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活性炭紧急救援--快速和有效利用活性炭处理事故泄漏的方法

对于突发的事故泄漏现象，其造成的结果大多为我们熟知。清理工作实施的越晚，对于环境以及野生动植物的污染就越发的严重，企业声誉也会同样受到影响。早在上世纪六十年代末，卡尔冈炭素公司就开始投入美国的环保领域。在过去的四十年里，卡尔冈炭素公司积累了丰富的污染事故现场处理经验。

上个世纪末，一条输送二氯乙烯 (EDC)的管道发生破裂，化学物质泄露与直商业航道相通的排水渠中。破裂是由管道外部腐蚀所造成的，导致这段管线发生事故。泄漏点位于一家炼油厂地下的铁道与管路的交叉处。

这家石油公司启动事故紧急处理系统（ICS）协调清理程序。石油公司发言人称：“由于泄漏处发生在我们的责任范围，对我们立刻造成很大的威胁，我们没有时间浪费在追究谁的责任上”。

公司先用液压挖掘机将受污染的地面固体物质分离，并用活性炭吸附来进行清理航道。活性炭会吸附大多数的有机物以及一些无机物。在液相中，活性炭会从溶液中吸附任何有机污染物。溶液中的污染物溶解度越高，需要的活性炭就越多；这是因为污染物的亲水性而降低活性炭的吸附能力。对于气相，影响活性炭吸附能力最大的因素是污染物的蒸气压。蒸气压力越大，活性炭的吸附能力就越高。

在事故处理过程中，处理了超过10,000吨土和194,000立方米的地表水。所有水都成功经过卡尔冈炭素公司生产的活性炭进行净化处理，并且达到了由多家机构组成的事故处理小组所设定的排放标准。

活性炭的应用

利用活性炭从地表水中处除二氯乙烯 (EDC)是通过三组双模块式吸附罐组成的系统来完成的。两组吸附系统并联，每个吸附系统由两个吸附罐串联吸附，每个罐内装有9吨活性炭。第三组吸附罐系统备用，用于活性炭再生时使用以实现不间断工作。“起初，由于二氯乙烯 (EDC)的浓度太高，刚装完活性炭，投入运行不久系统就吸附饱和，并更换活性炭吸附系统。” 精炼厂的技术人员解释。“六个月后，换罐的速度就慢下来，趋于正常速度。” 更换活性炭时，饱和活性炭从炭罐中被取出，置于一个转运罐中。新鲜的活性炭从拖车中卸到空罐内。饱和活性炭装到同一拖车中，被送到肯塔基州的再生中心进行热再生，消除了固体废弃物的处理。“最初活性炭消耗非常快，以至于没有时间完成活性炭的接收程序。”公司的代表提到活性炭再生规则时说，“这也是我们选择这种转运罐系统的原因”。卡尔冈炭素公司的设备均满足“资源保护和回收法”的要求，活性炭上吸附的污染物通过高温分解后，活性炭再生可重新使用。在交货、更换、运输、储存、热再生以及重新运返现场的过程中，活性炭从未直接与人或空气接触。

接近完工

那一年的下半年，炼油厂使用了30卡车，总计272吨的活性炭用于清除污染物。在第二年第一季度，由于二氯乙烯的含量降明显下降，活性炭的使用量下降到2卡车，只有18吨。“在这项目中，二氯乙烯浓度变化幅度非常惊人”公司技术人员说。“数据分析表明，活性炭净化系统始终满足所要达到的处理目的，无论二氯乙烯的浓度怎样变化。对浮动的进口二氯乙烯的浓度，活性炭稳定的降低其含量，直致无法测到的水平。自然而然的，随着工程的进展，我们使用的活性炭也越来越少。”

采用活性炭吸附装置现场处理管道试压水

在这段时间内，美国宾西法尼亚州Buckeye管道公司采用活性炭吸附系统处理管道试压水，使其达到地表水的排放标准。

管道公司的两难选择

Buckeye公司是全美国最大的独立运输公司之一，主要运输汽油，燃料油，煤油，涡轮、柴油机燃料，以及小部分石脑油，液化石油气体（LPGs）和炼油原料。该公司超过5440公里长的管道为遍布10个州的80个地点提供服务，并且承担着美国主要的炼油厂与石油供应地区的连接工作。Buckeye通过管道系统从炼油厂，深水码头和连接管道接收这些石油产品，供应给机场，商业营销终端及其它连接管道。在五年中，Buckeye预计需要处理12.5万立方米的系统试压水。运输此数量水所需要的卡车以及花在处理、存储、处理设备上的费用太高，使废水的处置和运输非常不经济和困难。Buckeye所面临的挑战是如何在短期内寻求一个能在现场处理大水量的系统。另外，这个处理系统必须是可移动的和坚固的，可以移动到5440公里管道系统以内的任何地方。

