ACCA/活性焦工艺介绍(三)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2020-12-29 14:13

一、ACCA工艺介绍

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,既可除臭、脱色、去除毒性物质,也能吸附诸多类型的有机物。活性炭吸附工艺出水好但成本高,多用于给水行业,很少大规模应用于污水处理。

回水科技与中科院生态中心曲久辉院士经过5年的试验研究,开发出“多级吸附活性焦及循环利用工艺及装置”,使吸附工艺成本下降80%以上,成为深度处理“高指标出水、低成本运行”的优秀工艺。该工艺主要由四大自主技术组成:

1.1  高效除磷技术

回水自主研发了高效除磷药剂,可形成容度积极低的磷酸盐类,再通过高密度气泡将磷酸盐从水中分离,出水最佳效果能稳定达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)库区Ⅲ类水质要求,即总磷小于0.05mg/L。

 

1.2  活性焦的生产技术

回水科技在新疆当地丰富优质的兰炭资源,设厂生产颗粒活性焦,采用与中科院合作开发的技术下,生产出中孔发达的活性焦,活性焦是一种具有丰富中孔的物理吸附材料,对废水当中的COD、BOD、色度、总磷、氨氮、异味、有毒物质等污染物去除能力极强;理论吸附饱和容量可达到220公斤COD/吨活性焦。

 

1.3  多级流动床吸附塔工艺

自主开发多级流动床活性焦吸附塔,集过滤与吸附为一体,通过特殊的逆向分区均流设计,充分发挥活性焦与污水的接触,采用在线冲洗,活性焦吸附饱和率达95%以上,国际首创。

 

 

1.4  活性焦再生工艺

吸附饱和活性焦,通过高温裂解再生系统将吸附在活性焦孔道内的有机污染物进行分解,此时的有机污染物转化为甲烷、乙烷、碳氢化合物等成分组成可燃气体作为热能利用,且活性焦的孔道重新打开,性能恢复接近99%,损失率少于8%,活性焦循环使用。活性焦再生过程无固废产生,真正意义实现污染物去除的清洁技术。

二、污水深度处理技术对比

2.1  国内外同类技术研究情况

以活性焦吸附过滤技术为核心的废水深度处理技术,在市政污水尾水净化提标(深度处理)及河道湖泊水体净化领域的应用,是以废水为资源,在实现废水达标排放的前提下将污水处理为生态再生水,提高水的重复利用率,以达到节能减排的目的。目前,国内外的市政污水尾水提标及河道湖泊水体净化技术大致可分为:物理法、高级氧化技术、生物法等。

2.1.1  物理方法

(1)吸附技术

吸附法是利用多孔性固体物质,使废水中的一种或多种物质被吸附到固体表面而去除的方法。吸附剂的种类很多,包括活性炭、活性焦、膨润土、硅藻精土、离子交换树脂等。其中,最常用的吸附剂是活性炭。活性炭可用于除臭、除色度及去除水中大部分的有机物质,而且它的相对溶解度较小,对苯类、酚类化合物、石油、胶体、微生物及残氯等有较强的吸附能力,还能吸附一些微生物不能降解的或者运用化学法难以溶解的有机物。其特点是工艺简单,处理效果好,但吸附饱和后需要再生或处理,操作不便且运行成本较高。活性焦具有活性炭的吸附特点,生产成本不到活性炭的50%。目前活性炭与活性焦吸附处理的工业运行实例还相对较少,研制化学和生物稳定性强、容易再生的吸附剂,并与其他工艺结合处理工业废水,可以使吸附技术在未来有较好的实际应用前景。

(2)膜分离技术

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径的混合物,在压力或电场作用下通过半透膜时,实现选择性分离的技术。半透膜又称分离膜或滤膜,膜壁布满小孔,根据孔径大小可以分为:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)、电渗析(ED)等。从它的适用范围来看,超滤和微滤属于过滤工艺,反渗透和纳滤为脱盐工艺。

膜分离技术自20世纪50年代进入工业领域后,每10年就有一种新的分离膜过程得到工业应用,同时工业应用的膜分离过程也不断发展和完善。该技术具有常温下操作、无相变、分离效率高、装置简单、操作容易、易与控制、设备占地面积小、无二次污染的优点,处理的中段废水质量高,可实现废水的高层次回用。但膜的寿命短、电耗大等是膜分离处理工艺较为明显的缺陷,这是造成该技术目前在工业生产中不能广泛应用的一个重要原因。开发强度高、寿命长、抗污染、通量高的膜材料,并着重解决膜污染与浓度差极化的问题,妥善处理浓缩水,是膜分离法在工业废水深度处理及回用领域中大规模应用需要解决的问题。

