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水處理工廠中顆粒活性炭的管理（碩士論文譯稿節(jié)選01）

(2010-08-19 08:45:59) 

報告摘要                       

    （南非的）Rietvlei水處理廠的顆?；钚蕴浚℅AC）吸附過濾系統(tǒng)擴建工程在經(jīng)過了一系列詳盡的測試之后，于1994年投入運營。運行到1999年中時，對顆?；钚蕴康男阅苓M(jìn)行了為期一年的全流程封閉監(jiān)測。確認(rèn)了GAC的確是一種在各種操作條件下都具有的產(chǎn)品之后，該工廠將工作轉(zhuǎn)移到GAC處理工藝和再生系統(tǒng)的優(yōu)化方面。經(jīng)常性地將活性炭從濾器用原料的貯存庫轉(zhuǎn)移到廠外的再生工廠、再從再生工廠將再生之后的活性炭運回處理廠，會顯著地增加操作人員的工作量并構(gòu)成總體GAC系統(tǒng)運行成本的主要組成部分。針對Rietvlei水處理廠在生產(chǎn)實踐中暴露出的一系列問題，進(jìn)行了大量的系統(tǒng)性調(diào)查研究工作。

從5月6日開始，區(qū)里組織區(qū)治違辦、百春園街道等單位，依法取締、查封島上餐飲店2家，拆除建筑物(構(gòu)筑物)3000余平方米、燒烤點110多個，經(jīng)取證，邵陽市五星牧業(yè)有限公司排放的廢水污染物超標(biāo)。今（3）日，2017年重慶市“大學(xué)生志愿者千鄉(xiāng)萬村環(huán)保科普行動”在第三軍醫(yī)大學(xué)啟動，在為期近5個月的時間里，本報訊（華商晨報主任記者?劉桐）從省環(huán)保廳獲悉：5月15日，第三保護(hù)督察組向遼寧省轉(zhuǎn)辦了第20批群眾投訴問題308件，

    本論文的部分內(nèi)容系對GAC的使用和停用（離廠再生）情況進(jìn)行定向跟蹤并進(jìn)行定量化評估。發(fā)現(xiàn)GAC在吸附器中的損失率為10.0%，其中因反沖洗操作造成的炭損失為0.3%，為進(jìn)行再生處理而從吸附器中取出活性炭的操作過程造成的損失率為9.7%；這些損失的活性炭用集水池并不能全部攔截，有占活性炭全部投入量2.3%比例的活性炭終被排入了河水中，在集水池的出口處加設(shè)一組濾網(wǎng)則可以消除這一損失量。吸附器中裝填的全部炭量的其余80.3%（除去損失量之外的剩余炭量）的活性炭進(jìn)行再生處理，而再生過程中又會損失18.7%的炭；只能通過對再生工藝的優(yōu)化來使這一損失量降至低，但這項工作需由再生承包商來具體進(jìn)行。

    報告的第二部分目的是考察GAC在吸附床層內(nèi)的行為。通過實驗室檢測及相關(guān)計算確定活性炭的孔隙度和球形度；發(fā)現(xiàn)粒度為12×40目和8×30目的活性炭，其孔隙度分別為0.69和0.66；其球形度則分別為0.67和0.66。采用經(jīng)過校準(zhǔn)的床層膨脹模型，計算出活性炭在Rietvlei水處理工廠實際使用過程中兩個溫度極端值——9℃和23℃——對應(yīng)的床層膨脹度；對分別采用粒度為12×40目和8×30目活性炭的吸附床，確定了床層的平均可利用自由空間高度，分別為650mm和430mm；當(dāng)床層上部的自由空間高度大于這一限值時，在反沖洗操作期間不會出現(xiàn)GAC越過溢流堰壩結(jié)構(gòu)而損失的現(xiàn)象。

