Gildissvið aðsogs virks kolefnis í núlllosun kolefnaafrennslisvatns

Í verkefnum með núlllosun fyrir kolefnaafrennsli (CCW), notar niðurbrot lífræns efnis oft ferli svipað því sem er í frárennsli sveitarfélaga, sem felur í sér "formeðferð + lífefnafræðileg meðferð + háþróaða meðferð," áður en farið er inn í himnustyrk og uppgufun kristöllunarkerfi. Fjarlæging CODcr eftir styrk hefur lengi verið áskorun á sviði núlllosunar á kolefnaafrennsli. Það hefur verið litið framhjá sumum framkvæmanlegri tækni, en óframkvæmanleg tækni hefur verið í aðalhlutverki. Þessi grein kannar notagildi virks kolefnis aðsogs í núlllosun kolefnaafrennslisvatns til viðmiðunar fyrir fagfólk í vatnsmeðferð.

Kolefnaafrennsli er dæmigert erfitt-að-meðhöndla iðnaðarafrennsli sem myndast við ýmsar kolavinnsluferla. Arómatísk kolvetni er helsti þátturinn í CODcr í kolefnaafrennsli, sem er yfir 50%. Bensensambönd (BTEX, bensen, tólúen, etýlbensen, p-xýlen), fenól og fjölhringa arómatísk vetniskolefni (PAH) eru dæmigerð dæmi. Zhang o.fl. rannsakað breytingar á lífrænum efnum í kolefnaafrennsli í meðhöndlunarferlinu og sannað að eftir "formeðferð + lífefnafræðileg meðferð + háþróaða meðhöndlun" ferlið jókst hlutfall stórra sameinda lífrænna efna í vatninu (andstætt fullyrðingum sumra hönnunarstofnana eða EPC-eininga um að erfitt sé að-samsetning lífrænna efna sem eftir eru af lífrænum efnum-rýrðu{11} úr lífrænu sameindinni), af PAH. (Tilvísun: Zhang L, Liu H, Wang Y, o.fl. Samsetningareiginleikar uppleysts lífrænna efna við meðhöndlun á afrennslisvatni við kolvökva og umhverfisáhrif þess[J]. Science of the Total Environment, 2020, 704: 135409.)

Það er einmitt lífrænt efni sem eftir er, aðallega PAH-efni, sem hefur orðið flöskuhálsvandamálið í núll{0}}losunarverkefni kolefnaafrennslis. Eftir að þessi lífrænu efni fara inn í himnustyrkshlutann tvöfaldast styrkur þeirra. Sumar hönnunarstofnanir eða EPC-einingar stuðla eindregið að aðsogstækni fyrir virkjað kolefni á himnuþéttnistigi, án nokkurrar gagnrýninnar greiningar eða byggðar á órökstuddum fullyrðingum. Þeir álykta að lokum að virkjað kolefnisaðsog CODcr sé framkvæmanlegt fyrir himnustyrk eða uppgufun kristöllun. Hins vegar er aðsogstækni virks kolefnis virkilega hentug til að fjarlægja lífræn efni, fyrst og fremst PAH-efni, enn frekar?

Kornformað virkt kolefni (GAC) hefur að meðaltali svitaholastærð á milli 3,2 og 3,4 nm, þar sem örhola eru 25%–27% og mesópóra 73%–75%. PAH-efni hafa yfir 100 sameindabyggingar, þar sem naftalen, asenaften, flúoren og fenantren eru helstu efnasamböndin í kolefnaafrennsli. Rannsóknir Dinushika o.fl. hafa komist að því að naftalen og asenaften hafa tiltölulega lítið mólrúmmál og sameindastærð, sem leiðir til tiltölulega hás aðsogshraða fyrir þau af GAC, en flúoren og fenantren hafa tiltölulega mikið mólrúmmál og sameindastærðir, sem leiðir til tiltölulega lágs aðsogshraða fyrir GAC. GAC nær aðsogsjafnvægi fyrir naftalen og asenaften á 4–8 klst., með aðsogsgetu um það bil 14 mg/g. GAC nær aðsogsjafnvægi fyrir flúoren og fenantren á 16–24 klst., með aðsogsgetu um það bil 12 mg/g, jafngildir 36 mg CODcr/g GAC. (Tilvísun: Eeshwarasinghe D, Loganathan P, Kalaruban M, o.fl. Að fjarlægja fjölhringlaga arómatísk kolvetni úr vatni með því að nota kornótt virkt kolefni: hreyfingar- og jafnvægisaðsogsrannsóknir[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(14): 1355211-1355211.)

Í hagnýtri notkun, ef dvalartími fyrir aðsog virks kolefnis er stilltur á 16–24 klst., þyrfti margar aðsogssíur, sem er augljóslega óframkvæmanlegt. Dvalartími í kringum 4 klukkustundir er sanngjarn, en á þessum tíma aðsogar GAC aðallega naftalen og hefur engin marktæk aðsogsáhrif á önnur PAH eins og asenaften, flúor og fenantren.

Frá sjónarhóli búnaðarkvarða aðsogssíubeðsins er dvalartími upp á 4 klukkustundir ekki stuttur. Miðað er við að afgangsvatnsrúmmál kolefnaafrennslisvatns eftir "formeðferð + líffræðileg meðferð + háþróuð meðhöndlun + himnustyrkur" sé 10 m³/klst. og dvalartími aðsogssíubeðsins er stilltur á 4 klukkustundir, þá þarf 6 aðsogssíubeð með 1,8 m þvermál og 5 m hæð fyrir endurnýtingu og 33 m til endurnýtingar. Á sama hátt, ef vatnsmagnið sem á að meðhöndla er 100 m³/klst., þá þyrfti 60 slík aðsogssíubeð, sem gerir búnaðinn nokkuð stóran.

Hvað varðar GAC notkun, að taka áðurnefnt 10 m³/klst. kolefnaafrennsli sem dæmi, með CODcr upp á 1000 mg/L (30% þar af er naftalen), getur varðveislutími upp á 4 klst. minnkað CODcr í 700 mg/L. Ef gert er ráð fyrir að endurnýja aðsogssíurnar þrjár á 7 daga fresti (168 klst) þá þarf 14 t af GAC í aðsogsgeymana þrjá og 28 t af GAC í aðsogsgeymana sex. Magnþéttleiki GAC er 450~600 kg/m³, þannig að 28 t af GAC jafngilda 46~62 m³, sem þýðir að aðsogssíurnar sex eru næstum fullar (hönnunarstofnun hannar oft að fylla aðsogssíur með GAC í núlllosunarafrennslisverkefnum). Til að tryggja varðveislutíma og stækkunarhraða bakskolunar þarf að tvöfalda búnaðarskalann enn frekar.

Ennfremur hafa fjölmargar rannsóknir sýnt að eftir 3 ~ 4 hitauppstreymi endurnýjunar á GAC, lækkar aðsogsgeta þess í meira en 80% af nýrri kolefni, og eftir 5 ~ 10 varma endurnýjun er GAC í raun ónothæf. Dæmið hér að ofan gerir ráð fyrir endurnýjun á 7 daga fresti, sem þýðir að þessi lota af virku kolefni hefur ekki lengri líftíma en sex mánuði, sem leiðir til mikils kostnaðar við endurnýjun og kolefnisskipti. Ennfremur felur endurnýjun í meginatriðum í sér að losa lífræna efnið sem aðsogast af GAC aftur út í andrúmsloftið; í raun og veru fjarlægir GAC ekki lífræna efnið.