Söe keemilise reovee (CCW) nullheiteprojektides kasutatakse orgaanilise aine lagunemisel sageli olmereovee omaga sarnast protsessi, mis hõlmab "eeltöötlust + biokeemilist töötlemist + täiustatud töötlemist", enne kui see siseneb membraani kontsentreerimise ja aurustamise kristalliseerimissüsteemi. CODcr eemaldamine pärast kontsentreerimist on pikka aega olnud väljakutse kivisöe keemilise reovee ärajuhtimise valdkonnas. Mõned teostatavad tehnoloogiad on tähelepanuta jäetud, samas kui keskse tähtsusega on saavutamatud tehnoloogiad. See artikkel uurib aktiivsöe adsorptsiooni rakendatavust söe keemilise reovee nullheitmisel, et saaksid kasutada veepuhastusspetsialiste.
I. Peamised orgaanilised saasteained kivisöe keemilises reovees
Kivisöe keemiline reovesi on tüüpiline raskesti{0}}-puhatav tööstuslik reovesi, mis tekib mitmesuguste söetöötlemisprotsesside käigus. Aromaatsed süsivesinikud on peamised CODcr-i tekitajad kivisöe keemilises reovees, moodustades üle 50%. Tüüpilised näited on benseeniühendid (BTEX, benseen, tolueen, etüülbenseen, p-ksüleen), fenoolid ja polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (PAH). Zhang et al. uuris orgaanilise aine muutusi kivisöe keemilises reovees puhastusprotsessi käigus, tõestades, et pärast protsessi "eeltöötlus + biokeemiline puhastus + täiustatud puhastus" suurenes orgaanilise aine suurte molekulide osakaal vees (vastupidiselt mõnede projekteerimisinstituutide või EPC üksuste väidetele, et järelejäänud orgaanilist ainet on raske{10}}eralduda{11}}), orgaaniline aine muutus domineerivaks orgaanilise aine ja PAH koostise poolt. (Viide: Zhang L, Liu H, Wang Y jt. Kivisöe veeldamise reoveepuhastuse käigus lahustunud orgaanilise aine koostise omadused ja selle mõju keskkonnale[J]. Science of the Total Environment, 2020, 704: 135409.)
II. Uuringud aktiivsöe adsorptsioonivõime kohta kivisöe keemilise reovee jaoks
Just ülejäänud orgaaniline aine, peamiselt PAH-id, on muutunud kivisöe keemilise reovee null{0}}heitmeprojekti kitsaskohaks. Pärast nende orgaaniliste ainete sisenemist membraani kontsentratsiooni sektsiooni kahekordistub nende kontsentratsioon. Mõned projekteerimisinstituudid või EPC üksused propageerivad membraani kontsentreerimisetapis tugevalt aktiivsöe adsorptsioonitehnoloogiat ilma kriitilise analüüsita või põhjendamatute väideteta. Lõpuks järeldavad nad, et CODcr aktiivsöe adsorptsioon on teostatav enne membraani kontsentreerimist või aurustamise kristalliseerumist. Kas aktiivsöe adsorptsioonitehnoloogia on aga tõesti sobiv orgaanilise aine, eelkõige PAH-ide edasiseks eemaldamiseks?
