitį, įrangos skalę reikia dar padvigubinti.

Be to, daugybė tyrimų parodė, kad po 3–4 terminių GAC regeneracijų jo adsorbcijos pajėgumas sumažėja iki daugiau nei 80 % naujos anglies, o po 5–10 terminių regeneracijų GAC iš esmės yra netinkamas naudoti. Aukščiau pateiktame pavyzdyje daroma prielaida, kad regeneracija atliekama kas 7 dienas, o tai reiškia, kad šios aktyvintos anglies partijos eksploatavimo trukmė neviršija šešių mėnesių, todėl regeneracija ir anglies pakeitimas kainuoja milžiniškas. Be to, regeneracija iš esmės apima GAC ​​adsorbuotų organinių medžiagų išleidimą atgal į atmosferą; iš tikrųjų GAC nepašalina organinės medžiagos.