大规模工业废水新型活性炭吸附深度处理
王生
工艺简介
二〇一七年七月一日
大规模工业废水深度处理是一个难题
随着我国经济的高速发展，城市周边工业园区大量出现，工业园区的污水处理厂一般为多种工业的混合废水，水量大，成分复杂，可生化性很差，再加对废水处理标准的不断提高，以往广为应用的生化处理工艺，甚至加上传统的深度处理工艺，对我国水污染考核的主要指标COD也很难达标。
目前，可用于难生化降解工业废水深度处理的工艺多借鉴给水，或在小规模工业废水中试用过，成功的经验不多，它们是：加药混凝法；臭氧氧化法；fenton氧化法；活性炭吸附法等。
“加药-混凝-沉淀”法，是常用的传统污水深度处理方法，适用于胶体较多的工业废水，多数有效，但难以达到 “一级A标”；少数废水虽可达标，但加药量很大，不仅运行成本高，所产大量化学污泥的处置及造成的二次污染，已成另一难题。
臭氧氧化以往曾用于给水，很少用于大规模工业废水的处理，因为用臭氧氧化解决COD达标问题，臭氧的投加量很大，臭氧现场制取的设备费和制取成本都很高，其运行费很难被接受。此外，有很多工业废水臭氧的效果并不理想。
Fenton氧化，目前在高浓度工业废水治理项目中已有应用，需调低及调回PH，投加大量药物，不适用出水要求较高的废水。此工艺不仅运行成本高，所产大量化学污泥也是一大难题。
“活性炭吸附”是污水三级处理的方法之一，可去除一般生化处理和物化处理单元难以去除的污染物。吸附物的范围很广，不仅可以除臭、脱色、去除微量元素，而且还能吸附诸多类型的有机物，如：高分子烃类、卤代烃、氯化芳烃、酚类、苯类以及杀虫剂等。活性炭吸附工艺，以往多用于给水行业，很少用于大规模工业废水的处理，因为工业废水COD浓度高，活性炭饱和周期短，饱和炭必须实施现场再生，否则运行成本很高，失去使用价值。活性炭再生的工业生产已经成熟，但活性炭吸附用于大规模废水深度处理，不仅吸附系统的配水、布水、反洗等工程措施比较复杂；为了再生，饱和炭的提取、输送、脱水以及再生炭的输送、投加等环节的工程措施也无成功的先例可循。此因素限制了活性炭吸附工艺在大规模工业废水深度处理中的应用。
在我国大规模污水处理是改革开放后近30年的事，废水深度处理并回用则是近几年的要求；各种工艺多在实验阶段，应用少，不成熟，设计、运行经验不足，是当前大规模工业废水深度处理技术存在的主要问题。社会急需和技术落后形成强烈的反差，技术迫在眉睫！
2 “大规模工业废水新型活性炭吸附深度处理工艺及装置”
根据处理工业废水的需要，经多年年的试验研究，开发出“大规模工业废水新型活性炭吸附深度处理工艺及装置”。该工艺采用煤质颗粒活性炭对大规模难生物降解工业废水进行吸附深度处理。该工艺在吸取了国内外技术和经验的基础上，在工艺和设备上进行了大胆。通过大量小试、中试，开发出吸附过滤单元装置及活性炭提取、输送、脱水、投加、再生等成套装置。利用和原型同尺寸的吸附过滤单元装置对不同工业废水进行了长时间中试研究，掌握了不同工业废水适用的活性炭；不同煤种不同活化参数生产出适用不同废水的活性炭。建立了活性炭再生实验室，安装中试规模活性炭回转再生炉，对一种活性炭已连续饱和/再生7次。几年的实验及研究取得了大量实验数据、运行参数及运行经验。采用本工艺及开发的全套设备在工业废水处理当中已经稳定运行四年时间。
3 “大规模工业废水新型活性炭吸附深度处理工艺”的特点
“大规模工业废水新型活性炭吸附深度处理工艺及装置”，采用煤质颗粒活性炭对大规模难生物降解工业废水吸附处理，出水COD可优于“一级A标”，对色度及臭味的去除效果明显；饱和活性炭经热再生后可再回用；全部工艺过程均采用集约化、智能化自动控制，适用于大规模工业生产；运行成本仅为其它深度处理工艺如O3氧化的1/2；基建及设备投资相对较低；处理过程不向水内投加药物，不产生造成二次污染的污泥或浓水，是典型的“绿色工艺”，主要特点为：
