新型連續(xù)生物焦吸附再生技術(shù)在廢水深度處理中的應(yīng)用

王營(yíng)利   天津機(jī)科環(huán)�？萍加邢薰�司  300192

摘  要：本文針對(duì)當(dāng)前廢水深度處理中存在的技術(shù)難點(diǎn)及問(wèn)題，針對(duì)性地提出新型連續(xù)生物焦吸附再生技術(shù)用于廢水深度處理中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并詳細(xì)的給出了該技術(shù)的工作原理，組成單元及技術(shù)特點(diǎn)及工程應(yīng)用效果等，通過(guò)中石化某分公司廢水處理工程案例分享，得出連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)是一種處理成本低，抗沖擊性好，不需要嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境的高效的廢水深度處理技術(shù)的結(jié)論，可廣泛的應(yīng)用于廢水深度處理中，彌補(bǔ)當(dāng)下技術(shù)的不足。

關(guān) 鍵 詞：生物焦；新型連續(xù)生物焦吸附再生；廢水深度處理技術(shù)

1 廢水深度處理技術(shù)現(xiàn)狀

2014年6月11日,《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”)的計(jì)劃草案報(bào)請(qǐng)國(guó)務(wù)院審議，2015年2月“水十條”獲得國(guó)務(wù)院常委會(huì)通過(guò)，4月正式頒布。同時(shí)在國(guó)內(nèi)個(gè)別城市(北京、天津、昆明等)分別提出污水廠(chǎng)出水標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，接近類(lèi)IV類(lèi)水或III類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的提出將對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的處理工藝選擇和設(shè)計(jì)提出更高的要求，重點(diǎn)在去除難降解COD、TN、TP、SS、色度等指標(biāo)上的處理工藝選擇。

目前，在我們國(guó)家很多地區(qū)，現(xiàn)執(zhí)行的污水處理標(biāo)準(zhǔn)中，部分指標(biāo)達(dá)不到地表Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。以天津市為例，從2015年起，天津市實(shí)施《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）。其水質(zhì)指標(biāo)與地表Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)水的對(duì)比見(jiàn)表1.1：

表1.1天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）

基于高排放標(biāo)準(zhǔn)下的去除難降解COD污水處理工藝中，目前多使用 fenton氧化法、臭氧氧化法、活性炭吸附法等等。fenton氧化、活性炭吸附工藝往往在實(shí)驗(yàn)階段效果良好，可在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)受到較大的限制，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。fenton氧化工藝的難點(diǎn)在于雙氧水的投加比例不好控制，前期需要在實(shí)驗(yàn)室做大量配比實(shí)驗(yàn)，在工程上實(shí)現(xiàn)同樣的效果更有一定難度。臭氧催化氧化在去除COD和色度有一定效果，但該工藝在實(shí)際工程中也存在諸多問(wèn)題：①處理效果不穩(wěn)定；②抗水質(zhì)沖擊性差；③存在催化劑失活問(wèn)題；④臭氧投加量較大，接觸時(shí)間長(zhǎng)，且不能作為工藝中的最后一個(gè)處理單元；⑤臭氧泄露至一定濃度會(huì)損害人身。

同時(shí)傳統(tǒng)生化處理方法已經(jīng)不能應(yīng)對(duì)環(huán)保的新要求，特別是城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)經(jīng)生化處理后，水中殘留的污染因子主要為難降解的雜環(huán)類(lèi)、多鍵、多碳等有機(jī)化合物。這類(lèi)污染物的化學(xué)和生物穩(wěn)定性較高，目前多使用的如“臭氧氧化法” “fenton氧化法” “活性炭吸附法”等等，這些新工藝往往在實(shí)驗(yàn)階段效果良好，可在實(shí)際工程應(yīng)用卻存在著或多或少的問(wèn)題，為此，我們開(kāi)發(fā)了“連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)”。

連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)是基于以上廢水水質(zhì)的特點(diǎn)而研發(fā)的。它是污水的深度處理工藝之一，由于其特有的吸附特征，可去除一般生物和化學(xué)方法難以去除的有機(jī)物。

