CN111617754A - 应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，属于污水处理及固废或危废处置领域。该方法的步骤为：高浓难降解废水控制一定pH进入活性炭吸附裂解一体炉，活性炭吸附出水，大幅降低废水有机负荷以及提高废水B/C，排至污水站进行简单生化处理即可达标排放；活性炭再生系统主要包括蒸汽发生阶段、蒸汽再加热阶段、活性炭高温裂解阶段、过热蒸汽骤冷阶段、尾气等离子氧化阶段、尾气碳纤维吸附阶段等。本发明针对高浓难降解废水的处理及活性炭吸附再生进行工艺设计，能够实现活性炭原位脱附再生，既能保证良好的脱附再生效果，又能实现吸附与脱附过程的循环。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭原位吸附再生技术领域，特别涉及一种应用于高浓难降解废水处理中的活性炭吸附再生系统方法。
背景技术
活性炭具有极为发达的内部孔结构和较大的比表面积，是最常用的吸附剂之一。活性炭在各个领域都具有极为广阔的应用，尤其是在环境保护中，大量用于有害气体净化，饮用水和废水处理之中。
目前，我国生产活性炭的企业有400多家，年产量达到50万吨以上，且以10%以上的速率逐年增长。其中，应用于城市供水的活性炭约10万吨，工业废水治理的活性炭约6万吨。据报道，现阶段全国每年的危险废物产生量为6000万吨，其中废活性炭就占65%，用于环境污染治理的占废活性炭总量的31%，即11.2万吨，体量巨大。在国家环保政策日趋完善下，解决好废活性炭的处置，成为环保产业可持续发展的重大问题，因此活性炭再生具有良好的发展前景和趋势。
活性炭的再生，是指运用物理、化学或生物化学等方法对吸附饱和后失去活性的炭进行处理，恢复其吸附性能，达到重复使用目的。目前，国内外对颗粒活性炭和部分粉状活性炭的再生方法主要有加热再生法、化学药剂再生、生物再生法、湿式催化氧化再生法、微波辐射再生法、电化学再生法等。目前，热再生法是发展历史最长应用最广泛的一种再生方法。热再生过程是利用吸附饱和活性炭中的吸附质能够在过热蒸汽下从活性炭孔隙中解析的特点, 从而使活性炭原来被堵塞的孔隙打开, 恢复其吸附性能。
现有技术的主要问题：热再生一般经过干燥、炭化、活化这3个过程，再生过程中，氧对活性炭的消耗很大，一般在热再生炉内对氧必须严格控制。设备选型方面，目前国内外使用较多的再生设备有有回转炉、多层炉、移动层炉、流态化炉等，热再生设备对活性炭碘值和亚甲蓝的恢复程度不高，且活性炭需移位再生增加活性炭的损失率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的活性炭使用的问题，公开了一种应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，该方法对高浓难降解废水进行活性炭吸附再生设计，采用活性炭吸附、蒸汽发生、蒸汽再加热、活性炭高温裂解、过热蒸汽骤冷、尾气等离子氧化、尾气碳纤维吸附等工艺。经过技术处理后，提高了高浓难降解废水可生化性，降低废水的有机负荷以及能够实现活性炭再生的技术难题。
本发明是这样实现的：
应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的方法的步骤为：
步骤一、工业废水调节pH后泵入活性炭吸附裂解一体炉；将高浓难降解废水调节pH=3~7，采用连续进水方式进入活性炭吸附裂解一体炉，经过活性炭吸附出水可生化性显著提高，COD去除率达到80%以上，后续接生化及深度氧化系统等达标排放；