Granuleeritud aktiivsöe (GAC) pooride keskmine suurus on vahemikus 3,2–3,4 nm, mikropoorid moodustavad 25–27% ja mesopoorid 73–75%. PAH-idel on üle 100 molekulaarstruktuuri, kusjuures peamised ühendid kivisöe keemilises reovees on naftaleen, atsenafteen, fluoreen ja fenantreen. Dinushika jt uuringud. on leidnud, et naftaleenil ja atsenafteenil on suhteliselt väikesed molaarmahud ja molekulisuurused, mille tulemuseks on suhteliselt kõrge adsorptsioonikiirus GAC-i poolt, samas kui fluoreenil ja fenantreenil on suhteliselt suured molaarmahud ja molekulide suurused, mis viib GAC-i adsorptsioonikiiruseni suhteliselt madal. GAC saavutab naftaleeni ja atsenafteeni adsorptsioonitasakaalu 4–8 tunniga, adsorptsioonivõimega ligikaudu 14 mg/g. GAC saavutab fluoreeni ja fenantreeni adsorptsioonitasakaalu 16–24 tunniga, adsorptsioonivõimega ligikaudu 12 mg/g, mis vastab 36 mg CODcr/g GAC-le. (Viide: Eeshwarasinghe D, Loganathan P, Kalaruban M, et al. Polütsükliliste aromaatsete süsivesinike eemaldamine veest granuleeritud aktiivsöe abil: kineetilised ja tasakaalulised adsorptsiooniuuringud[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(14): 13524-13524.
III. Aktiivsöe adsorptsiooni praktilise rakendamise arutelu
Praktilistes rakendustes, kui aktiivsöe adsorptsiooni viibimisajaks on seatud 16–24 tundi, oleks vaja mitut adsorptsioonifiltrit, mis on ilmselt ebapraktiline. Ligikaudu 4-tunnine viibimisaeg on mõistlik, kuid praegu adsorbeerib GAC peamiselt naftaleeni ja sellel ei ole olulist adsorptsiooniefekti teistele PAH-dele, nagu atsenafteen, fluoreen ja fenantreen.
Adsorptsioonfiltrikihi seadmete skaala seisukohalt ei ole 4-tunnine viibimisaeg lühike. Eeldusel, et kivisöe keemilise reovee järelejäänud veemaht pärast "eelpuhastust + bioloogiline puhastus + täiustatud puhastus + membraanikontsentratsioon" on 10 m³/h ja adsorptsioonfiltrikihi viibimisajaks on seatud 4 tundi, siis on vaja 6 adsorptsioonfiltrikihti läbimõõduga 1,8 m ja kõrgusega 5 m (3 regenereerimiseks ja 3). Samamoodi, kui töödeldava vee maht on 100 m³/h, siis oleks vaja 60 sellist adsorptsioonfiltrikihti, mis teeb seadme mastaabi üsna suureks.
GAC kasutuse osas, võttes näiteks ülalmainitud 10 m³/h kivisöe keemilise reovee, mille CODcr on 1000 mg/L (millest 30% on naftaleen), võib 4-tunnine retentsiooniaeg CODcr-i vähendada 700 mg/L-ni. Kui eeldatakse kolme adsorptsioonifiltri regenereerimist iga 7 päeva (168 h) järel, siis kolmes adsorptsioonipaagis on vaja 14 t GAC-i ja kuues adsorptsioonipaagis 28 t GAC-d. GAC puistetihedus on 450–600 kg/m³, seega on 28 t GAC-i võrdne 46–62 m³-ga, mis tähendab, et kuus adsorptsioonifiltrit on peaaegu täis (disainiinstituut kavandab sageli adsorptsioonifiltrite täitmist GAC-ga null-heitveeprojektide puhul). Säilitusaja ja tagasipesu paisumise määra tagamiseks tuleb seadmete skaala veelgi kahekordistada.
Lisaks on arvukad uuringud näidanud, et pärast 3–4 GAC termilist regenereerimist langeb selle adsorptsioonivõime enam kui 80% uue süsiniku omast ja pärast 5–10 termilist regenereerimist on GAC sisuliselt kasutuskõlbmatu. Ülaltoodud näide eeldab regenereerimist iga 7 päeva järel, mis tähendab, et selle aktiivsöe partii eluiga ei ületa kuus kuud, mis toob kaasa tohutud regenereerimise ja süsiniku asendamise kulud. Lisaks hõlmab regenereerimine sisuliselt GAC-i poolt adsorbeeritud orgaanilise aine vabastamist tagasi atmosfääri; tegelikult ei eemalda GAC orgaanilist ainet.