（1），适用各种难生物降解工业废水对COD和色度的深度处理，出水水质稳定，处理对象广谱。
（2）本工艺开发的活性炭吸附设备、活性炭输送设备及再生系统等，用于大规模工业生产，设备简单，操作方便，可实现自动控制，解决了活性炭吸附用于大规模污水处理的难题。
（3）本工艺采用的煤质破碎颗粒活性炭，原料来源广、生产简单，价格便宜，再生方便，对废水中的大分子污染物吸附效果好。不同的工业废水，适用不同品种的煤质颗粒活性炭。
（4），饱和活性炭采用回转炉进行现场热再生，可反复使用多次，效果并不降低，大大减少了运行成本。
（5），深度处理单元不产生污泥、浓水等二次污染物，是典型的绿色水处理工艺；
（6），具有吸附和过滤两种功能；
（7），运行水头低，运行期可对活性炭进行连续或间歇冲洗，可提高吸附性能和减少过滤水头。
（8），炭的冲洗及饱和炭的排出共用一套压缩空气系统，设备及操作简单可靠；
4本工艺方案与臭氧氧化方案比较
4.1、比较方案
分析工程终端出水水质及总出水要求，可能的工艺方案为：
（1）臭氧氧化方案，此工艺应用于大规模工业废水处理方面的工程实例很少，通过小试当投加量及反应时间合适也可达标。工艺路线为：
“现终端出水——中间提升泵站——V型滤池——臭氧氧化系统”。
（2）《大规模工业废水新型活性炭吸附深度处理工艺》方案，此工艺已有应用于10万吨/日工业废水处理的工程实例，效果很好。其工艺路线为：
“现终端出水——中间提升泵站——活性炭吸附过滤系统”。
4.2、方案比较说明
（1）本次比较设计规模按2.0万吨/天。
（2）进水按正常运行时现终端出水COD≤50mg/l，总出水要求达一级A标。
（3）两方案的中间提升泵站大致相同不参与比较，只 “臭氧氧化”、“滤池”和“吸附过滤”、“活性炭再生”进行比较。
（4）工程投资均不考虑征地费及拆迁费等。
（5）关于O3氧化工艺：《给水排水设计手册—第5册城镇排水》指出：“三级处理的臭氧化单元可参考下述经验参数设计：降解COD时，臭氧消耗量为降解1mg/l 的 COD消耗4mg/l的O3（臭氧化气）；接触时间为15-60min”。臭氧氧化小试，每去除1mg/lCOD约消耗1.4—2.7mg/l臭氧，且随出水COD降低而逐步增加。考虑当前臭氧大多采用催化氧化，或臭氧和其他工艺联合应用，投加量应小于单独投加臭氧，故本次比较按2.0mg.O3/ mg.COD计算接触时间30min。本厂需臭氧氧化COD为：从110mg/l降解至50mg/l臭氧投加量为100—120mg/l需安装产量20kg/h（装机340KW）的臭氧发生器5台。臭氧发生器采用国产设备，设备费约2000万元（国产20万元/kg.O3.h-1；国外设备30-40万元/Kg.O3.h-1）。
4.3、方案比较结果
表2-2综合比较表
项目 臭氧氧化方案 新型活性炭吸附方案
建设投资
（万元） 3550 2240
经营成本
（元/吨水） 1.60 0.615
总成本
（元/吨水） 2.048 0.776
污水处理服务费
（元/吨水） 2.60 1.05
优点 ①臭氧的反应速度快,构筑物少；
②臭氧尾气经转化为氧气,生化系统可利用；不产生污泥,无二次污染。
③在去除COD、消毒的同时,可除嗅、脱色。 ①、投资较小；运行成本低；
②、出水稳定，可除臭、脱色；
③、无污泥、浓水等二次污染，
④、有机污染物分解为可燃气
体，可再次利用。
⑤、耐冲击负荷强，可根据需要
调整再生周期。
⑥已应用在大型工业废水处理项目中（高密二污）。
缺点 ①设备投资大，国外设备价格贵；
②电耗高，运行成本高；
③设备复杂，高压放电管寿命短，维修成本高；