 活性炭吸附工藝往往應(yīng)用在給水廠(chǎng)，而由于污水中難降解有機(jī)物含量較高，導(dǎo)致活性炭在排水領(lǐng)域應(yīng)用少，且再生及全機(jī)械自動(dòng)化運(yùn)行存在一些問(wèn)題，所以未能大規(guī)模的應(yīng)用。本公司研發(fā)的連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)可控、比活性炭更低的價(jià)格，可循環(huán)再生的優(yōu)勢(shì)，使工業(yè)廢水應(yīng)用吸附法處理變得可行。吸附、再生循環(huán)進(jìn)行，成本低，抗沖擊性好，不需要嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，是一種高效的污水深度處理技術(shù)。

2 新型連續(xù)生物焦吸附再生廢水處理技術(shù)

2.1 生物焦

生物焦是一種顆粒狀的吸附材料，具有大量功能基團(tuán)，中孔（2nm-50nm）豐富，正是這種孔隙結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)特點(diǎn)，使生物焦在污水處理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用空間，主要作用為去除COD、色度、膠體、重金屬等污染物。

2.1.1 生物焦參數(shù)

表2.1 生物焦參數(shù)

2.1.2 生物焦的優(yōu)點(diǎn)

（1）中孔比例高，吸附容量大；

（2）價(jià)格相對(duì)便宜，生物焦價(jià)格約5500元/噸，與相同品質(zhì)活性炭產(chǎn)品相比，便宜約20%；

（3）有效吸附率高。

2.1.3 與活性炭的區(qū)別

與活性炭的區(qū)別主要體現(xiàn)在生物焦與活性碳的孔隙結(jié)構(gòu)不同，生物焦具有較多的中孔和大孔結(jié)構(gòu)，較小微孔結(jié)構(gòu)，其中孔比例更高，比表面積低于活性炭，強(qiáng)度較活性炭高。

2.2 連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)

2.2.1 工作原理

如圖2.1所示：連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)首先經(jīng)過(guò)生物焦預(yù)處理一體化裝置去除部分懸浮物，經(jīng)中間提升進(jìn)入生物焦吸附塔，利用生物焦的高效吸附與生物降解作用在生物焦吸附塔中高效去除廢水中的難降解有機(jī)物，生物焦飽和后通過(guò)排焦系統(tǒng)自動(dòng)排出，然后進(jìn)入生物焦再生系統(tǒng)在高溫?zé)o氧條件下進(jìn)行再生，最后再生后的生物焦經(jīng)上焦系統(tǒng)送至生物焦吸附塔進(jìn)行循環(huán)利用。

新型連續(xù)生物焦吸附再生技術(shù)在廢水深度處理中的應(yīng)用

1 廢水深度處理技術(shù)現(xiàn)狀

2014年6月11日,《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”)的計(jì)劃草案報(bào)請(qǐng)國(guó)務(wù)院審議，2015年2月“水十條”獲得國(guó)務(wù)院常委會(huì)通過(guò)，4月正式頒布。同時(shí)在國(guó)內(nèi)個(gè)別城市(北京、天津、昆明等)分別提出污水廠(chǎng)出水標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，接近類(lèi)IV類(lèi)水或III類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的提出將對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的處理工藝選擇和設(shè)計(jì)提出更高的要求，重點(diǎn)在去除難降解COD、TN、TP、SS、色度等指標(biāo)上的處理工藝選擇。

目前，在我們國(guó)家很多地區(qū)，現(xiàn)執(zhí)行的污水處理標(biāo)準(zhǔn)中，部分指標(biāo)達(dá)不到地表Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。以天津市為例，從2015年起，天津市實(shí)施《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）。其水質(zhì)指標(biāo)與地表Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)水的對(duì)比見(jiàn)表1.1：

表1.1天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）

基于高排放標(biāo)準(zhǔn)下的去除難降解COD污水處理工藝中，目前多使用 fenton氧化法、臭氧氧化法、活性炭吸附法等等。fenton氧化、活性炭吸附工藝往往在實(shí)驗(yàn)階段效果良好，可在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)受到較大的限制，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。fenton氧化工藝的難點(diǎn)在于雙氧水的投加比例不好控制，前期需要在實(shí)驗(yàn)室做大量配比實(shí)驗(yàn)，在工程上實(shí)現(xiàn)同樣的效果更有一定難度。臭氧催化氧化在去除COD和色度有一定效果，但該工藝在實(shí)際工程中也存在諸多問(wèn)題：