步骤二、经过活性炭吸附饱和后启动再生系统，采用过热蒸汽高温低压缺氧裂解再生工艺，即通过蒸汽发生器和再加热器将蒸汽升温至800~900℃，将过热蒸汽通入活性炭吸附裂解一体炉，活性炭床升温至700~850 ℃实现有机物的裂解脱附改性和无机化；根据相关指标如COD或TOC确定活性炭吸附容量，活性炭吸附饱和后原位启动活性炭再生系统，使用蒸汽发生器提供0.5 MPa蒸汽；
步骤三、脱附完成后蒸汽进入骤冷塔，通过冷凝水进行生化或无害化处理，尾气进行等离子氧化和碳纤维吸附实现达标排放。
进一步，所述的步骤一具体为将高浓难降解废水使用酸性或碱性试剂控制pH=3~7进入活性炭吸附裂解一体炉，吸附出水排放至污水站进行生化及深度氧化处理。
进一步，所述的高浓难降解废水为医药化工废水、农药化工废水、染料工业废水、精细化工废水、石油化工废水中的一种或几种组合；所述的酸性试剂为硫酸或盐酸，碱性试剂为氢氧化钠或氢氧化钙，进水采用下进上出、连续进水、连续出水方式。
进一步，所述的步骤二中的高温低压缺氧裂解再生工艺具体包括蒸汽发生阶段、蒸汽再加热阶段、活性炭高温裂解阶段、过热蒸汽骤冷阶段、尾气等离子氧化阶段、尾气碳纤维吸附阶段，其具体的处理步骤如下：
2.1、活性炭吸附饱和或者吸附出水达到限定要求后启动活性炭再生系统，使用蒸汽发生器系统利用燃料或其他能源把水加热成蒸汽；
2.2、将2.1中蒸汽通过蒸汽管道连接蒸汽再加热器系统；
2.3、将上述过热蒸汽通入活性炭吸附裂解系统中，该系统包括活性炭吸附裂解一体炉，炉内设有蒸汽喷射装置，上部设置进气口和出水口，下部设置出气口和进水口；
2.4、将2.3的蒸汽经过骤冷塔降温，收集液另行处理，不凝气体后接尾气处理设施；
2.5、将上述步骤中不凝尾气使用等离子气体氧化和碳纤维吸附后排放。
进一步，所述的步骤2.1中的蒸汽发生器提供0.5MPa蒸汽；所述的步骤2.2中蒸汽再加热系统将饱和蒸汽加热至800~900 ℃，过热蒸汽采用上进下出方式。
进一步，所述的步骤2.3的活性炭吸附裂解系统中：活性炭吸附裂解一体炉采用高温低压缺氧裂解方式，活性炭为特质柱状活性炭；所述的特质柱状活性炭为直径0.8 mm、长度为1~8 mm的柱状活性炭，根据吸附特征废水中有机物的分子量选择合适的特质活性炭孔径及比表面积；过热蒸汽通过热量传递方式以蒸汽辐射为主对流为辅将活性炭炭床瞬时升温至700~850 ℃，时间控制在0.5 ~ 4 h，绝大部分有机物能够在此条件下实现裂解脱附改性和无机化。本发明中的阿活性炭吸附裂解一体炉采用高温低压缺氧裂解方式，控制再生炉含氧量保持在较低水平，降低氧气对活性炭的损耗，控制活性炭损耗率为5%~10%。 过热蒸汽通过热量传递方式以蒸汽辐射为主对流为辅将活性炭炭床瞬时升温至700~850℃，时间控制在0.5 ~ 4h，绝大部分有机物能够在此条件下实现裂解脱附改性和无机化。同时，活性炭孔隙内含有一定量残留的炭，活化过程中，与通入的水蒸汽发生C+H2O→CO+H2的反应得以清除，并且产物H2进一步燃烧放热，提供炉内部分的加热能量。最后，活性炭裂解冷却完成后对活性炭碘值进行检测，以活性炭再生碘值恢复90%以上作为再生成功标准，达到要求后活性炭可再次进行工业废水吸附，未达到要求活性炭延长高温裂解时间，以确保再生活性炭的性能。
进一步，所述的步骤2.4具体为：过热蒸汽及吹扫蒸汽经过骤冷塔冷却，剩余热量和残余有机物能够快速转移，冷却水收集液进入单独污水处理系统进行生化处理或者其他无害化处理，不凝尾气通过管道阀门控制接入后续尾气处理系统。将过热蒸汽及吹扫蒸汽经过骤冷塔冷却，经过过热蒸汽裂解将废水中大分子难降解物质分解为小分子可生化物质，冷却水收集液进入单独AO生化处理或者其他无害化处理即可，缺氧条件下废气中基本无二噁英产生，后续不凝气体冷气通过管道阀门控制接入尾气处理系统。
