活性炭吸附在煉油化工廢水回收利用中的應(yīng)用

郭 茹

(山東安和安全技術(shù)研究院有限公司，山東 濱州 256600)

重質(zhì)原油作為煉油廠所加工的原油，在今后的發(fā)展中所占比例將會(huì)越來(lái)越重。這些重質(zhì)稠油在乳化降黏的作用下，加入3%左右的烷(芳)基酚聚氧乙烯醚類或酯類非離子型表面活性劑(NIS)作為表面活性劑，對(duì)儲(chǔ)存和運(yùn)輸有很大的幫助，正因如此，大量的高濃度有機(jī)廢水就在煉油廠對(duì)這些乳化油進(jìn)行破乳脫水處理過(guò)程中產(chǎn)生了。

大量相關(guān)理論證明，廢水中的非離子表面活性劑分子中的烷基帶支鏈和苯環(huán)具有很弱的生物降解性。因其具有穩(wěn)定性高溶解性好，表面活性較高的特質(zhì)，以非離子的狀態(tài)存在于水中，再加上在NIS與其它表面活性劑的共同作用下，許許多多的包裝塑料泡沫盒以及異味的產(chǎn)生，在有毒物質(zhì)進(jìn)行降解的過(guò)程中具有很大的阻礙作用。

對(duì)這些原油進(jìn)行加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢水，這些廢水很大程度上沖擊了常規(guī)運(yùn)行的活性污泥，對(duì)活性污泥的正常運(yùn)行產(chǎn)生了很大的影響，與此同時(shí)，污水凈化設(shè)備中的污泥在這些沒(méi)有充分降解的表面活性劑的作用下難以沉降，嚴(yán)重降低了凈化設(shè)備的處理效率。而這些被排入城市環(huán)境中的工業(yè)廢水，也嚴(yán)重破壞了環(huán)境與生物。

所以，現(xiàn)階段煉油化工企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要對(duì)廢水回用加以重視，這也是節(jié)水發(fā)展的必然趨勢(shì)。

特別是對(duì)于那些需要大量用水的石油化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，要想對(duì)煉油化工所產(chǎn)生的廢水加以循環(huán)利用，有效保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益穩(wěn)定發(fā)展與運(yùn)行，就要深度處理加工過(guò)后外排的工業(yè)廢水和污水。

研究表明，我國(guó)出現(xiàn)了污水回用的研究雖然比較多，但是真正投入企業(yè)正式運(yùn)行的卻很少的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)因素的限制。將活性炭技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)廢水的處理中，水里的色、味和有機(jī)物都能夠在此過(guò)程中被有效排除，對(duì)煉油化工企業(yè)合理的循環(huán)利用所排出的工業(yè)廢水具有積極影響。

1 活性炭處理煉油廢水的作用機(jī)理

利用活性炭以及其它材料的大面積表面可以吸附大分子有機(jī)物、退去色度、降低COD和排出其它無(wú)機(jī)離子，活性炭、碳纖維和某些新型材料是廢水處理中普遍用到的吸附材料。目前生物活性炭處理是污水深度處理中用到的最多的處理方法，其原理就是經(jīng)過(guò)某種途徑培養(yǎng)微生物到活性炭的表面，有機(jī)的結(jié)合了活性炭的吸附作用和微生物的再生作用，這樣既對(duì)活性炭的使用周期起到了延長(zhǎng)的作用，也大大的節(jié)省了污水深度處理的開(kāi)支。

木質(zhì)和煤質(zhì)果殼等含碳物質(zhì)一般是活性炭的原料，在化學(xué)或物理活化作用下被制造而成。活性炭表面存在大量的細(xì)微小孔，比表面積大，通常為700～1600 m2/g。對(duì)活性炭多孔性和表面進(jìn)行化學(xué)或物理的處理，就叫做活性炭處理，這一處理就是通過(guò)活性炭將污水中剩余的溶解態(tài)有機(jī)污染物進(jìn)行吸附，以此對(duì)廢水經(jīng)行深度凈化，而在這一過(guò)程中能夠有效去除水中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、離子型或非離子型雜質(zhì)。通常活性炭能夠有效吸附在100～1000埃之間大小的分子，溶解性有機(jī)物的的相對(duì)分子質(zhì)量在400以下。當(dāng)有機(jī)物分子的體積出現(xiàn)一樣時(shí)，活性炭很容易吸附芳香族化合物和直鏈化合物，相比之下比較難吸附脂肪族化合物和支鏈化合物?；钚蕴磕退?、耐堿、耐高溫高壓以及穩(wěn)定的化學(xué)性等特點(diǎn)決定了它廣泛的適應(yīng)性的能力。根據(jù)形態(tài)可以把商品活性炭分為粉末狀和顆粒狀兩種。不可再生的粉末狀活性炭在廢水處理過(guò)程中成本較高，而可再生的顆粒狀活性炭則被廣泛應(yīng)用于深度水處理以及微污染水處理中。

活性炭吸附污染物后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在適宜的溫度以及營(yíng)養(yǎng)條件下，碳層中會(huì)滋長(zhǎng)出對(duì)廢水處理有著重要作用的微生物。所謂的“生物活性炭”(BAC)，就是結(jié)合活性炭的吸附作用和微生物的氧化分解作用。生物活性炭在延長(zhǎng)活性炭的使用周期上，以及高效處理工業(yè)污水中都起到了重要作用。

