Как активированный уголь удаляет БПК и TSS
Активированный уголь снижает БПК и TSS посредством двух различных, но взаимодополняющих механизмов, которые действуют одновременно в слое уплотненного угля:
- Удаление БПК — адсорбция. Растворенные органические соединения, которые способствуют БПК — гуминовые кислоты, белки, углеводы, жирные кислоты и остаточные органические химические вещества — улавливаются пористой структурой углерода посредством физической адсорбции. Эти молекулы диффундируют в сеть микропор и мезопор и удерживаются там силами Ван-дер-Ваальса. Движущей силой адсорбции является градиент концентрации между объемной жидкостью и поверхностью углерода; поскольку органические молекулы связываются с активными центрами углерода, они все больше диффундируют из жидкой фазы. Снижение БПК на 60–90% в слое GAC типично для вторичных сточных вод, в зависимости от органического состава и дозы углерода или времени контакта с пустым слоем (EBCT).
- Удаление TSS — физическая фильтрация. Размер взвешенных твердых частиц в сточных водах варьируется от 1 до 100 мкм. Когда вода проходит через слой гранулированного углерода, эти частицы улавливаются в промежутках между углеродными гранулами посредством механического напряжения (для более крупных частиц> 20 мкм) и захвата при поверхностном контакте (для более мелких частиц, которые следуют линиям тока вблизи поверхности гранулы). Удаление TSS на уровне 70–95% легко достижимо в хорошо спроектированном фильтре GAC, при этом верхний предел диапазона зависит от глубины слоя и скорости фильтрации.
Важным эксплуатационным фактором является то, что со временем уловленные TSS накапливаются в слое, увеличивая потерю напора и в конечном итоге требуя обратной промывки для вымывания накопленных твердых частиц из углеродного слоя. Хорошо спроектированная система GAC для третичной очистки будет включать регулярные циклы обратной промывки (обычно каждые 24–72 часа, в зависимости от содержания твердых частиц) для поддержания гидравлической мощности, сохраняя при этом адсорбционную функцию углерода для удаления БПК.
Рекомендуемые типы активированного угля для удаления БПК/TSS
Для доочистки городских и промышленных сточных вод выбор активированного угля зависит от конфигурации системы очистки и целевого качества сточных вод:
Гранулированный активированный уголь (GAC) — рекомендуется для систем непрерывного действия.
GAC в колоннах с нисходящим или восходящим потоком с фиксированным слоем является стандартной конфигурацией для третичной полировки BOD/TSS. Уголь обеспечивает как адсорбцию растворенной органики, так и глубинную фильтрацию взвешенных веществ за одну операцию установки. GAC на основе кокосовой скорлупы предпочтителен из-за его высокой твердости (≥ 97%), которая устойчива к истиранию во время циклов обратной промывки, а также естественного низкого содержания золы (≤ 5%), что сводит к минимуму выщелачивание ионов металлов в очищенные сточные воды. Типичные размеры ячеек составляют 8×30 или 12×40, что обеспечивает баланс между эффективностью фильтрации и гидравлической производительностью. GAC на основе угля является более экономичной альтернативой для крупных электростанций, где загрузка TSS умеренная, а частота обратной промывки является управляемой.
Порошковый активированный уголь (PAC) — для периодической или сезонной полировки.
ПАУ можно дозировать непосредственно в окончательный отстойник или контактный резервуар, когда очистка по БПК необходима только периодически (например, сезонные колебания нагрузки) или когда существующая инфраструктура не может вместить колонны ГАУ. Типичная дозировка PAC составляет 10–100 мг/л, при этом более высокие дозы необходимы для сточных вод с высокорастворимыми фракциями БПК. Однако PAC сам по себе не обеспечивает удаление TSS и должен сочетаться с последующим этапом осветления или фильтрации.