①處理效果不穩(wěn)定；

②抗水質(zhì)沖擊性差；

③存在催化劑失活問(wèn)題；

④臭氧投加量較大，接觸時(shí)間長(zhǎng)，且不能作為工藝中的最后一個(gè)處理單元；

⑤臭氧泄露至一定濃度會(huì)損害人身。

同時(shí)傳統(tǒng)生化處理方法已經(jīng)不能應(yīng)對(duì)環(huán)保的新要求，特別是城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)經(jīng)生化處理后，水中殘留的污染因子主要為難降解的雜環(huán)類(lèi)、多鍵、多碳等有機(jī)化合物。這類(lèi)污染物的化學(xué)和生物穩(wěn)定性較高，目前多使用的如“臭氧氧化法” “fenton氧化法” “活性炭吸附法”等等，這些新工藝往往在實(shí)驗(yàn)階段效果良好，可在實(shí)際工程應(yīng)用卻存在著或多或少的問(wèn)題，為此，我們開(kāi)發(fā)了“連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)”。

連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)是基于以上廢水水質(zhì)的特點(diǎn)而研發(fā)的。它是污水的深度處理工藝之一，由于其特有的吸附特征，可去除一般生物和化學(xué)方法難以去除的有機(jī)物。

活性炭吸附工藝往往應(yīng)用在給水廠(chǎng)，而由于污水中難降解有機(jī)物含量較高，導(dǎo)致活性炭在排水領(lǐng)域應(yīng)用少，且再生及全機(jī)械自動(dòng)化運(yùn)行存在一些問(wèn)題，所以未能大規(guī)模的應(yīng)用。本公司研發(fā)的連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)可控、比活性炭更低的價(jià)格，可循環(huán)再生的優(yōu)勢(shì)，使工業(yè)廢水應(yīng)用吸附法處理變得可行。吸附、再生循環(huán)進(jìn)行，成本低，抗沖擊性好，不需要嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，是一種高效的污水深度處理技術(shù)。

 

2 新型連續(xù)生物焦吸附再生廢水處理技術(shù)

 

2.1 生物焦

生物焦是一種顆粒狀的吸附材料，具有大量功能基團(tuán)，中孔（2nm-50nm）豐富，正是這種孔隙結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)特點(diǎn)，使生物焦在污水處理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用空間，主要作用為去除COD、色度、膠體、重金屬等污染物。

 

2.1.1 生物焦參數(shù)

表2.1 生物焦參數(shù)

 

2.1.2 生物焦的優(yōu)點(diǎn)

（1）中孔比例高，吸附容量大；

（2）價(jià)格相對(duì)便宜，生物焦價(jià)格約5500元/噸，與相同品質(zhì)活性炭產(chǎn)品相比，便宜約20%；

（3）有效吸附率高。

 

2.1.3 與活性炭的區(qū)別

與活性炭的區(qū)別主要體現(xiàn)在生物焦與活性碳的孔隙結(jié)構(gòu)不同，生物焦具有較多的中孔和大孔結(jié)構(gòu)，較小微孔結(jié)構(gòu)，其中孔比例更高，比表面積低于活性炭，強(qiáng)度較活性炭高。

 

2.2 連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)

 

2.2.1 工作原理

如圖2.1所示：連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)首先經(jīng)過(guò)生物焦預(yù)處理一體化裝置去除部分懸浮物，經(jīng)中間提升進(jìn)入生物焦吸附塔，利用生物焦的高效吸附與生物降解作用在生物焦吸附塔中高效去除廢水中的難降解有機(jī)物，生物焦飽和后通過(guò)排焦系統(tǒng)自動(dòng)排出，然后進(jìn)入生物焦再生系統(tǒng)在高溫?zé)o氧條件下進(jìn)行再生，最后再生后的生物焦經(jīng)上焦系統(tǒng)送至生物焦吸附塔進(jìn)行循環(huán)利用。

圖2.1 連續(xù)生物焦吸附及再生工作原理圖

 

2.2.2 連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)組成單元介紹

連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)由生物焦吸附系統(tǒng)、排焦系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、活化系統(tǒng)、上焦系統(tǒng)等組成，如圖2.2所示：