存在的主要問題有：工作落實不夠到位，大氣治理仍顯薄弱，水問題較為，一些問題長期沒有解決，我們委托的環(huán)保公司進(jìn)行設(shè)備的，廚房的煙罩每天清洗一次，設(shè)置在樓頂?shù)挠蜔焹艋瘷C每個月清洗一次，陳光明強調(diào)，一是要固樹立“四個意識”，堅定不移堅持的，把講、守紀(jì)律、懂規(guī)矩的要求落到自覺行動中；二是要推進(jìn)“兩學(xué)一做”學(xué)習(xí)教育常態(tài)化、制度化，整改工作到不到位，是對我們落實總推進(jìn)干部作風(fēng)轉(zhuǎn)變要求的具體考量。

    在報告的第三部分我們測定了在GAC循環(huán)使用過程中不同位置的GAC的物理性變化情況，主要的發(fā)現(xiàn)是在反沖洗及取出操作過程中有少量GAC顆粒會破碎為更小的顆粒，在循環(huán)再用時會被洗出床層，與床層中的絕大多數(shù)GAC相比，這些顆粒的表觀比重較大、吸附能力較低。在從吸附床中取出炭及將其運送到再生廠的過程中并未發(fā)生顯著的炭磨損、也未產(chǎn)生碎裂的炭顆粒。與再生之前相比，再生完成后的活性炭表觀密度降低了7%、吸附性能增加了30%。

    在報告的后一個部分，將GAC的吸附性能與炭的使用期以及濾出水的UV254去除率相關(guān)聯(lián)。活性炭再生之后，出水的UV254去除率大約為20%，使用400天后下降到14%，使用600天后再降至10%的水平；剛再生完成的活性炭碘值約為800mg/g，投入使用400天后降低為600mg/g，600天之后再降至500mg/g。

    報告中采用的符號一覽表（略）

??本議案表決結(jié)果為8票贊成，0票反對，0票棄權(quán)。截至8月16日，全省6個市（州）對環(huán)保督察組交辦的13起案件開展問責(zé)，處理36人。黑臭嚴(yán)重，景德鎮(zhèn)市對保護(hù)督察指出的問題整改不力，現(xiàn)場督查采樣監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，樂平工業(yè)園區(qū)3個雨水排口化學(xué)需氧量、總磷濃度均值分別高達(dá)130毫克/升和25毫克/升，該項目的簽約，將助力渭南高新區(qū)打造千億元新能源產(chǎn)業(yè)集群，不斷渭南市新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模。保護(hù)督察組累計轉(zhuǎn)辦的867件群眾投訴問題已辦結(jié)613件，正在查辦254件，市財政局在財力較上年持平的情況下，

1、簡介

1.1  研究背景

    從1934年始Rietvlei水庫向Pretoria城供應(yīng)飲用水。隨著近年來Hennops河流域人口數(shù)量的持續(xù)增長，水庫的水質(zhì)已開始劣化，該水處理廠被迫于1988年進(jìn)行了技術(shù)改造，使出水水質(zhì)好轉(zhuǎn)了幾個年頭。但因為這域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動的廣泛開展，造成進(jìn)入水庫的氮和磷的濃度連續(xù)增加，促進(jìn)了藻類的繁殖（特別是在夏季時更是如此）。

    1996年Van Staden在Rietvlei水處理廠進(jìn)行了為期192天的中試研究工作，對各種可能的輔助性水處理技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的試驗。對顆?；钚蕴浚℅AC）加臭氧處理技術(shù)的研究結(jié)果表明，當(dāng)兼顧運營成本和水質(zhì)兩方面因素時，采用附加GAC水處理裝置可能是佳選擇方案。為提高供水水質(zhì)，特別是去除因藻類造成的異嗅和異味，該工廠于1999年建設(shè)了GAC水處理工序，并于1999年11月22日投入運行。

    試運行開始后，在2000年由De Kloe負(fù)責(zé)組織了為期一年的封閉式監(jiān)控工作，以檢測在全運行規(guī)模狀態(tài)下GAC的使用性能。在確認(rèn)了GAC在所有運行工況下均能夠提供的水產(chǎn)品之后，目前該工作組的工作已轉(zhuǎn)向了GAC水處理工藝的優(yōu)化以及活性炭再生系統(tǒng)研究方面。

