誉鼎环境周克山：“活性炭吸附耦合多段炉再生工艺”在污水提标改造中的应用
在“2020（第十二届）上海水业热点论坛”上，誉鼎环境总工周克山从污水处理用活性炭的特性、活性炭处理污水工艺、工艺性价比分析、典型案例四个方面分享了活性炭吸附耦合多段炉再生工艺在污水处理当中的应用。
来源：中国水网 整理：顾春雨
9月17日，“2020（第十二届）上海水业热点论坛”召开，本届论坛以“面向未来的污水处理行业系统升级”为主题。南京誉鼎环境科技有限公司总工周克山从污水处理用活性炭的特性、活性炭处理污水工艺、工艺性价比分析、典型案例四个方面分享了“活性炭吸附耦合多段炉再生工艺——在污水处理当中的应用”。
周克山
活性炭材料化学性质稳定，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水、有机溶剂。
污水吸附活性炭选用了2—100毫米的活性炭材料。活性炭易于吸附的物质主要有四种，第一类，色度、异臭，亚甲蓝表面活性物质；第二类，除草剂、杀虫剂、农药、合成洗涤剂；第三类是苯类化合物、酚类化合物、氰类化合物、胺类化合物常规的化学物质；第四类物质主要是人工合成的其他大部分有机化合物、高浓盐水中的有机物。
周克山介绍，活性炭对有机物的吸附规律表现为对芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附，如对苯的吸附优于对环己烷的吸附；对带有支链的烃类吸附，总是优于对直链烃类的吸附；对不含无机基团的有机物吸附总是优于含无机基团的化合物，如对苯的吸附总是优于对吡啶的吸附；对分子量大的和沸点高的化合物的吸附总是优于分子量小的和沸点低的化合物。
这些特点与污水中的不易生化有机物基本是相对应的，所以活性炭的吸附非常适合于高浓水的吸附和活性生化水的吸附。
论坛现场，周克山介绍了活性炭加热再生的四个过程，原始状态时活性炭孔道里面，大部分被水充填。干燥阶段，将含水率在50％～80％的湿炭，在100-250℃温度下加热，首先炭粒内水分蒸发，部分低沸点有机物也随之脱附挥发。此阶段需要大量热量，占再生总能耗的50％—70％。脱附炭化/焙烧阶段，从250℃~700℃，低沸点的有机物首先开始脱附,到高温时，高沸点有机物被热分解，一部分转化为小分子物质脱除，其余部分通过缩聚以固定碳的形态残留下来。此阶段，再生炭的吸附能力已恢复60％。最后一个阶段是再生、活化阶段，炭化过后残留在活性炭微孔中的固定炭，需用水蒸汽、CO2等氧化性气体进行气化反应，使残留碳化物在850℃左右气化成CO2，CO等气体。使微孔表面得到清理，恢复其吸附性能。
周克山指出，活性炭吸附主要用于污水处理工艺的两个方面，一方面是污水深度处理，第二方面是中水回用。在污水处理方面，可应用于生化工艺后端，替代氧化工艺；出水COD可达到地表水Ⅳ类标准；可应用于生化前端，直接吸附有毒、极不易生化污水中的有机物；提高B:C比，满足进行生化的要求。在中水回用方面，一方面用于进膜组前的污水的吸附，降低污水的COD、色度，延长膜组的使用周期；另一方面用于吸附去除膜后高含盐浓水中再次富集的COD。以达到延长RO膜组的使用周期；蒸盐工序的长周期稳定运行；提高产品盐的色度、纯度。
活性炭吸附耦合多段炉再生工艺的流程。水从底部进、顶部出，每天定时押送一定的保护炭，为了保持炭的平衡，定期补充一定的新鲜炭。
吸附床采用了移动床的结构，移动床的炭层与流体呈逆向，饱和炭层间歇式地被移出，再生炭/补充新炭从床层顶加入，床层内形成由底到顶吸附饱和度浓度差，顶部接触的是“新鲜”活性炭层。沿床层高度形成：“饱和层”“欠饱和层”“新鲜炭层”，进液污染物流量或浓度大幅波动也不易发生“吸附穿透”现象，能够确保出料品质仍然处于稳定的、达标状态。移动床底部过滤掉进水中的大部分的SS，通过定期排炭，将这部分SS排出床层，与饱和炭一并进入多段炉热解/焚烧掉。吸附床的中上部活性炭吸附过程将不受SS影响。