圖2.2 連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)組成圖

 

2.2.2.1 生物焦吸附系統(tǒng)

 生物焦吸附系統(tǒng)根據(jù)處理規(guī)模及進(jìn)水水質(zhì)，吸附塔可設(shè)置成單個(gè)一組的并聯(lián)結(jié)構(gòu)或多個(gè)一組的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也可串聯(lián)并聯(lián)相結(jié)合。塔體內(nèi)部裝有顆粒生物焦，每個(gè)塔進(jìn)口配有電動(dòng)（氣動(dòng)）進(jìn)水閥，原水通過(guò)變徑按設(shè)計(jì)流速進(jìn)入吸附塔底部，由底部配水結(jié)構(gòu)均勻進(jìn)水，經(jīng)過(guò)吸附層后，由上部環(huán)形出水堰溢流出水。每個(gè)塔體內(nèi)部安裝有布料器及上料布料傘帽，保證配料均勻。每個(gè)塔體直徑3到4m，高13m左右，下部為圓錐結(jié)構(gòu)。每個(gè)塔體配有包括：進(jìn)出水管、傘帽布料器、布水器、上焦排焦口及電動(dòng)閥門(mén)等。

 

2.2.2.2 生物焦排焦系統(tǒng)

（1）生物焦飽和后，需對(duì)生物焦進(jìn)行再生，排焦過(guò)程為通過(guò)高效排焦器裝置，將生物焦從塔體底部的排焦口排出，使底部生物焦產(chǎn)生均勻出料。

（2）排出的生物焦進(jìn)入飽和焦儲(chǔ)塔，由過(guò)濾器過(guò)濾內(nèi)部水分及懸浮焦粉，同時(shí)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行熱風(fēng)吹掃，將生物焦含水率降到20%以下，保證生物焦進(jìn)入再生系統(tǒng)的溫度及濕度。

 

2.2.2.3 生物焦上焦系統(tǒng)

再生活化完成后的生物焦進(jìn)入上焦系統(tǒng)，上焦系統(tǒng)由提升給料器或皮帶運(yùn)輸機(jī)提升后進(jìn)入再生焦儲(chǔ)塔內(nèi)備用，焦體通過(guò)再生焦儲(chǔ)塔下部出口經(jīng)過(guò)管線(xiàn)回到吸附塔內(nèi)，通過(guò)塔體內(nèi)的布料器均勻布料。

 

2.2.2.4 生物焦再生系統(tǒng)

采用高溫?zé)o氧加熱再生工藝。再生過(guò)程中，進(jìn)/出料方式為振動(dòng)給料（可選螺旋給料），軸向出料，可變頻調(diào)速。加熱方式分為電加熱或天然氣加熱兩種方式，控溫方式為PID智能儀表、電動(dòng)執(zhí)行器自動(dòng)控溫，七區(qū)控溫，觸摸屏管理。

工作壓差為微正壓，再生系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置不同溫度區(qū)，進(jìn)料通過(guò)不同溫度區(qū)逐步升溫加熱，直到680—720℃再生區(qū)間開(kāi)始再生。

（1）生物焦再生原理

將濕焦用高溫氣體慢慢干燥，在加熱過(guò)程中，被吸附的有機(jī)物按其性質(zhì)不同，通過(guò)再生系統(tǒng)在高溫絕氧狀態(tài)下水蒸氣蒸餾、解吸或熱分解等過(guò)程，以解吸、炭化、氧化的形式從生物焦的基質(zhì)上消除，生物焦的孔道重新打開(kāi)，性能恢復(fù)接近100%，因此生物焦可再次重復(fù)使用。

（2）生物焦再生過(guò)程

生物焦在再生過(guò)程中，根據(jù)加熱到不同溫度時(shí)有機(jī)物的變化，一般分為如下3個(gè)階段：

1）干燥

在100 ℃-150 ℃溫度下加熱，使生物焦內(nèi)吸附的水和部分低沸點(diǎn)有機(jī)物揮發(fā)。

2）高溫炭化

生物焦在溫度升高過(guò)程中，有機(jī)物通過(guò)揮發(fā)、分解、碳化、氧化的形式，從生物焦中消除�？刂茰囟龋�680 ℃-720 ℃

3）活化

通入水蒸氣、二氧化碳等氧化性氣體進(jìn)行氣化反應(yīng)，清除生物焦微孔內(nèi)殘留的碳化物。

 