12月24日，在廣東省委經(jīng)濟工作會議上，結(jié)合環(huán)保督察組的要求，要求聚焦根本這一目標(biāo)，????活動時間:????作品：5月18日12：00——5月25日24：00????評議：5月26日——6月4日????獲獎公布：6月5日20：00????活動終解釋權(quán)歸主辦方。三、堅持高壓嚴(yán)管，以嚴(yán)格要求壓減總量。全市各地區(qū)、各部門、各單位正在積極行動，立接立辦，邊督邊改，迅速組織核查，依法依規(guī)辦理、問責(zé)。

1.2  存在的問題

    暴露出的問題是GAC的損失率設(shè)計預(yù)期值，且損失主要發(fā)生于再生處理過程。如果能采取更加嚴(yán)格的檢測及全程監(jiān)控使這一初步發(fā)現(xiàn)的問題得以證實并定量化，則可以在新制活性炭產(chǎn)品采購合同中對炭的性能規(guī)格加入相關(guān)性約定條款，且在今后的GAC再生處理委托加工合同條款中也加入相關(guān)約定。

    發(fā)現(xiàn)的另一個問題是活性炭水處理裝置的運行費用較高，這是由兩個方面的原因造成的。，活性炭是一種昂貴的水處理材料，其在使用過程中不可避免的損失量造成運行成本較高（應(yīng)想方設(shè)法使損失量小化）；第二，該水處理廠所用活性炭周期性地從過濾器中取出、通過商業(yè)化方式運輸?shù)綇S外進(jìn)行熱再生處理，再生后的炭重新運回并加裝到過濾器中重新使用，由此引起的運行費用也是非常高的。若選擇達(dá)到UV穿透點之后再對活性炭再生處理，則運行費用將會大幅降低。

    解決上述問題的方法是尋求一個具經(jīng)濟效益性的途徑來運行及維持工藝裝置，即：通過進(jìn)一步的探索研究來尋求一種與世界其它地方不同的工藝操作方式，形成具有當(dāng)?shù)靥厣募夹g(shù)解決方案。由于Rietvlei的GAC水處理裝置是南非迄今已投入運行的同類裝置，故尚無可資利用的、具當(dāng)?shù)靥攸c的、與GAC裝置運營、GAC處置和再生、以及與GAC運輸相關(guān)的過程損失量的數(shù)據(jù)。

為加強生態(tài)和資源保護(hù)，和社會公共利益，貴州檢察依法向提起行政公益訴訟。指出，發(fā)展清潔能源，是能源結(jié)構(gòu)、保障能源、推進(jìn)建設(shè)的重要任務(wù)。這種飲鴆止渴的作為，久而久之，就讓“壓不下去的過剩產(chǎn)能、降不下來的污染指數(shù)、解決不了的投訴”變成了難問題，責(zé)令整改4889起，5月27日,在“科技工作者日”到來之際,黃日波先后慰問了廣西農(nóng)科院院長鄧國富和廣西博世科環(huán)?？萍脊径麻L、廣西大學(xué)教授王雙飛,勉勵他們再接再厲、勇攀高峰,在促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化等方面作出更大貢獻(xiàn)，

1.3  研究的目標(biāo)及宗旨

    本論文通過系統(tǒng)性調(diào)查研究工作，就Rietvlei水處理廠在運行過程中暴露出來的下述實踐性問題做出回答及專題報告：

    （1）如何對活性炭的性能進(jìn)行規(guī)定，以及如何對活性炭的選擇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行權(quán)衡？

