Применљивост адсорпције активног угља у нултом испуштању хемијских отпадних вода угља

У пројектима са нултим испуштањем хемијских отпадних вода из угља (ЦЦВ), деградација органске материје често користи процес сличан оном у комуналним отпадним водама, који укључује „предтретман + биохемијски третман + напредни третман“, пре уласка у мембранску концентрацију и систем кристализације испаравањем. Уклањање ЦОДцр након концентрације дуго је представљало изазов у ​​области нултог испуштања отпадних вода хемијског угља. Неке изводљиве технологије су занемарене, док су неизводљиве технологије заузеле централно место. Овај чланак истражује применљивост адсорпције активног угља у нултом испуштању отпадних вода хемијског угља за референцу стручњака за третман воде.

Хемијска отпадна вода од угља је типична индустријска отпадна вода која се ствара током различитих процеса прераде угља--која се тешко{0}} Ароматични угљоводоници су главни доприноситељ ЦОДцр у хемијским отпадним водама угља, чинећи преко 50%. Једињења бензена (БТЕКС, бензен, толуен, етилбензол, п-ксилен), феноли и полициклични ароматични угљоводоници (ПАХ) су типични примери. Зханг ет ал. проучавао је промене органске материје у хемијским отпадним водама угља током процеса пречишћавања, доказујући да се после процеса „предтретман + биохемијски третман + напредни третман“ повећао удео великих молекула органске материје у води (супротно тврдњама неких пројектантских института или ЕПЦ јединица да је преостала органска материја тешко-}молкумулисати{11), органску материју је тешко-молкулисати{11 доминирају ПАХ. (Референца: Зханг Л, Лиу Х, Ванг И, ет ал. Композиционе карактеристике растворених органских материја током третмана отпадних вода у течном стању угља и његове импликације на животну средину [Ј]. Сциенце оф тхе Тотал Енвиронмент, 2020, 704: 135409.)

Управо је преостала органска материја, углавном ПАХ, која је постала проблем уског грла у пројекту нултог{0}}испуштања отпадних вода хемијског угља. Након што ове органске материје уђу у одељак за концентрацију мембране, њихова концентрација се удвостручује. Неки институти за дизајн или ЕПЦ јединице снажно промовишу технологију адсорпције активног угља током фазе концентрације у мембрани, без икакве критичке анализе или на основу неоснованих тврдњи. Они на крају закључују да је адсорпција ЦОДцр активним угљем изводљива пре концентрације у мембрани или кристализације испаравањем. Међутим, да ли је технологија адсорпције активног угља заиста погодна за даље уклањање органских материја, првенствено ПАХ?

Грануларни активни угаљ (ГАЦ) има просечну величину пора између 3,2 и 3,4 нм, са микропорама које чине 25%–27% и мезопорама са 73%–75%. ПАХ имају преко 100 молекуларних структура, при чему су нафтален, аценафтен, флуорен и фенантрен главна једињења у хемијским отпадним водама угља. Студије Динусхике ет ал. открили су да нафтален и аценафтен имају релативно мале моларне запремине и молекуларне величине, што резултира релативно високим стопама адсорпције за њих од стране ГАЦ-а, док флуорен и фенантрен имају релативно велике моларне запремине и молекуларне величине, што доводи до релативно ниских стопа адсорпције од стране ГАЦ-а. ГАЦ достиже адсорпциону равнотежу за нафтален и аценафтен за 4–8 х, са капацитетом адсорпције од приближно 14 мг/г. ГАЦ достиже адсорпциону равнотежу за флуорен и фенантрен за 16–24 х, са капацитетом адсорпције од приближно 12 мг/г, што је еквивалентно 36 мг ЦОДцр/г ГАЦ. (Референца: Еесхварасингхе Д, Логанатхан П, Каларубан М, ет ал. Уклањање полицикличних ароматичних угљоводоника из воде коришћењем гранулисаног активног угља: студије кинетичке и равнотежне адсорпције [Ј]. Енвиронментал Сциенце анд Поллутион Ресеарцх, 2018, 25(1414)-135241-135241-135241-135214.

У практичним применама, ако је време задржавања за адсорпцију активног угља постављено на 16–24 х, било би потребно више филтера за адсорпцију, што је очигледно непрактично. Време задржавања од око 4 сата је разумно, али у овом тренутку ГАЦ углавном адсорбује нафтален и нема значајан ефекат адсорпције на друге ПАХ као што су аценафтен, флуорен и фенантрен.

Из перспективе опреме слоја адсорпционог филтера, време задржавања од 4 сата није кратко. Под претпоставком да је преостала запремина воде хемијске отпадне воде угља након „предтретман + биолошки третман + напредни третман + концентрација у мембрани“ 10 м³/х, а време задржавања слоја адсорпционог филтера је постављено на 4 сата, тада је потребно 6 слојева адсорпционог филтера пречника 1,8 м и висине 3 за регенерацију (3 м за регенерацију и 3 м). Слично, ако је запремина воде која се третира 100 м³/х, тада би било потребно 60 таквих слојева адсорпционих филтера, што чини опрему прилично великом.

Што се тиче употребе ГАЦ-а, узимајући за пример горе поменуту отпадну воду од 10 м³/х хемијског угља, са ЦОДцр од 1000 мг/Л (30% од чега је нафтален), време задржавања од 4 х може смањити ЦОДцр на 700 мг/Л. Ако се очекује да се три адсорпциона филтера регенеришу сваких 7 дана (168 х), онда је потребно 14 т ГАЦ-а у три адсорпциона резервоара, а 28 т ГАЦ-а у шест адсорпционих резервоара. Запреминска густина ГАЦ-а је 450~600 кг/м³, тако да је 28 т ГАЦ-а еквивалентно 46~62 м³, што значи да је шест адсорпционих филтера скоро попуњено (институт за дизајн често дизајнира да попуњава адсорпционе филтере ГАЦ-ом у пројектима без{16}}испуштања воде). Да би се обезбедило време задржавања и брзина експанзије повратног испирања, скалу опреме треба додатно удвостручити.

Штавише, бројне студије су показале да након 3~4 термичке регенерације ГАЦ-а, његов адсорпциони капацитет пада на више од 80% капацитета новог угљеника, а након 5~10 термичких регенерација, ГАЦ је у суштини неупотребљив. Горњи пример претпоставља регенерацију сваких 7 дана, што значи да ова серија активног угља има животни век не дужи од шест месеци, што резултира огромним трошковима за регенерацију и замену угљеника. Штавише, регенерација у суштини укључује ослобађање органске материје коју је адсорбовао ГАЦ назад у атмосферу; у стварности, ГАЦ заиста не уклања органску материју.