2.2.2.5 生物焦再生系統(tǒng)

生物焦活化系統(tǒng)能快速清除生物焦孔隙內(nèi)殘留的碳化物，將生物焦內(nèi)的孔隙將會(huì)重新打開(kāi)，提高再生焦的吸附率并且減少再生時(shí)間，去除多余水分后進(jìn)入上焦系統(tǒng)。

通過(guò)本系統(tǒng)，可使再生焦的碘值接近原焦，大大提高了再生焦的可吸附次數(shù)，并且減少了高溫活化生物焦出料后的磨損情況。

 

2.2.2 連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)特點(diǎn)

 

（1）經(jīng)本工藝處理后，CODcr可達(dá)到地表類(lèi)IV水和類(lèi)III水標(biāo)準(zhǔn)，CODcr可降到20-30mg/L，處理效率高達(dá)85%；

（2）本工藝兼有生物降解和高效吸附功能，對(duì)大分子難降解有機(jī)物具有優(yōu)異的吸附能力；對(duì)于難生物降解有機(jī)氮、有機(jī)磷具有一定的吸附去除作用；

（3）具有優(yōu)異的脫色能力；

（4）本工藝相較于“臭氧催化氧化”、“芬頓法”，投資成本低，運(yùn)營(yíng)成本低；

（5）本技術(shù)依靠高品質(zhì)、低價(jià)格的生物焦產(chǎn)品，通過(guò)吸附對(duì)污染物進(jìn)行濃縮，再生實(shí)際是對(duì)濃縮物的集中處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物進(jìn)行徹底的消除，且使得整體處理成本降低。

（6）污水下進(jìn)上出，吸附行程長(zhǎng)，因此生物焦具有充分的飽和吸附時(shí)間，抗沖擊能力強(qiáng)，出水穩(wěn)定；

（7）本工藝不投加任何化學(xué)藥劑（酸、堿、硫酸亞鐵等化學(xué)藥劑），不增加水中鹽分，為后續(xù)中水回用創(chuàng)造有利條件，處理過(guò)程中無(wú)污泥產(chǎn)生；

（8）生物焦可再生12次左右，實(shí)現(xiàn)了多次循環(huán)使用，效率高，運(yùn)行成本低；

（9）生物焦吸附塔適用于各種處理規(guī)模，可進(jìn)行模塊化組合設(shè)計(jì)；

（10）全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化運(yùn)行，操作簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)，占地面積小。

 

3 工程案例

 

3.1項(xiàng)目概況

 

3.1.1 項(xiàng)目名稱(chēng)

中石化某分公司廢水處理工程

圖3.1 中石化某分公司廢水處理工程實(shí)物圖

 

3.1.2廢水種類(lèi)

石化廢水

 

3.1.3設(shè)計(jì)規(guī)模

10000m³/d

 

3.1.4實(shí)際處理規(guī)模

300m³/h

 

3.1.5進(jìn)水COD濃度

60~100mg/L

 

3.1.6出水效果

CODcr≤30mg/L

 

3.1.7工藝流程

生物焦一級(jí)吸附 

 

3.1.8運(yùn)營(yíng)時(shí)間

自2016年1月1日開(kāi)始

 

3.1.9 設(shè)備裝置

（1）單級(jí)吸附塔，直徑均為3m，塔高為10m，數(shù)量為6座

（2）上升流速為7m/h,停留時(shí)間42min

（3）生物焦顆粒粒徑3-5mm

（4）再生裝置再生量為3t/d

 

3.2 生物焦吸附生物焦吸附系統(tǒng)

本工程生物焦吸附系統(tǒng)如圖3.1所示，它是污水處理的主體構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)規(guī)模為10000m³/d，處理系統(tǒng)分為6組。每組處理系統(tǒng)由一個(gè)生物焦吸附塔組成，每組內(nèi)安裝一個(gè)電動(dòng)配水閥門(mén)，塔內(nèi)有進(jìn)水布水器及生物焦布料器，生物焦填裝高度根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定。本工程每單元生物焦填料重32噸，有效吸附時(shí)間為42分鐘，原水經(jīng)過(guò)電動(dòng)配水閥，由下而上進(jìn)入吸附塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)布水器進(jìn)入生物焦吸附層，吸附后從上層排出。