进一步，所述的步骤2.5中等离子氧化通过高频电压产生高能电子、氧自由基，去除废气大多数异味气体，碳纤维吸附由预处理、吸附、蒸气脱附、负压抽干、干燥降温的系统组成，采用PLC控制系统。等离子是利用阻挡放电、电晕放电原理，在高频高压工作状态下产生高能电子、各种离子、氧自由基和羟基自由基在内的混合体，废气中污染物分子、水分子等在高能电子直接轰击下，使其分子键断裂转化为CO2、H2O、N2、O2等小分子物质，达到去除异味的目的。碳纤维吸附采用优质活性碳纤维，吸附能力大，吸附效率高，进入治理系统的废气中有机物去除率可达90%以上，废气最终可实现达标排放，同时采用PLC控制系统，可实现无人值守运行。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1.本发明采用特质柱状活性炭、活性炭原位再生、控制再生炉内含氧量降低活性炭的炭损率，控制炭损率5%~10%之内。
2.本发明能够使再生活性炭碘值回复率达到90%以上，同时经再生的活性炭可循环使用10次以上。
3. 本发明针对末端不凝尾气采用等离子氧化和碳纤维吸附工艺逐级处理废气中的各种污染物，适用于多数异味废气和有机废气，不产生二次污染，降解效率高，占地紧凑。
4. 本发明一方面能够解决高浓难降解废水处理问题，另一方面能够实现吸附饱和活性炭原位脱附再生，设备简单，操作方便，设备运行成本低等优点，具有重要的环境意义。
附图说明
图1是本发明应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体操作步骤如下：
如图1所示，本发明的技术方案中废水经过活性炭吸附后去除大部分有机物，活性炭吸附饱和后依次经过蒸汽发生阶段、蒸汽再加热阶段、活性炭高温裂解阶段、过热蒸汽骤冷阶段、尾气等离子氧化阶段、尾气碳纤维吸附阶段，具体步骤为：1）工业废水调节pH后泵入活性炭吸附裂解一体炉；2）活性炭吸附饱和后启动再生系统，通过蒸汽发生器和再加热器将蒸汽升温至800~900℃；3）过热蒸汽通入活性炭吸附裂解一体炉，活性炭床升温至700~850℃实现有机物的裂解脱附改性和无机化；4）脱附完成后蒸汽进入骤冷塔，冷凝水进行生化或无害化处理，尾气进行等离子氧化和碳纤维吸附实现达标排放。
下面以某企业生产废水为研究对象，通过具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，并验证本发明方法的可行性和准确性。
该企业主体经营农药类废水系列，废水中含有大量杀虫单、杀螟单、烟嘧磺隆、吡虫啉等含氮杂环有机物，主要特征为：pH=2，CODcr=31500 mg/L，Cl-=15500 mg/L，总盐为31500 mg/L。
将工业废水调节pH=6进活性炭吸附裂解一体炉，处理能力一般10 t/d，采用连续进水、连续出水方式，循环泵材质选择ETFE/PVDF，吸附出水经过后续SBR、好氧及次氯酸钠氧化深度处理后达标排放；当活性炭吸附出水COD＞3000 mg/L时停止活性炭吸附准备启动再生，蒸汽发生器、蒸汽再加热器、活性炭吸附裂解一体炉采用串联方式，通过蒸汽再加热器将蒸汽升温至800℃后通入活性炭吸附裂解一体炉，活性炭选择碘值＞900柱状活性炭，通过炉内专用温度计检测炭床温度稳定在700℃左右，裂解脱附时间控制在0.5~1 h；脱附结束待活性炭冷却后从一体炉上端取出活性炭进行碘值检测，恢复程度＞90%时可继续进行废水有机物的吸附，低于90%时则继续通入过热蒸汽脱附裂解，增加反应时间。蒸汽尾气通入后续骤冷塔，冷凝液泵入生化系统中，不凝结尾气串联依次接入等离子氧化装置、碳纤维吸附装置，通过对尾气中有机物的氧化和吸附使尾气达标排放。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的方法的步骤为：
步骤一、工业废水调节pH后泵入活性炭吸附裂解一体炉；
