保證水處理過程的連續(xù)性

文/ Raik Sch?nfeld，Jan Raiser

保證水處理過程的連續(xù)性

文/ Raik Sch?nfeld，Jan Raiser

封閉式物質(zhì)循環(huán)逆流吸附器的連續(xù)性工作運(yùn)行——在給水凈化的固定床吸附設(shè)備中使用活性炭進(jìn)行吸附是常見的做法，雖然性能良好，但也存在著一些缺點(diǎn)：不連續(xù)性的水處理過程、很大的設(shè)備尺寸規(guī)模以及在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)需要配備冗余系統(tǒng)。Blücher公司發(fā)明了連續(xù)性工作運(yùn)行的固定床吸附器之后，使用活性炭或者類似吸附劑時(shí)就可以簡單地利用結(jié)構(gòu)緊湊的吸附設(shè)備高效完成吸附任務(wù)了。

在給水凈化的工藝流程中，利用固定床吸附器進(jìn)行吸附是一種性能可靠的技術(shù)。需要凈化處理的水進(jìn)入固定床吸附器的吸附塔，水中的雜質(zhì)由吸附劑吸出。在這個(gè)過程中，吸附劑被加載的活性炭層運(yùn)送出去并附著在活性炭層上，在理想情況下，所形成的活性炭床有3個(gè)不同的層次和區(qū)域。

●加載的活性炭床層：活性炭與吸附物完全飽和，不能再吸附任何雜質(zhì)了。這一區(qū)域的吸附濃度與水的濃度相同。

●傳質(zhì)區(qū)域（簡稱MTZ）：水在這一區(qū)域里進(jìn)行著向活性炭傳遞物質(zhì)的過程。在這一區(qū)域內(nèi)，水的吸附濃度不斷變化，形成了一定的濃度分布。具體分布與吸附特性有關(guān)，例如承載能力、吸附停留時(shí)間和流體動力學(xué)（主要由擴(kuò)散決定）等因素。濃度分布曲線從吸附區(qū)起點(diǎn)處的濃度C0開始到傳質(zhì)區(qū)結(jié)束時(shí)的零為止。

●余留區(qū)域：在這一區(qū)域里，吸附過程還沒有開始，因?yàn)榈竭_(dá)這一區(qū)域的水中吸附濃度已經(jīng)為零了。

在固定床吸附器工作過程中，傳質(zhì)區(qū)也是不斷遷移的。圖1是傳質(zhì)區(qū)（MTZ）遷移的示意圖。

移動床吸附器

為了改善固定床吸附器間斷式工作的缺點(diǎn)，人們開發(fā)了連續(xù)式工作的吸附設(shè)備。在這個(gè)技術(shù)方案中，被清理的液體從下方向上送入吸附器中，而吸附劑則是從上方添加進(jìn)來的，兩者逆流而行。被清理液體的均勻分布由吸附器底部的分流器實(shí)現(xiàn)，輸入的吸附劑容積流量可調(diào)整，以保證輸入的吸附劑不會在被清理液體中呈懸浮狀態(tài)。在吸附器的頂部，已經(jīng)清理了的液體介質(zhì)經(jīng)溢流口流出，使用過的活性炭在吸附器錐形底部被清除出去。被清除出來的活性炭就地在吸附器旁合適的容器中再活化，重新送入吸附器中使用。

按照這種工作方式，顆粒狀活性炭的吸附設(shè)備可在水處理和流程工藝設(shè)備中使用。近幾年來，仍在運(yùn)行使用的吸附設(shè)備已很少見了，內(nèi)部調(diào)查表明，這樣的連續(xù)性吸附設(shè)備已經(jīng)淘汰出局?？梢韵胂蟮氖牵w粒狀活性炭這種使用方式會帶來很大的工作負(fù)擔(dān)。顆粒狀活性炭自動研磨時(shí)會產(chǎn)生大量的粉塵，而這些微細(xì)的粉塵會被水流帶走，不能再用于生產(chǎn)過程中。另外，顆粒狀活性炭再活化的過程中也會有損失，因此就必須不斷添加大量新的活性炭。

逆流吸附器

與連續(xù)性固定床吸附工藝不同，在連續(xù)性逆流吸附器（KGA）中被清理的水沿著吸附床運(yùn)動方向的反方向被泵送到吸附塔中。這樣，被清理的水以輸入時(shí)的吸附濃度C0與加載的吸附層相遇（圖2），吸附床（按照規(guī)定的時(shí)間間隔）連續(xù)地在吸附器內(nèi)運(yùn)動。KGA連續(xù)性逆流吸附器活性炭吸附床的運(yùn)動是平行進(jìn)行的：（從上方）加入新鮮吸附劑的同時(shí)已經(jīng)加載的吸附床（從下方）離開。由于傳質(zhì)區(qū)MTZ的遷移速度由吸附劑的添加速度決定，因此傳質(zhì)區(qū)MTZ局部保留著被吸附的聚集物。在任一時(shí)刻，MTZ傳質(zhì)區(qū)在連續(xù)性逆流吸附器中都保持在相同的位置處。