運(yùn)行一段時(shí)間后生物焦飽和，塔體下部生物焦飽和程度最高，故從塔體下部排出飽和焦，生物焦進(jìn)入再生系統(tǒng)再生系統(tǒng)。

圖3.2 生物焦吸附系統(tǒng)圖

 

3.3生物焦上焦及排焦系統(tǒng)

本工程分為6個(gè)處理單元，如圖3.3所示：每個(gè)單元單獨(dú)設(shè)置一組上焦及排焦管路，生物焦通過(guò)吸附塔底部由高效排焦器驅(qū)動(dòng)排出，經(jīng)過(guò)管路送至飽和焦儲(chǔ)塔加熱烘干后，進(jìn)入再生裝置，排出活化后由皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送至再生焦儲(chǔ)塔內(nèi)儲(chǔ)存。

上焦系統(tǒng)無(wú)需天車(chē)等設(shè)備，運(yùn)輸速率高，運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)單快捷，靈活度高。

上焦排焦系統(tǒng)由PLC中控控制，自動(dòng)化程度高，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)人員操作，通過(guò)中控室指令即可完成操作。

圖3.3 生物焦上焦及排焦系統(tǒng)

 

3.4生物焦再生及活化系統(tǒng)

 生物焦再生系統(tǒng)采用內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)裝置，以電為燃料驅(qū)動(dòng)。連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料，“加熱干燥-炭化-活化”一體完成。

圖3.4 生物焦再生及活化系統(tǒng)

 

3.5生物焦再生裝置運(yùn)行參數(shù)

進(jìn)/出料方式：振動(dòng)給料（可選螺旋給料）；軸向出料，可變頻調(diào)速

外形尺寸：17.5×2.8×3.4m。外加熱，特種耐火不銹鋼筒，耐火纖維膛，整體鋼底盤(pán)結(jié)構(gòu)

滾筒尺寸：Φ900×8400mm

工作燃料：電加熱

裝機(jī)功率： 248kW

控溫方式：PID智能儀表、電動(dòng)執(zhí)行器自動(dòng)控溫，七區(qū)控溫，觸摸屏管理

控制溫度：再生溫度680-720℃

機(jī)械參數(shù)：滾筒傾角0-3°范圍可調(diào)，轉(zhuǎn)速0.5-3 r/min范圍變頻調(diào)速

處理時(shí)間：75min

工作壓差：微正壓

密封方式：迷宮式密封

維護(hù)措施：定期維護(hù)

 

3.6吸附及再生各項(xiàng)指標(biāo)

（1）采用本“生物焦吸附”工藝，吸附時(shí)間42分鐘，當(dāng)吸附進(jìn)水CODcr為70mg/L左右（提標(biāo)前設(shè)計(jì)出水）時(shí)，出水COD小于30mg/L的“飽和”吸附時(shí)間可大于78天。

（2）吸附進(jìn)水COD濃度高時(shí)，加大有效吸附時(shí)間可達(dá)到出水要求。

（3）再生周期取決于生物焦總量、選用生物焦的吸附容量及進(jìn)、出水COD濃度。

生物焦經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本（不含設(shè)備折舊）

本工程采用“連續(xù)生物焦吸附再生工藝”，設(shè)計(jì)規(guī)模10000m³/d，實(shí)際處理規(guī)模300m³/h，進(jìn)水CODcr70mg/L，出水CODcr30mg/L，去除CODcr40mg/L,成本分析按以下實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：    

    ①每日再生生物焦總量：3t

    ②每次再生總損耗：8%

    ③新焦單價(jià)：5500元/噸

    ④裝機(jī)功率：248kw

    ⑤噸水單位經(jīng)營(yíng)成本：0.6元/噸.廢水

 

3.7生物焦單級(jí)吸附效果

 以2016年全年數(shù)據(jù)為例，得出圖3.5

圖3.5  2016年生物焦單級(jí)處理效果圖

如圖3.5所示，我們可以得出生物焦單級(jí)處理結(jié)果：

1）2016年全年，經(jīng)過(guò)生物焦吸附，出水COD平均濃度為20.97， COD濃度基本位于30以下，部分時(shí)段低于20mg/L,顯示了生物焦在去除微量溶解狀態(tài)有機(jī)物方面的優(yōu)越性能。