Типовые характеристики для очистки сточных вод GAC
В таблице ниже приведены рекомендуемые характеристики гранулированного активированного угля, используемого при удалении БПК и TSS:
| Параметр | Кокосовая скорлупа GAC | Угольный GAC |
|---|---|---|
| Йодное число (мг/г) | ≥ 1000 | ≥ 900 |
| Размер сетки | 8×30 или 12×40 | 8×30 или 8×40 |
| Эффективный размер (мм) | 0,55–0,80 | 0,55–0,95 |
| Коэффициент однородности | ≤ 1,9 | ≤ 2,1 |
| Твердость (%) | ≥ 97 | ≥ 93 |
| Содержание пепла (%) | ≤ 5 | ≤ 12 |
| Объемная плотность (кг/м3) | 450–530 | 520–620 |
Ключевые конструктивные и рабочие параметры
Производительность системы GAC для удаления БПК и взвешенных веществ зависит от нескольких конструктивных и эксплуатационных переменных, которые должны быть согласованы с конкретными характеристиками сточных вод и целями очистки:
- Время контакта с пустой кроватью (EBCT). Самый важный параметр конструкции. Для удаления БПК типичное время вторичной очистки сточных вод составляет 15–40 минут. Более длинные EBCT обеспечивают более полную адсорбцию медленно диффундирующих органических молекул, но требуют сосудов большего размера. Удаление TSS менее чувствительно к EBCT и в большей степени зависит от глубины слоя и скорости фильтрации.
- Скорость фильтрации (линейная скорость загрузки). Обычно 5–15 м/ч (2–6 галлонов в минуту/фут)2) для гравитационных фильтров или фильтров GAC под давлением. Более высокие скорости увеличивают пропускную способность, но снижают эффективность улавливания TSS и ускоряют развитие потерь напора. Для применений с преобладанием TSS рекомендуются более низкие скорости (5–8 м/ч).
- Глубина кровати. Минимум 1,5–2 метра для комбинированного удаления БПК/ОСВ. Более глубокие слои обеспечивают большее время контакта для адсорбции и более длительную способность удерживать твердые частицы, прежде чем потребуется обратная промывка. Максимальная практическая глубина составляет 3–4 метра в одноступенчатых нисходящих колоннах.
- Частота и интенсивность обратной промывки. Для пластов GAC, содержащих TSS, типичной является обратная промывка каждые 24–72 часа. Обратная промывка при расширении слоя на 30–50 % (скорость подъема воды 8–15 м/ч) в течение 10–15 минут с последующей кратковременной промывкой при рабочем потоке. Вода обратной промывки должна представлять собой очищенные сточные воды или чистую воду, чтобы избежать повторного загрязнения слоя.
- Срок службы карбона. При третичном обслуживании БПК/TSS GAC обычно длится 12–24 месяца, прежде чем адсорбционная способность растворимого БПК будет исчерпана и уголь необходимо будет заменить или реактивировать. Удаление TSS продолжается даже после того, как адсорбционная способность исчерпана, поскольку гранулированный уголь продолжает выполнять функцию глубинного фильтрующего материала.
Удаление БПК/TSS в схемах комплексного лечения
Наиболее распространенной конфигурацией активированного угля при удалении БПК/ТСС является этап третичной полировки после вторичной биологической очистки. В этой роли угольный слой обрабатывает входной БПК 10–40 мг/л и TSS 10–60 мг/л, производя сточные воды с БПК и TSS постоянно ниже 10 мг/л (часто ниже 5 мг/л для хорошо спроектированных систем). Это качество подходит для сброса в чувствительные водоемы, повторного использования в промышленном охлаждении или технологических процессах, а также для подачи на мембраны обратного осмоса для усовершенствованной очистки воды.
В некоторых конфигурациях порошкообразный активированный уголь добавляется непосредственно на этапе биологической очистки (процесс PACT), где уголь адсорбирует ингибирующие органические соединения и усиливает осаждение биомассы. Этот подход может улучшить удаление БПК на самой биологической стадии, но не заменяет необходимость окончательного этапа очистки для контроля TSS.
Заключение
Активированный уголь — это проверенное и практичное решение для снижения БПК и TSS при очистке сточных вод, служащее надежным этапом третичной очистки, который устраняет разрыв между эффективностью биологической очистки и нормативными требованиями к сбросам. Гранулированный активированный уголь в колоннах с неподвижным слоем сочетает в себе адсорбцию растворимых органических соединений с глубинной фильтрацией взвешенных твердых частиц за одну операцию, обеспечивая стоки, которые постоянно соответствуют самым строгим ограничениям по БПК и TSS. Компания Zhulin Carbon поставляет марки GAC на основе скорлупы кокосовых орехов и угля, специально разработанные для очистки сточных вод, с высокой твердостью, обеспечивающей долговечность обратной промывки, соответствующими размерами ячеек для гидравлических характеристик и сертифицированным содержанием йода и патоки для предсказуемой адсорбции органических веществ. Свяжитесь с нами через форму запроса ниже, чтобы получить технические характеристики продукта, цены или обсудить оптимальный выбор углерода для конкретных целей качества сточных вод вашего очистного сооружения.
