保证水处理过程的连续性

文/ Raik Schönfeld，Jan Raiser

保证水处理过程的连续性

文/ Raik Schönfeld，Jan Raiser

封闭式物质循环逆流吸附器的连续性工作运行——在给水净化的固定床吸附设备中使用活性炭进行吸附是常见的做法，虽然性能良好，但也存在着一些缺点：不连续性的水处理过程、很大的设备尺寸规模以及在生产运行时需要配备冗余系统。Blücher公司发明了连续性工作运行的固定床吸附器之后，使用活性炭或者类似吸附剂时就可以简单地利用结构紧凑的吸附设备高效完成吸附任务了。

在给水净化的工艺流程中，利用固定床吸附器进行吸附是一种性能可靠的技术。需要净化处理的水进入固定床吸附器的吸附塔，水中的杂质由吸附剂吸出。在这个过程中，吸附剂被加载的活性炭层运送出去并附着在活性炭层上，在理想情况下，所形成的活性炭床有3个不同的层次和区域。

●加载的活性炭床层：活性炭与吸附物完全饱和，不能再吸附任何杂质了。这一区域的吸附浓度与水的浓度相同。

●传质区域（简称MTZ）：水在这一区域里进行着向活性炭传递物质的过程。在这一区域内，水的吸附浓度不断变化，形成了一定的浓度分布。具体分布与吸附特性有关，例如承载能力、吸附停留时间和流体动力学（主要由扩散决定）等因素。浓度分布曲线从吸附区起点处的浓度C0开始到传质区结束时的零为止。

●余留区域：在这一区域里，吸附过程还没有开始，因为到达这一区域的水中吸附浓度已经为零了。

在固定床吸附器工作过程中，传质区也是不断迁移的。图1是传质区（MTZ）迁移的示意图。

移动床吸附器

为了改善固定床吸附器间断式工作的缺点，人们开发了连续式工作的吸附设备。在这个技术方案中，被清理的液体从下方向上送入吸附器中，而吸附剂则是从上方添加进来的，两者逆流而行。被清理液体的均匀分布由吸附器底部的分流器实现，输入的吸附剂容积流量可调整，以保证输入的吸附剂不会在被清理液体中呈悬浮状态。在吸附器的顶部，已经清理了的液体介质经溢流口流出，使用过的活性炭在吸附器锥形底部被清除出去。被清除出来的活性炭就地在吸附器旁合适的容器中再活化，重新送入吸附器中使用。

按照这种工作方式，颗粒状活性炭的吸附设备可在水处理和流程工艺设备中使用。近几年来，仍在运行使用的吸附设备已很少见了，内部调查表明，这样的连续性吸附设备已经淘汰出局。可以想象的是，颗粒状活性炭这种使用方式会带来很大的工作负担。颗粒状活性炭自动研磨时会产生大量的粉尘，而这些微细的粉尘会被水流带走，不能再用于生产过程中。另外，颗粒状活性炭再活化的过程中也会有损失，因此就必须不断添加大量新的活性炭。

逆流吸附器

与连续性固定床吸附工艺不同，在连续性逆流吸附器（KGA）中被清理的水沿着吸附床运动方向的反方向被泵送到吸附塔中。这样，被清理的水以输入时的吸附浓度C0与加载的吸附层相遇（图2），吸附床（按照规定的时间间隔）连续地在吸附器内运动。KGA连续性逆流吸附器活性炭吸附床的运动是平行进行的：（从上方）加入新鲜吸附剂的同时已经加载的吸附床（从下方）离开。由于传质区MTZ的迁移速度由吸附剂的添加速度决定，因此传质区MTZ局部保留着被吸附的聚集物。在任一时刻，MTZ传质区在连续性逆流吸附器中都保持在相同的位置处。