2）2016年10月-12月，進(jìn)水COD有很大波動(dòng)，進(jìn)水COD最大為215，遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出水COD為38.2，顯示出生物焦吸附系統(tǒng)較強(qiáng)的抗沖擊能力。

3）通過(guò)出水水質(zhì)觀(guān)察，生物焦通過(guò)再生系統(tǒng)再生后可恢復(fù)其對(duì)污染物的吸附能力，再生系統(tǒng)對(duì)生物焦的再生能力良好，生物焦可再生12次左右。

 

4 總結(jié)

本文針對(duì)當(dāng)前廢水深度處理中存在的技術(shù)難點(diǎn)及問(wèn)題，針對(duì)性地提出新型連續(xù)生物焦吸附再生技術(shù)用于廢水深度處理中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并詳細(xì)的給出了該技術(shù)的工作原理，組成單元及技術(shù)特點(diǎn)及工程應(yīng)用效果等，通過(guò)中石化某分公司廢水處理工程案例分享，得出連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)是一種處理成本低，抗沖擊性好，不需要嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境的高效的廢水深度處理技術(shù)的結(jié)論，可廣泛的應(yīng)用于廢水深度處理中，彌補(bǔ)當(dāng)下技術(shù)的不足。由此可見(jiàn)，新型連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)在難降解工業(yè)廢水深度處理：石油化工、煉化、制藥、紡織印染；工業(yè)園區(qū)污水處理廠(chǎng)；城市污水深度處理；河流、湖泊水體凈化；飲用水深度凈化等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。

  

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新型連續(xù)生物焦吸附再生技術(shù)在廢水深度處理中的應(yīng)用

王營(yíng)利   天津機(jī)科環(huán)�？萍加邢薰�司  300192

摘  要：本文針對(duì)當(dāng)前廢水深度處理中存在的技術(shù)難點(diǎn)及問(wèn)題，針對(duì)性地提出新型連續(xù)生物焦吸附再生技術(shù)用于廢水深度處理中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并詳細(xì)的給出了該技術(shù)的工作原理，組成單元及技術(shù)特點(diǎn)及工程應(yīng)用效果等，通過(guò)中石化某分公司廢水處理工程案例分享，得出連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)是一種處理成本低，抗沖擊性好，不需要嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境的高效的廢水深度處理技術(shù)的結(jié)論，可廣泛的應(yīng)用于廢水深度處理中，彌補(bǔ)當(dāng)下技術(shù)的不足。

關(guān) 鍵 詞：生物焦；新型連續(xù)生物焦吸附再生；廢水深度處理技術(shù)

1 廢水深度處理技術(shù)現(xiàn)狀

2014年6月11日,《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”)的計(jì)劃草案報(bào)請(qǐng)國(guó)務(wù)院審議，2015年2月“水十條”獲得國(guó)務(wù)院常委會(huì)通過(guò)，4月正式頒布。同時(shí)在國(guó)內(nèi)個(gè)別城市(北京、天津、昆明等)分別提出污水廠(chǎng)出水標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，接近類(lèi)IV類(lèi)水或III類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的提出將對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的處理工藝選擇和設(shè)計(jì)提出更高的要求，重點(diǎn)在去除難降解COD、TN、TP、SS、色度等指標(biāo)上的處理工藝選擇。

目前，在我們國(guó)家很多地區(qū)，現(xiàn)執(zhí)行的污水處理標(biāo)準(zhǔn)中，部分指標(biāo)達(dá)不到地表Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。以天津市為例，從2015年起，天津市實(shí)施《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）。其水質(zhì)指標(biāo)與地表Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)水的對(duì)比見(jiàn)表1.1：