2.1.2  高级氧化技术

高级氧化技术又称深度氧化技术,泛指有大量羟基自由基(·OH)参与的化学氧化过程。羟基自由基的氧化能力极强,其电位(2.80V)仅次于氟(2.87V),在处理过程中通过羟基自由基与有机化合物间的加合、取代、电子转移、断键、开环等作用,可使废水中验证降解的大分子有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,甚至直接分解成为CO2和H2O,达到无害化的目的。高级氧化技术包括了Fenton氧化法、光催化氧化法、电化学氧化技术、臭氧氧化法等,具有反应速度快、处理效率高、对有毒污染物破坏彻底、无二次污染、适用范围广、易操作等优点。

(1)Fenton氧化法

Fenton氧化技术是采用Fe2+和H2O2反应体系氧化多种有机物,其实质就是羟基自由基与有机物进行一系列反应,氧化过程极为复杂,各反应之间会相互作用与影响。由于在反应过程中要多次对废水的pH值进行调节,其酸碱的消耗量大,并对与废水接触的构筑物与管道设备的防腐蚀要求程度高,因此其建设成本与处理成本较高。

(2)光催化氧化(非均相)技术

光催化氧化(非均相)是近20年来发展迅速的一种高级氧化技术,是以n型半导体(如TiO2、ZnO、WO3、CdS等)作为催化剂的氧化过程。它的反应条件温和,氧化能力强,适用范围广,利用该方法处理难降解有机污染物已经成为国内外的研究热点。目前光催化氧化法的研究与应用尚存不足,一些悬浮物含量高的废水会对紫外光的透射性产生一定的影响,另外催化剂的流失、紫外光源等也是光催化氧化法在工程应用中需要解决的问题。

(3)臭氧氧化技术

臭氧氧化技术是利用臭氧在不同的催化剂条件下产生羟基自由基的一种高级氧化工艺,既可以去除水体中大量的有机物,又可以通过影响生物细胞的物质交换能力进行杀菌,因此在废水深度处理中的应用越来越广。但目前臭氧氧化技术的应用仍受到一些因素的限制,如臭氧发生器所产生的臭氧浓度低、电耗量大、设备及运行费用高等,这些问题的解决仍有待于进一步的研究与探索。

(4)湿式氧化法

湿式氧化法是指在150~350℃的高温下,5~20MPa的高压下,靠催化剂的作用来氧化水中已溶解或悬浮的。它的特点是净化效率高,操作流程简单等,但湿式氧化法在污水深度处理应用中面临催化剂溶出和价格昂贵,对反应设备要求高等问题。目前仍以研究为主。

2.1.3  生物技术

生物法是通过微生物的新陈代谢活动,依靠自然生物净化功能使废水得到净化,从而去除水体中的有机物等有害物质。这是污水深度处理中最常用的方法,按生物性质可分为需氧塘、厌氧塘和兼性塘。目前主要采用氧化塘进行废水深度处理,有效率高,操作过程稳定,成本也相对较低等优点,但是生物处理过程中会产生一些代谢废物,会污染水质。

 

2.2  国内外同类技术发展趋势

目前市政污水尾水提标及河道湖泊水体净化技术所采用的处理工艺,各种处理都存在着优点和不足,特别是在成熟利用一些新技术、合理控制运行成本、稳定处理效果等方面还需要进行更多的深入研究与经验总结。

而联用技术是将物理、化学、生物等各种方法进行有机地组合,按优势互补的原则,发挥各处理技术的优势,达到最佳处理效果。目前废水深度处理技术的发展趋势包括:

2.2.1  生物活性炭(焦)技术

近年来利用活性炭(焦)对水中有机物及溶解氧的强吸附特性,以及活性炭(焦)表面作为微生物聚集繁殖生长的良好载体,在适宜条件下,同时发挥活性炭的吸附作用和微生物的生物降解作用,这种协同作用的水处理技术称为生物活性焦(Biological Activated Carbon,BAC)。

生物活性焦是利用活性焦丰富的中孔结构,通过富集或人工固定化微生物,在活性焦外表构成生物膜,使用活性焦的吸附效果和生物膜的生物降解效果来去掉污染物。同时,利用微生物的可解降作用,把吸附在活性焦当中的有机物进行分解,使得活性焦重新恢复吸附能力,从而不断循环,形成微生物作用的生态系统。利用生物作用再生活性焦,从而降低处理工艺的投加成本。这种方法可使活性焦使用周期比通常的吸附周期延长多倍,但使用一定时期后,被活性焦吸附而难生物降解的那部分物质仍将影响出水水质。