这样的工艺过程可以明显减少吸附器内保有的吸附剂量，因为与固定床吸附器相比，其无需另外辅助添加吸附剂，以保证吸附时间内足够的吸附剂浓度。因此KGA连续性逆流吸附器的吸附时间与吸附物堆积高度无关。它的吸附剂用量也明显地减少，因此KGA连续性逆流吸附器的高度尺寸也可以制作得更低一些。

封闭的物质循环

KGA连续性逆流吸附器也是由圆柱形的吸附器体以及安装在吸附器体上的进水口、过滤液口、再活化的和加载的活性炭进出口等组成。在原水进水口侧，KGA逆流吸附器内部有一个特殊的底板，保证进入吸附器的原水均匀地分布在吸附器的整个横截面积上。KGA吸附器的顶部安装了吸附剂阻隔装置，保证了清理后只有水，这样过滤液能够流出吸附器。

加载过的吸附剂由安装在吸附器中部的专用泵从吸附器中抽取出来。再活化的吸附剂则可从吸附器顶部直接添加到吸附器中。利用安装在吸附器顶部的专用泵还可把沉积在吸附器底部的部分加载过的吸附剂抽取出来。然后，浸润容器底部的隔离器打开，让预定量的吸附剂添加KGA逆流吸附器中，进入吸附器的预定量相当于添加的吸附剂量。

全部工艺过程

由于比固定床吸附器有更少的吸附剂用量，因此活性炭的再生活化可就地实现。KGA连续性逆流吸附器可以补充上吸附剂再生、再活化的相应管道系统。

图1 固定床吸附器中MTZ传质区的形成和传质区在活性炭床中的迁移

从KGA逆流吸附器中取出来的并吸附了杂质的加载吸附剂被置于筛网上，以便排出其中的水分，这些吸附剂将被再次送入吸附器中使用。沥干部分水分的吸附剂经滑道进入流化床干燥器中干燥至残留含水量3%为止，然后被干燥气流输送出来。

在流化床干燥器后端的旋风分离器中，干燥的吸附剂被分离出来并送回到转炉中。回转炉加热的废气可以当作加热干燥介质使用。一般情况下这种干燥器是用（余热利用的）燃气燃烧器点燃的并在回转炉的燃烧室中进行的，以便将其产生的能量回用于生产过程之中。

干燥后的吸附剂是由振动输送带输送到回转炉处，再经隔离系统在氮气中送入到回转炉。在回转炉中，吸附剂被解除吸附：在900℃的条件下吸附的物质被解除、热解，随氮气气流排出，排出的热废气被导入到热后燃处理设备中。

经过预先设定的时间后，再活化的吸附剂被送入另一个存储容器中并在那里冷却下来。合适的输送系统从这一容器中吸走冷却了的吸附剂，将其送入浸润容器中。在浸润容器中向吸附剂加入适量的水浸润、脱气，从而完成再次吸附的全部准备工作。按照这种方式就保证了吸附剂的使用循环是一个全封闭的完整循环了。

图2 KGA连续性逆流吸附器理想的MTZ传质区示意图

结语

与固定床吸附器不同，KGA连续性逆流吸附器能够实现不间断的吸附工艺过程，由于吸附剂的更新是在连续的生产过程中完成，因此可以使用尺寸规格较小的吸附设备，这就使得吸附剂在理论上有着无限长的使用寿命，此外需要使用的吸附剂量也很少（MTZ传质区+安全系数）。Blücher公司研发生产的Saratech吸附剂以其很高的机械稳定性和很高的吸附能力，特别是微量物质的吸附能力而著称。

因为许多吸附剂是可以再活化重新使用，KGA连续性逆流吸附器可与封闭式流动的吸附剂系统配套使用，也省去了让外部技术服务公司进行吸附剂再活化时的运输工作量了。这样，吸附器的用户保留了对其所有原材料的全面控制。KGA连续性逆流吸附器优秀的特性使它成为具有可持续性发展意义的给水净化处理系统。

本文作者供职于Blücher公司。