表1.1天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）

基于高排放標(biāo)準(zhǔn)下的去除難降解COD污水處理工藝中，目前多使用 fenton氧化法、臭氧氧化法、活性炭吸附法等等。fenton氧化、活性炭吸附工藝往往在實(shí)驗(yàn)階段效果良好，可在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)受到較大的限制，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。fenton氧化工藝的難點(diǎn)在于雙氧水的投加比例不好控制，前期需要在實(shí)驗(yàn)室做大量配比實(shí)驗(yàn)，在工程上實(shí)現(xiàn)同樣的效果更有一定難度。臭氧催化氧化在去除COD和色度有一定效果，但該工藝在實(shí)際工程中也存在諸多問(wèn)題：①處理效果不穩(wěn)定；②抗水質(zhì)沖擊性差；③存在催化劑失活問(wèn)題；④臭氧投加量較大，接觸時(shí)間長(zhǎng)，且不能作為工藝中的最后一個(gè)處理單元；⑤臭氧泄露至一定濃度會(huì)損害人身。

同時(shí)傳統(tǒng)生化處理方法已經(jīng)不能應(yīng)對(duì)環(huán)保的新要求，特別是城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)經(jīng)生化處理后，水中殘留的污染因子主要為難降解的雜環(huán)類(lèi)、多鍵、多碳等有機(jī)化合物。這類(lèi)污染物的化學(xué)和生物穩(wěn)定性較高，目前多使用的如“臭氧氧化法” “fenton氧化法” “活性炭吸附法”等等，這些新工藝往往在實(shí)驗(yàn)階段效果良好，可在實(shí)際工程應(yīng)用卻存在著或多或少的問(wèn)題，為此，我們開(kāi)發(fā)了“連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)”。

連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)是基于以上廢水水質(zhì)的特點(diǎn)而研發(fā)的。它是污水的深度處理工藝之一，由于其特有的吸附特征，可去除一般生物和化學(xué)方法難以去除的有機(jī)物。

 活性炭吸附工藝往往應(yīng)用在給水廠(chǎng)，而由于污水中難降解有機(jī)物含量較高，導(dǎo)致活性炭在排水領(lǐng)域應(yīng)用少，且再生及全機(jī)械自動(dòng)化運(yùn)行存在一些問(wèn)題，所以未能大規(guī)模的應(yīng)用。本公司研發(fā)的連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)可控、比活性炭更低的價(jià)格，可循環(huán)再生的優(yōu)勢(shì)，使工業(yè)廢水應(yīng)用吸附法處理變得可行。吸附、再生循環(huán)進(jìn)行，成本低，抗沖擊性好，不需要嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，是一種高效的污水深度處理技術(shù)。

2 新型連續(xù)生物焦吸附再生廢水處理技術(shù)

2.1 生物焦

生物焦是一種顆粒狀的吸附材料，具有大量功能基團(tuán)，中孔（2nm-50nm）豐富，正是這種孔隙結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)特點(diǎn)，使生物焦在污水處理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用空間，主要作用為去除COD、色度、膠體、重金屬等污染物。

2.1.1 生物焦參數(shù)

表2.1 生物焦參數(shù)

2.1.2 生物焦的優(yōu)點(diǎn)

（1）中孔比例高，吸附容量大；

（2）價(jià)格相對(duì)便宜，生物焦價(jià)格約5500元/噸，與相同品質(zhì)活性炭產(chǎn)品相比，便宜約20%；

（3）有效吸附率高。

2.1.3 與活性炭的區(qū)別

與活性炭的區(qū)別主要體現(xiàn)在生物焦與活性碳的孔隙結(jié)構(gòu)不同，生物焦具有較多的中孔和大孔結(jié)構(gòu)，較小微孔結(jié)構(gòu)，其中孔比例更高，比表面積低于活性炭，強(qiáng)度較活性炭高。

2.2 連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)

2.2.1 工作原理

如圖2.1所示：連續(xù)生物焦吸附及再生技術(shù)首先經(jīng)過(guò)生物焦預(yù)處理一體化裝置去除部分懸浮物，經(jīng)中間提升進(jìn)入生物焦吸附塔，利用生物焦的高效吸附與生物降解作用在生物焦吸附塔中高效去除廢水中的難降解有機(jī)物，生物焦飽和后通過(guò)排焦系統(tǒng)自動(dòng)排出，然后進(jìn)入生物焦再生系統(tǒng)在高溫?zé)o氧條件下進(jìn)行再生，最后再生后的生物焦經(jīng)上焦系統(tǒng)送至生物焦吸附塔進(jìn)行循環(huán)利用。

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