谈到多段炉再生的技术来源，周克山讲到，可控温多段炉最早源于上世纪五十年代的美国的 Nichols公司设计制造的工业窑炉，后经日本、中国台湾等不断改进，是矿物焙烧、活性炭制造/再生、污泥热解的主流炉型。南京誉鼎环境科技有限公司经过十年的开发，已实现多段炉85%部件国产化，价格、技术等均能被市场所接受。开发了污水/糖业/聚乳酸活性炭吸附&多段炉废炭再生工艺、污泥热解工艺、活性炭制造工艺等。在运多段炉系统多达30余套，炉型直径可以从φ1800→φ8000，炉床层数从6→16层。早期炉型已稳定运行近十年。
下图是一个炉的剖面图。在活性炭再生阶段，上边一层主要是干燥阶段，把水蒸掉，中间层是烘焙阶段，主要是有机物的（分解）阶段，下边一层是通过蒸汽进行活性的阶段。
耦合工艺技术具有哪些优势呢？周克山讲到， 活性炭水力集约密闭输送系统具备一定的优势：活性炭输送过程中磨损少，机械故障风险低、活性炭输送效率高。其次，多段炉活性炭再生系统具备装备优势：温度分层、气氛分层控制、多种操作模式、能源消耗低、运行稳定性高、炭损失率低、再生炭品质好。
活性炭再生系统，是一个危废项目，对尾气的控制相对比较严，通过利用覆PTFE膜材料为主的布袋进行除尘，使尘＜10mg/Nm³。酸性气体满足SO2＜30 mg/Nm³的标准。通过增加脱销设施，可满足氮氧化物＜50 mg/Nm³。满足二噁英＜ 0.1nmg/Nm³。基本可以满足欧洲的排放标准要求。
下图是多段炉出口尾气的处置工艺流程，有后燃室、余热锅炉、脱硫塔等等。
关于工艺性价比分析，周克山列举了两个案例比较，一个是2×104吨/d造纸污水处理（COD:130→50mg/L）芬顿高级氧化工艺与活性炭吸附再生工艺成本比较；一个是2400吨/d石油化工污水处理(COD:150→50mg/L)臭氧工艺与活性炭吸附再生工艺成本比较。具体情况见下图。
周克山进一步分享了活性炭吸附耦合多段炉再生工艺在污水应用的典型案例：
典型案例1—— 化工园区提标改造（重庆长寿化工园区中法水务有限公司）
典型案例2——化工高盐污水（上海化学工业区中法水务发展有限公司）
2400m³/d污水处理活性炭吸附系统改造工程主要针对来自巴斯夫一股化学工业污水，该污水盐度很高，不宜采用中法水务已有的好氧生化处理工艺进行处理，处理后的出水达到上海市地方排放标准（DB32/199-2009）的二级限值要求。
典型案例3——中水回用/“零排放”（靖边沙生湿地化工污水处理项目）
零排放活性炭吸附工艺主要应用于煤化工行业（煤制气、煤制油）“零排放”领域，作为反渗透膜应用的预处理和保护工段，将水中过量的COD去除（COD从150降至60），保证反渗透和蒸发结晶（MVR或多效蒸发器）顺利运行。
典型案例4——高盐类污水/“零排放（33t/hNS高盐污水资源化与零排放项目）
活性炭吸附脱色结合MVR蒸发的工艺方法，处理污水COD12000mg/l以上，经吸附后降至5000mg/l左右，且水质无色透明。经吸附脱色处理后的污水进入MVR蒸发器蒸发出盐，盐颜色极佳，作为产品出售，在完成污水处理的同时，变废为宝。
周克山介绍，在含盐污水的处理过程中，盐水中的有机物、胶体类物质的存在主要存在以下的影响因素：1、盐水在逐级浓缩过程中，RO对盐水的COD、SS有一定的要求，主要是有机物、胶体类物质会污染膜，导致膜孔的堵塞、压降上升，膜组件清洗频繁，且清洗效果不佳，严重缩短RO的使用寿命；2、部分有机物为杂色机团，如不去除，经MVR/多效蒸发器蒸发后的废盐色度过高，不能作为一般性化工产品销售，如转为固废/危废将严重影响蒸发装置的效益；3、有机物、胶体类物质蒸发固化后，会影响盐类纯度、流动性、品相等。
典型项目案例5 ——煤化工酚、氰类污水（宝武水务焦化污水深度处理项目）
典型项目案例 6——印染污水（杭州吉华江东化工有限公司）
截至南京誉鼎环境科技有限公司目前做了多个污水深度处理的项目，以下是项目汇总：
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编辑 |郭香莲、赵利伟
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