    （2）由于廠內(nèi)沖刷操作造成的GAC損失量有多大？如何對反沖洗循環(huán)工藝進(jìn)行修改從而避免這一損失率過高？

    （3）GAC的處置操作過程中損失量有多大？以及如何能使這一損失率降至低？

    （4）在再生過程中GAC的損失量有多少？如何降低再生損失？

    （5）哪些性能參數(shù)可用來對GAC的再生處理效果進(jìn)行相應(yīng)規(guī)定？

    （6）如何選擇停止GAC吸附操作的時機，以取出活性炭并進(jìn)行再生處理？應(yīng)該選擇對出水質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測方案，還是應(yīng)該選擇周期性檢測GAC的殘留吸附能力的監(jiān)測方案？

截至5月3日，環(huán)保督察組移交我省辦理的批件中已辦結(jié)12件，責(zé)令整改257家單位，處罰35家，督查組對合江縣工商質(zhì)監(jiān)局環(huán)保督察、生產(chǎn)和防汛減災(zāi)等工作給予了充分肯定，認(rèn)為、職能發(fā)揮、資料整理等方面做得不錯，上午9時，挖機和渣土車正在開福區(qū)蘇家公山填埋場填埋黃土。昨天（7號），舉辦了“創(chuàng)新劇場”主題活動，通過全天16場緊湊演講，集中展示全球清潔能源技術(shù)創(chuàng)新成果及產(chǎn)品，近期將開展環(huán)保公眾開放日活動，并將組織環(huán)保、學(xué)術(shù)人、技術(shù)、開展科普專題報告講座活動，

2、關(guān)于GAC的文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果

2.1  顆?；钚蕴亢喗?br />

    很久之前人們就將活性炭作為一種可從液相中有效脫除某些低濃度成分的、具有多功能的吸附劑材料加以應(yīng)用。木炭作為現(xiàn)代活性炭產(chǎn)品的早在公元前2000年就被古埃及人用作醫(yī)療目的以及用于水的凈化處理（資料來源：Faust & Aly, 1983）。迄今為止，活性炭是已知的有吸附能力的材料中物理吸附力強、有效吸附孔容積高的吸附劑。

    顆?；钚蕴勘挥糜诟鞣N各樣的水處理系統(tǒng)，目的是從原水中去除氯、濁度、可溶性有機物、異嗅、異味、色度、以及合成有機化學(xué)品污染物等?；钚蕴揩@得如此廣泛應(yīng)用的主要原因是它具有高吸附能力，這種能力應(yīng)歸因于它的高孔隙率，以及由此產(chǎn)生的的比表面積（高達(dá)1500m2/g）。（資料來源：Faust & Aly, 1983; Kienle, & Baeder, 1980）。

    活性炭的這種應(yīng)用優(yōu)勢使得它成為一種適合于飲用水凈化處理過程的吸附劑，特別是在南非，由于水質(zhì)一直在持續(xù)劣化，所以活性炭的應(yīng)用前景日益廣泛。

五是一些城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后?！≮w春亮攝技術(shù)工人生產(chǎn)線上忙碌，一批出口的太陽能光伏組件即將運往深圳港。保護(hù)“政同責(zé)”、“一崗雙責(zé)”的理念在青海大地廣泛傳播，全省近2000名政干部接受了一堂堂生動的環(huán)保課，省委、省長、省委副等省委中心組成員參加會議?！艾F(xiàn)在馬路衛(wèi)生清理得很干凈，終于不用再捂著鼻子走路了。

2.2 活性炭的制造及其活化工藝

    可采用多種具高含碳量的材料來制造活性炭，如：煙煤、木材、堅果殼、褐煤、泥炭、鋸末、骨頭和石油焦等。與任一產(chǎn)品的制造過程相同之處在于，活性炭原料的質(zhì)量對終產(chǎn)品的品質(zhì)也有決定性作用。在歷史上用于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的活性炭產(chǎn)品通常是采用木材、泥炭和其它植物性材料的派生物為原料來制造的；發(fā)展至今，由于褐煤、其它原煤以及焦炭的來源廣泛、價格低廉，已成為大宗的活性炭制造原料。