2 活性炭處理煉油廢水的實(shí)驗(yàn)分析

本文經(jīng)過(guò)炭柱通水實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)水體為某石化廠二級(jí)生物處理后的外排污水，研究了活性炭的處理效果。

2.1 活性炭吸附實(shí)驗(yàn)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)選用碳粒直徑為1.5～2 mm的活性炭。要想排除大顆粒懸浮物影響活性炭的吸附效果的因素影響，需要先利用纖維束過(guò)濾器對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行預(yù)處理。選用直徑為70.0 mm，過(guò)濾面積為38.47 cm2，水流量為14 L/h的活性炭過(guò)濾器。通過(guò)對(duì)2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 cm等六個(gè)不同厚度的炭層的水力停留時(shí)間和容積速度進(jìn)行測(cè)定，來(lái)考察COD、總硬度、Cl-、總固體等水質(zhì)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 炭層厚度與水力停留時(shí)間、容積速度的關(guān)系

2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

綜合表格記錄數(shù)據(jù)來(lái)看， COD在7.5 cm的炭層中下降到了30 mg/L以下，這時(shí)水力擁有十分充足的停留時(shí)間，COD此時(shí)具有穩(wěn)定的去除效果。水力停留時(shí)間隨著炭層變薄也隨之變短，活性炭的吸附速率受到被吸附物質(zhì)游離向活性炭顆粒表面的速率影響，游離速率決定活性炭的吸附去除效果。當(dāng)水力停留的時(shí)間達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，關(guān)鍵變量就變成了被吸附物質(zhì)的擴(kuò)散速度，活性炭顆粒會(huì)影響其擴(kuò)散速度，這時(shí)與停留時(shí)間就沒(méi)有關(guān)系了，所以COD保持不變?；钚蕴课讲⒉荒苡行У娜コ鏊傆捕?、電導(dǎo)率、Cl-等離子。

2.2 活性炭吸附性能實(shí)驗(yàn)

廢水處理中的活性炭存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種吸附操作。固定床動(dòng)態(tài)吸附是水處理中的常見(jiàn)方式。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)評(píng)價(jià)活性炭的吸附效果，首先要開(kāi)展動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)方法及參數(shù)

對(duì)活性炭進(jìn)行持續(xù)通水，檢測(cè)活性炭濾池中進(jìn)入和排出水的質(zhì)量，檢驗(yàn)活性炭的吸附能力和最大吸附量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：5 L/h的水流量，15 mm的炭層，5 g的活性炭，7.064 cm2的過(guò)濾器橫截面。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

由此可知，時(shí)間越久，活性炭的吸附性越弱。其中，濁度去除率表示的曲線可以體現(xiàn)活性炭的過(guò)濾截留能力，經(jīng)過(guò)50 h的通水，可以使活性炭的截留能力充分得到發(fā)揮，同時(shí)伴隨著出水濁度迅速降低。60 h COD和總固體去除率呈現(xiàn)負(fù)數(shù)狀態(tài)，此時(shí)說(shuō)明活性炭的吸附能力已經(jīng)逐漸喪失。原因就是活性炭已經(jīng)充分發(fā)揮它的的微孔吸附作用。在實(shí)際對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該反復(fù)清理活性炭，并且再生活性炭。由表格可知，活性炭達(dá)到飽和的極限時(shí)間為50 h，在此計(jì)算活性炭的最大吸附量。如果此次研究的吸附物質(zhì)為COD，活性炭的最大吸附量是0.23 g/g；如果吸附物質(zhì)是總固體，最大吸附量則是0.34 g/g?；钚蕴吭趩挝粫r(shí)間內(nèi)的最大吸附量為4.5 mg/(g·h)(以COD為例)和6.7 mg/(g·h)(以總固體為例)。

2.3 活性炭處理效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

表2 活性炭處理效果

實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了活性炭吸附過(guò)濾和混凝過(guò)濾兩種方式的處理效果?；炷齽┎捎?0 mg/L PAC+1 mg/L PAM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，處理工業(yè)廢水時(shí)選用混凝過(guò)濾+活性炭吸附的處理方法可以有效處理廢水，特別是去除COD、氨氮的效果最佳，也大大降低了腐蝕速率。一方面體現(xiàn)了活性炭吸附較混凝過(guò)濾而言能夠起到高效的凈化污水的效果，另一方面也體現(xiàn)了使用某些預(yù)處理方法之后再使用活性炭可以提高活性炭的吸附效率，提高污水處理后排出的水的質(zhì)量。

3 結(jié)論

(1)活性炭吸附能夠很好地處理二級(jí)處理的煉油污水，特別是COD、總固體。可以將COD的去除效果提高至56.28%。但在去除電導(dǎo)率、Cl-、總硬度的過(guò)程中，表現(xiàn)不佳。

(2)活性炭能夠吸附被臭氧經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)形成小分子有機(jī)物，所以臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)能夠有效處理工業(yè)廢水，但在工業(yè)廢水處理的需要額外考慮這種處理方式的成本。

(3)吸附物質(zhì)為COD，活性炭的最大吸附量是0.23 g/g；吸附物質(zhì)是總固體，最大吸附量則是0.34 g/g。活性炭在單位時(shí)間內(nèi)的最大吸附量為4.5 mg/(g·h)和6.7 mg/(g·h)。

(4)混凝過(guò)濾+活性炭吸附比其他處理流程處理工業(yè)廢水的效果更佳明顯，特別是去除COD、氨氮和降低腐蝕速率的效果尤為突出。