這樣的工藝過程可以明顯減少吸附器內(nèi)保有的吸附劑量，因?yàn)榕c固定床吸附器相比，其無需另外輔助添加吸附劑，以保證吸附時(shí)間內(nèi)足夠的吸附劑濃度。因此KGA連續(xù)性逆流吸附器的吸附時(shí)間與吸附物堆積高度無關(guān)。它的吸附劑用量也明顯地減少，因此KGA連續(xù)性逆流吸附器的高度尺寸也可以制作得更低一些。

封閉的物質(zhì)循環(huán)

KGA連續(xù)性逆流吸附器也是由圓柱形的吸附器體以及安裝在吸附器體上的進(jìn)水口、過濾液口、再活化的和加載的活性炭進(jìn)出口等組成。在原水進(jìn)水口側(cè)，KGA逆流吸附器內(nèi)部有一個(gè)特殊的底板，保證進(jìn)入吸附器的原水均勻地分布在吸附器的整個(gè)橫截面積上。KGA吸附器的頂部安裝了吸附劑阻隔裝置，保證了清理后只有水，這樣過濾液能夠流出吸附器。

加載過的吸附劑由安裝在吸附器中部的專用泵從吸附器中抽取出來。再活化的吸附劑則可從吸附器頂部直接添加到吸附器中。利用安裝在吸附器頂部的專用泵還可把沉積在吸附器底部的部分加載過的吸附劑抽取出來。然后，浸潤容器底部的隔離器打開，讓預(yù)定量的吸附劑添加KGA逆流吸附器中，進(jìn)入吸附器的預(yù)定量相當(dāng)于添加的吸附劑量。

全部工藝過程

由于比固定床吸附器有更少的吸附劑用量，因此活性炭的再生活化可就地實(shí)現(xiàn)。KGA連續(xù)性逆流吸附器可以補(bǔ)充上吸附劑再生、再活化的相應(yīng)管道系統(tǒng)。

圖1 固定床吸附器中MTZ傳質(zhì)區(qū)的形成和傳質(zhì)區(qū)在活性炭床中的遷移

從KGA逆流吸附器中取出來的并吸附了雜質(zhì)的加載吸附劑被置于篩網(wǎng)上，以便排出其中的水分，這些吸附劑將被再次送入吸附器中使用。瀝干部分水分的吸附劑經(jīng)滑道進(jìn)入流化床干燥器中干燥至殘留含水量3%為止，然后被干燥氣流輸送出來。

在流化床干燥器后端的旋風(fēng)分離器中，干燥的吸附劑被分離出來并送回到轉(zhuǎn)爐中?；剞D(zhuǎn)爐加熱的廢氣可以當(dāng)作加熱干燥介質(zhì)使用。一般情況下這種干燥器是用（余熱利用的）燃?xì)馊紵鼽c(diǎn)燃的并在回轉(zhuǎn)爐的燃燒室中進(jìn)行的，以便將其產(chǎn)生的能量回用于生產(chǎn)過程之中。

干燥后的吸附劑是由振動輸送帶輸送到回轉(zhuǎn)爐處，再經(jīng)隔離系統(tǒng)在氮?dú)庵兴腿氲交剞D(zhuǎn)爐。在回轉(zhuǎn)爐中，吸附劑被解除吸附：在900℃的條件下吸附的物質(zhì)被解除、熱解，隨氮?dú)鈿饬髋懦?，排出的熱廢氣被導(dǎo)入到熱后燃處理設(shè)備中。

經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后，再活化的吸附劑被送入另一個(gè)存儲容器中并在那里冷卻下來。合適的輸送系統(tǒng)從這一容器中吸走冷卻了的吸附劑，將其送入浸潤容器中。在浸潤容器中向吸附劑加入適量的水浸潤、脫氣，從而完成再次吸附的全部準(zhǔn)備工作。按照這種方式就保證了吸附劑的使用循環(huán)是一個(gè)全封閉的完整循環(huán)了。

圖2 KGA連續(xù)性逆流吸附器理想的MTZ傳質(zhì)區(qū)示意圖

結(jié)語

與固定床吸附器不同，KGA連續(xù)性逆流吸附器能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷的吸附工藝過程，由于吸附劑的更新是在連續(xù)的生產(chǎn)過程中完成，因此可以使用尺寸規(guī)格較小的吸附設(shè)備，這就使得吸附劑在理論上有著無限長的使用壽命，此外需要使用的吸附劑量也很少（MTZ傳質(zhì)區(qū)+安全系數(shù)）。Blücher公司研發(fā)生產(chǎn)的Saratech吸附劑以其很高的機(jī)械穩(wěn)定性和很高的吸附能力，特別是微量物質(zhì)的吸附能力而著稱。

因?yàn)樵S多吸附劑是可以再活化重新使用，KGA連續(xù)性逆流吸附器可與封閉式流動的吸附劑系統(tǒng)配套使用，也省去了讓外部技術(shù)服務(wù)公司進(jìn)行吸附劑再活化時(shí)的運(yùn)輸工作量了。這樣，吸附器的用戶保留了對其所有原材料的全面控制。KGA連續(xù)性逆流吸附器優(yōu)秀的特性使它成為具有可持續(xù)性發(fā)展意義的給水凈化處理系統(tǒng)。

本文作者供職于Blücher公司。