Uporabnost adsorpcije aktivnega oglja pri ničelnem izpustu kemične odpadne vode iz premoga

Pri projektih z ničelnim izpustom za kemično odpadno vodo iz premoga (CCW) razgradnja organske snovi pogosto uporablja postopek, podoben postopku komunalne odpadne vode, ki vključuje "predobdelavo + biokemično obdelavo + napredno obdelavo," preden vstopi v membranski koncentracijski in kristalizacijski sistem izhlapevanja. Odstranitev CODcr po koncentraciji je že dolgo izziv na področju ničelnega izpusta kemične odpadne vode iz premoga. Nekatere izvedljive tehnologije so bile spregledane, medtem ko so neizvedljive tehnologije zavzele osrednje mesto. Ta članek raziskuje uporabnost adsorpcije z aktivnim ogljem pri ničelnem izpustu kemične odpadne vode iz premoga za referenco strokovnjakov za čiščenje vode.

Kemična odpadna voda iz premoga je tipična industrijska odpadna voda,-{1}}ki jo je težko očistiti in nastane med različnimi procesi predelave premoga. Aromatični ogljikovodiki največ prispevajo k CODcr v kemični odpadni vodi iz premoga, saj predstavljajo več kot 50 %. Tipični primeri so benzenove spojine (BTEX, benzen, toluen, etilbenzen, p-ksilen), fenoli in policiklični aromatski ogljikovodiki (PAH). Zhang et al. je proučeval spremembe organske snovi v kemični odpadni vodi iz premoga med postopkom čiščenja in dokazal, da se je po postopku "predobdelava + biokemična obdelava + napredna obdelava" delež velikih molekul organske snovi v vodi povečal (v nasprotju s trditvami nekaterih projektantskih inštitutov ali enot EPC, da je preostalo organsko snov težko--odstraniti organske snovi majhnih molekul) in v sestavi je prevladovala PAH. (Referenca: Zhang L, Liu H, Wang Y, et al. Značilnosti sestave raztopljene organske snovi med čiščenjem odpadne vode pri utekočinjanju premoga in njen vpliv na okolje [J]. Science of the Total Environment, 2020, 704: 135409.)

Prav preostala organska snov, predvsem PAH, je postala problem ozkega grla v projektu brez{0}}izpusta kemične odpadne vode iz premoga. Ko te organske snovi vstopijo v koncentracijski del membrane, se njihova koncentracija podvoji. Nekateri oblikovalski inštituti ali enote EPC močno spodbujajo tehnologijo adsorpcije aktivnega oglja med fazo koncentracije membrane, brez kakršne koli kritične analize ali na podlagi neutemeljenih trditev. Na koncu so ugotovili, da je adsorpcija CODcr z aktivnim ogljem izvedljiva pred koncentracijo membrane ali kristalizacijo izhlapevanja. Vendar, ali je adsorpcijska tehnologija z aktivnim ogljem res primerna za nadaljnje odstranjevanje organskih snovi, predvsem PAH?

Aktivno oglje v granulah (GAC) ima povprečno velikost por med 3,2 in 3,4 nm, pri čemer mikropore predstavljajo 25 %–27 %, mezopore pa 73 %–75 %. PAH imajo več kot 100 molekularnih struktur, pri čemer so naftalen, acenaften, fluoren in fenantren glavne spojine v kemični odpadni vodi iz premoga. Študije Dinushika et al. ugotovili, da imata naftalen in acenaften relativno majhne molske prostornine in molekulske velikosti, kar ima za posledico relativno visoke stopnje adsorpcije z GAC, medtem ko imata fluoren in fenantren relativno velike molske prostornine in molekulske velikosti, kar vodi do relativno nizkih stopenj adsorpcije z GAC. GAC doseže adsorpcijsko ravnovesje za naftalen in acenaften v 4–8 urah z adsorpcijsko zmogljivostjo približno 14 mg/g. GAC doseže adsorpcijsko ravnovesje za fluoren in fenantren v 16–24 urah z adsorpcijsko zmogljivostjo približno 12 mg/g, kar ustreza 36 mg CODcr/g GAC. (Referenca: Eeshwarasinghe D, Loganathan P, Kalaruban M, et al. Odstranjevanje policikličnih aromatskih ogljikovodikov iz vode z zrnatim aktivnim ogljem: študije kinetične in ravnotežne adsorpcije [J]. Okoljske znanosti in raziskave onesnaževanja, 2018, 25(14): 13511-13524.)

V praktičnih aplikacijah, če je zadrževalni čas za adsorpcijo aktivnega oglja nastavljen na 16–24 ur, bi bilo potrebnih več adsorpcijskih filtrov, kar je očitno nepraktično. Čas zadrževanja okoli 4 ure je razumen, vendar v tem času GAC v glavnem adsorbira naftalen in nima pomembnega adsorpcijskega učinka na druge PAH, kot so acenaften, fluoren in fenantren.

Z vidika obsega opreme adsorpcijskega filtrskega sloja zadrževalni čas 4 ure ni kratek. Ob predpostavki, da je preostala količina vode kemične odpadne vode iz premoga po "predobdelavi + biološki obdelavi + napredni obdelavi + membranski koncentraciji" 10 m³/h in je zadrževalni čas adsorpcijske filtrirne plasti nastavljen na 4 ure, je potrebnih 6 adsorpcijskih filtrirnih plasti s premerom 1,8 m in višino 5 m (3 za uporabo in 3 za regeneracijo). Podobno, če je prostornina vode, ki jo je treba obdelati, 100 m³/h, bi bilo potrebnih 60 takšnih adsorpcijskih filtrirnih slojev, zaradi česar je obseg opreme precej velik.

Kar zadeva uporabo GAC, če za primer vzamemo zgoraj omenjeno kemično odpadno vodo iz premoga 10 m³/h, s CODcr 1000 mg/L (od tega je 30 % naftalen), lahko retencijski čas 4 ure zmanjša CODcr na 700 mg/L. Če pričakujemo regeneracijo treh adsorpcijskih filtrov vsakih 7 dni (168 h), potem je potrebnih 14 t GAC v treh adsorpcijskih rezervoarjih in 28 t GAC v šestih adsorpcijskih rezervoarjih. Nasipna gostota GAC ​​je 450~600 kg/m³, tako da je 28 t GAC enakovredno 46~62 m³, kar pomeni, da je šest adsorpcijskih filtrov skoraj polnih (inštitut za načrtovanje pogosto načrtuje polnjenje adsorpcijskih filtrov z GAC v projektih brez-izpusta odpadne vode). Da bi zagotovili zadrževalni čas in stopnjo ekspanzije s povratnim izpiranjem, je treba obseg opreme dodatno podvojiti.

Poleg tega so številne študije pokazale, da po 3–4 toplotnih regeneracijah GAC njegova adsorpcijska zmogljivost pade na več kot 80 % zmogljivosti novega ogljika, po 5–10 termičnih regeneracijah pa je GAC v bistvu neuporaben. Zgornji primer predvideva regeneracijo vsakih 7 dni, kar pomeni, da ima ta serija aktivnega oglja življenjsko dobo največ šest mesecev, kar povzroči ogromne stroške za regeneracijo in zamenjavo ogljika. Poleg tega regeneracija v bistvu vključuje sproščanje organske snovi, ki jo adsorbira GAC, nazaj v ozračje; v resnici GAC zares ne odstrani organske snovi.