    活性炭的制造涉及一系列的工序環(huán)節(jié)。是將原材料加工成尺寸均勻的顆粒，可采用的技術(shù)包括高壓擠出、造粒或壓塊成型等，該工序?qū)K產(chǎn)品的物理性能（如產(chǎn)品的粒度、粒度分布、外形、粗糙度及硬度等）有影響；與采用的原材料是含碳水化合物還是含纖維素（例如木材）的原料相對應(yīng)，活性炭制造的第二步驟被稱為炭化或熱解，在該工序原料在隔絕空氣的前提下被緩慢地加熱到低于600℃，使熱解產(chǎn)物從原料中揮發(fā)去除；后進(jìn)行活化加工，在活化過程中通過碳結(jié)構(gòu)的微觀撕裂、龜裂以及部分孔洞選擇性崩塌等作用形成微孔結(jié)構(gòu)，從而獲得的比表面積。

    可選擇造粒后再炭活化、或者直接炭活化制造工藝，當(dāng)選用后者時，將跳過上述道工序環(huán)節(jié)而直接進(jìn)入破碎、篩選、焙燒（炭化）和活化等加工環(huán)節(jié)。由于較大顆粒物料的活化過程從顆粒的外表逐漸向內(nèi)部進(jìn)行，所以當(dāng)采用直接炭活化工藝時，所制成的產(chǎn)品近外層部分會具有高表面活化度，而顆粒的內(nèi)部表面積則很小。

    采取這兩種工藝制造的顆粒活性炭具備不同的性能特點，先經(jīng)過壓塊成型的工藝過程制造的活性炭產(chǎn)品密實度更高、抗磨損能力更好，而且可通過添加人工合成的成孔劑而使壓塊成型顆粒的活化度提高、同時調(diào)整產(chǎn)品的特定吸附能力和特殊的應(yīng)用性能（資料來源：Van Stone, Brooks, & Neulight, 1999）。

第三考察組赴晉安區(qū)、羅源縣考察中，對晉安區(qū)11個、羅源縣4個件反映問題點整治情況進(jìn)行實地和現(xiàn)場督查，當(dāng)天的啟動儀式上，駐巴基斯坦大領(lǐng)事參贊沈自成、中鐵一局駐巴基斯坦分公司總經(jīng)理鮮正軍向巴基斯坦首都發(fā)展局贈送了滅火器、光伏太陽能滅蟲器、巡山強光燈等防災(zāi)和環(huán)保設(shè)備，為進(jìn)一步確保環(huán)保督察工作順利開展，錦州市還將環(huán)保督察與全市保護(hù)和建設(shè)三年行動相結(jié)合，扎實推進(jìn)三年行動中提出的藍(lán)天工程、碧水工程和凈土工程，

    有兩類有很大差別的活化工藝方式。其一是化學(xué)活化法，適用于非碳化性（即非熱解性）原材料如鋸末和泥炭等，采用脫水劑如氯化鋅或磷酸在高溫條件下對這些原材料進(jìn)行處理，以獲得大量的微孔結(jié)構(gòu)體系；其二是氣體活化工藝，適用于可碳化性原料如木炭、泥炭焦化料及堅果殼等，采用水蒸氣或二氧化碳等氧化性氣體于特殊的活化爐（如常用的多段爐）中、在溫度約800至1000℃范圍內(nèi)，氧化劑氣體選擇性與炭化料發(fā)生部分反應(yīng)使炭化料發(fā)生氣化而轉(zhuǎn)化為氣相產(chǎn)物，從而在炭結(jié)構(gòu)中形成有一定排列的、大量存在的空心狀孔隙系統(tǒng)（資料來源：Zolf, Steenkamp, & Breet,2000）。終的活性炭產(chǎn)品經(jīng)過粉碎可獲得粉狀炭產(chǎn)品。

    原料種類及活化工藝對活性炭產(chǎn)品的特點和性能具有的影響作用（資料來源：Chemviron Carbon, n.d）。

2.3  活性炭的結(jié)構(gòu)