2.2.2  膜生物反应器技术

膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)是将膜分离技术与好氧生物处理技术有机结合起来,利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住。随着膜材料的发展,醋酸纤维膜(CA)、聚砜膜(PS)、氟聚合物膜(FS)、再生纤维素膜(RC)、复合膜、陶瓷膜、生物膜等层出不穷,膜污染问题也终将得到解决。

2.2.3  生物增效技术

生物增效技术是一种污水处理过程中通过加入具有特定降解能力的生物菌群,增强污水处理系统自身处理能力的技术。该技术可用于污水处理系统中的有机物降解、氨氮去除、快速启动、故障恢复、臭味控制、消除富营养化等方面,利用生物增效放大器,可大大降低生物菌种的使用成本,提高处理效果。

2.2.4  臭氧多相催化氧化技术

将臭氧氧化技术与生物活性焦技术相结合,利用过渡金属氧化物的某些表面特性强化臭氧转化为具有强氧化能力的羟基自由基,对高稳定性有机污染物的分解效率比单纯臭氧氧化技术可提高2~4倍;同时,催化剂能强化臭氧在水中的传质,提高水中臭氧的分解能力,增加水中溶解氧的浓度,强化后续生物活性焦处理单元的除污染效果。

 

2.3  同类技术优劣势比较

如表2-1所示,相比较而言,活性焦技术是属于最经济有效的低能耗、无污染的绿色水处理技术,投资少、见效快。特别在河道湖泊水体净化领域上脱色和去除COD上有非常的大的优势,不受气温影响,对进水波动受影响少,抗冲击能力强。在河道湖泊水体净化及市政工业污水尾水提标领域中的应用具有广阔的市场前景,符合我国国情。

对比

项目

化学方式 生物方式 吸附方式
催化氧化 臭氧 MBR

(生物膜反应器)

BAF

(曝气生物滤池)

活性焦

(流动床)

树脂
COD、BOD、氨氮、总磷、粪大肠菌能实现地表Ⅲ类水质要求 不能 不能 不能 不能 不能
色度去除率 50% 60% 30% 30% 80% 50%
异味去除率 10% 50% 99.9%
去毒性
直接运行成本 极高 极低 极高
主要设备占地面积 极小
污泥量 1‰ 0.5‰ 0.5‰ 0.5‰
二次污染 含铁污泥 废膜丝 废陶粒 废树脂
系统稳定性

2.4  ACCA技术优势的结论

2.4.1 出水水质好

系统进水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,但系统出水可优于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质要求,依据表2-2所示数据,出水可回用于工业、特种用水行业、公共绿化、城市杂用水、城市景观用水、商业娱乐接触用水等领域,将水资源充分利用来实现节能减排、循环经济的目标。

表2-2  ACCA工艺出水水质一览表

水质指标 pH CODcrmg/L BOD5mg/L 总磷mg/L 氨氮mg/L 粪大肠菌数(个/L SS

mg/L

色度

出水水质 6-9 ≤15 ≤3.0 ≤0.15 ≤0.5 ≤102 ≤3 ≤5
地表Ⅲ类标准 6-9 ≤20 ≤4.0 ≤0.2 ≤1.0 ≤103 / /
城市杂用水标准 6-9 / ≤10 / ≤10 ≤3   ≤30
城市景观用水标准 6-9 / ≤6 ≤0.5 ≤5 ≤500 ≤10 ≤30

 

2.4.2 吨水投资低

ACCA工艺包含设备及土建设施总投入不超过1200元/吨(仅含一类费用)。

 

2.4.3 运行成本低

市政污水吨水直接运行成本0.4元/吨,工业废水直接运行成本0.5元/吨,包含电费、药剂、活性焦再生费用、人工。

 

2.4.4 处理效果稳定

不随温度、进水浓度波动等因素的影响而导致出水水质的稳定达标。

 

2.4.5去毒性功能

帮助水体回复或增强其自净能力。对水体内的有毒物质有一定的去除作用。出水能见度≥5m,利于水中植物光合作用的发生,提高水体自净能力,加快湖泊河流水质改善。

 

2.4.6 清洁的处理技术

实现了有机污染物的消除非转移。除含磷污泥经固液分离后外运处置,活性焦吸附的有机物随再生系统处理后,有机物被高温氧化分解,得到完全的去除。

 

2.4.7 全自动化运行

操作便捷,自动化程度高。除磷一体机排渣、流动床翻焦均为自动操作,且排渣或翻焦过程中可保持连续运行,无需停机反冲洗,处理效率高。

 

2.4.8 建设工期短

设备采用罐体和内部构件组成,结构简便、经久耐用,并且采用模块化、标准化设计,项目建设工期4个月可完成通水。