步骤二、经过活性炭吸附饱和后启动再生系统，采用过热蒸汽高温低压缺氧裂解再生工艺，即通过蒸汽发生器和再加热器将蒸汽升温至800~900℃，将过热蒸汽通入活性炭吸附裂解一体炉，活性炭床升温至700~850 ℃实现有机物的裂解脱附改性和无机化；
步骤三、脱附完成后蒸汽进入骤冷塔，通过冷凝水进行生化或无害化处理，尾气进行等离子氧化和碳纤维吸附实现达标排放。
2.根据权利要求1所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的步骤一具体为将高浓难降解废水使用酸性或碱性试剂控制pH=3~7进入活性炭吸附裂解一体炉，吸附出水排放至污水站进行生化及深度氧化处理。
3.根据权利要求2所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的高浓难降解废水为医药化工废水、农药化工废水、染料工业废水、精细化工废水、石油化工废水中的一种或几种组合；所述的酸性试剂为硫酸或盐酸，碱性试剂为氢氧化钠或氢氧化钙，进水采用下进上出、连续进水、连续出水方式。
4.根据权利要求1所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的步骤二中的高温低压缺氧裂解再生工艺具体包括蒸汽发生阶段、蒸汽再加热阶段、活性炭高温裂解阶段、过热蒸汽骤冷阶段、尾气等离子氧化阶段、尾气碳纤维吸附阶段，其具体的处理步骤如下：
2.1、活性炭吸附饱和或者吸附出水达到限定要求后启动活性炭再生系统，使用蒸汽发生器系统利用燃料或其他能源把水加热成蒸汽；
2.2、将2.1中蒸汽通过蒸汽管道连接蒸汽再加热器系统；
2.3、将上述过热蒸汽通入活性炭吸附裂解系统中，该系统包括活性炭吸附裂解一体炉，炉内设有蒸汽喷射装置，上部设置进气口和出水口，下部设置出气口和进水口；
2.4、将2.3的蒸汽经过骤冷塔降温，收集液另行处理，不凝气体后接尾气处理设施；
2.5、将上述步骤中不凝尾气使用等离子气体氧化和碳纤维吸附后排放。
5.根据权利要求4所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的步骤2.1中的蒸汽发生器提供0.5MPa蒸汽；所述的步骤2.2中蒸汽再加热系统将饱和蒸汽加热至800~900 ℃，过热蒸汽采用上进下出方式。
6.根据权利要求4所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的步骤2.3的活性炭吸附裂解系统中：活性炭吸附裂解一体炉采用高温低压缺氧裂解方式，活性炭为特质柱状活性炭；所述的特质柱状活性炭为直径0.8 mm、长度为1~8 mm的柱状活性炭，根据吸附特征废水中有机物的分子量选择合适的特质活性炭孔径及比表面积；过热蒸汽通过热量传递方式以蒸汽辐射为主对流为辅将活性炭炭床瞬时升温至700~850 ℃，时间控制在0.5 ~ 4 h，绝大部分有机物能够在此条件下实现裂解脱附改性和无机化。
7.根据权利要求4所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的步骤2.4具体为：过热蒸汽及吹扫蒸汽经过骤冷塔冷却，剩余热量和残余有机物能够快速转移，冷却水收集液进入单独污水处理系统进行生化处理或者其他无害化处理，不凝尾气通过管道阀门控制接入后续尾气处理系统。
8.根据权利要求4所述的应用于高浓难降解废水处理中的活性炭原位吸附再生方法，其特征在于，所述的步骤2.5中等离子氧化通过高频电压产生高能电子、氧自由基，去除废气大多数异味气体，碳纤维吸附由预处理、吸附、蒸气脱附、负压抽干、干燥降温的系统组成，采用PLC控制系统。
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