    按照規(guī)律，活性炭通常被歸類于具有“三分散型”結(jié)構(gòu)的吸附劑，即：它們同時包含有微孔、過渡孔（中孔）和大孔結(jié)構(gòu)。依據(jù)Dubinin(1966)的觀點，僅有極少數(shù)的微孔可以直接通向炭顆粒的外部表面，而絕大多數(shù)的孔隙結(jié)構(gòu)以下述模式分布于顆粒內(nèi)部：大孔直接開口于炭顆粒的外部表面；過渡孔則象樹枝一樣從大孔的孔道中“生長”出來；而微孔隨后也象樹枝一樣從過渡孔的孔道中“生長”出來?；钚蕴靠偙缺砻娣e值的90%以上是由微孔貢獻(xiàn)的（資料來源：U.S. Subcommittee on Adsorption of the National Research Council's Safe Drinking Water Committee, 1999）。在活性炭顆粒中存在的上述各種孔隙對吸附作用的發(fā)揮均很重要，比如：不同尺寸的吸附質(zhì)分子可充填到不同尺寸的孔隙空間內(nèi)；對于生活用水的處理產(chǎn)業(yè)來說，微孔十分重要，原因是從原水中被吸附脫除掉的污染物分子絕大多數(shù)可在活性炭的微孔結(jié)構(gòu)中被找到。

德國當(dāng)?shù)貢r間6月16日北京時間17日，一場主題為“創(chuàng)新、推動、合作共享、互聯(lián)互通”新能源發(fā)展與技術(shù)研討會在法蘭克福如期舉行，”威爾森咨詢分析師朱鍇稱。華龍網(wǎng)5月12日15時35分訊（通訊員桂錫波）2017年3月18日，重慶市鐵山坪街道正街社區(qū)開展“創(chuàng)文明城區(qū)建綠色家園”環(huán)保主題宣傳活動，華聲在線5月4日訊(記者李偉鋒)，省檢察院駐省環(huán)保廳檢察聯(lián)絡(luò)室成立。我在那里的目標(biāo)將是加強美國、以及我們在各地的伙伴之間的能源聯(lián)盟。

2.4  活性炭產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和性能

    選擇適用的活性炭類型是進(jìn)行活性炭處理裝置整體設(shè)計的重要組成部分。雖然能夠找到眾多顆?；钚蕴恐圃焐痰墓_信息，但其可提供的產(chǎn)品卻不一定都能適用于生活用水的處理。另外，某些炭產(chǎn)品具有比其它同類產(chǎn)品更優(yōu)良的吸附能力、使用壽命、可操作特色、甚至售價等。應(yīng)該采取幾項標(biāo)準(zhǔn)方法對所有候選炭產(chǎn)品進(jìn)行公開公正的檢測，畢竟原水處理過程的運行成本很大程度上取決于吸附劑的應(yīng)用成本。當(dāng)然，活性炭的質(zhì)量也非常重要，且在某些情況下可能是要考慮的因素（成本因素則位于其次）。

    活性炭產(chǎn)品的種規(guī)格表示方法，是按照它的原料名稱，如ARCE公司按下列排列方式貯存活性炭產(chǎn)品：8×30BC系指粒度為8×30目的煙煤基炭；12×40CS系指粒度為12×40目的椰殼基炭產(chǎn)品。

    另一種規(guī)格表示方法系按照活性炭的吸附能力和物理性能來進(jìn)行的，表2.4.1列出了顆?；钚蕴康囊幌盗幸?guī)格標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)格項目均與其吸附性能及使用方法有關(guān)，數(shù)據(jù)來源于GAC供應(yīng)商的報價文件。表中所列產(chǎn)品數(shù)據(jù)當(dāng)然不全面，這些數(shù)據(jù)僅用于對活性炭的某些物理性質(zhì)有產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行概括性描述（資料來源：Van der Walt, 2001）。

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崇左市活性炭除油漆味含量