明确需求

为找到可以处理试压水中含有的浓度介于10~150 ppm之间的苯，甲苯，乙苯，二甲苯（苯系物）的方法，Buckeye的环境事务部对几项技术进行了评估。该系统必须能够实现大于99%的苯系物化合物去除率，以达到地表水ppb级的排放标准，同时保持连续稳定的高处理量（34-40立方米/小时）。为确保系统的运行并获得所服务的10个州的批准，选定处理系统采用最佳论证可行技术（BDAT）方法。此外，系统必须易于维护，耐用，本质安全，在接到通知后能在短时间准备好，并且结构紧凑和可移动。以符合成本效益及可携带性为主要目标，Buckeye从多个供应商和咨询公司中挑选了四种可能的处理技术，管道公司通过比较处理成本，生物处理，空气清洗后加气相和液相的活性炭炭抛光，先进氧化，和活性炭吸附。生物技术提供了有效的多项修复，但对Buckeye不具吸引力。为满足Buckeye设定的流量需要，并且保证有足够的停留时间，生物处理系统要安装在两个独立的拖车上。另外，需要不间断的监测生物活性。最终Buckeye注意到此技术不能始终如一的有效处理烃化物浓度大范围的变化。轻芳香烃在废水中具有挥发性，因此利用空气喷射/清扫看似是处理的有效方法。但随着清洁空气法案修正案的颁布（1990年），多数州需要进行废气处理。用气相炭处理废气或热燃烧法处理废气的处理成本是直接液相的活性炭处理的两到三倍。主要利用氧化的优势，减小或消除危害，而不是转移到不同的媒介。这项技术的缺点是对废水的光照穿透性有一定要求。一般来说，这个过程需要废水中基本不含悬浮颗粒，油类或其他可以阻止紫外线穿透的物质。先进的氧化系统需要进料装置引入氧化剂（臭氧/过氧化氢），反应罐内装有紫外线灯，并配备后处理设备防止臭氧进入大气层。Buckeye也很关心在运往全国各地的管道系统中这种氧化系统的耐用性。活性炭吸附系统的液相净化在处理工艺物料，饮用水，市政和工业废水中证明是很经济的。活性炭是一种比较惰性，高度多孔的材料，通过物理吸引力吸附有机化合物。

处理方案

  空气吹扫带气相或液相活性炭抛光

  生物处理

  炭吸附

  化学氧化

  臭氧

  运送待处理废水

方法---供应商的选择

根据供应商和咨询公司所提供的资料，Buckeye环境事务部选择使用活性炭来处理试压水，并确定卡尔冈炭素公司为其供应商。活性炭处理是气体或液体分子在吸附剂表面进行吸附。活性炭是独一无二的，这是由于它具有极大的内表面积（孔隙度），其中大部分的面积存在于埃的级别（孔径10-9 米），吸附能力极强。吸附之所以进行是因为炭结构对分子的吸引力要强于分子在溶液中的相互吸引力。与无机化合物相比，有机分子如苯，二甲苯，甲苯更容易被吸附。因为它们一般是无极性的，并且水溶性差，很容易被吸引到非极性的活性炭表面。活性炭同样很经济，因为同样的高温工艺既可以用来生产活性炭，也可以进行活性炭的再生。再生过程中，吸附的有机化合物在高温下被热分解，从而炭可以回收再利用。卡尔冈炭素的7.5型吸附系统被选中是因为它在串连运行的条件下能处理34-40立方米/小时的流量，并实现大于99%的苯系物去除率，从而满足根据联邦和各州污染物排放制度制订的严格的地表水排放限制规定。 系统易于操作、维修和移动。7.5型吸附系统是完整的，移动式，预组装，两级，按ASME标准制作吸附系统。每一个炭罐装有4.5吨粒状活性炭，在上进水模式下，系统所能处理的最大流量为79.5立方米/小时。预组装管道允许系统操作设计为两个吸附器串联或并联。每个炭罐均可脱离系统独立进行反洗或换炭。吸附系统的设计满足快速高效地从吸附罐中清除饱和炭，采用炭浆方式填装新炭，确保最短的停车时间和操作人员接触饱和炭的时间。饱和炭按RCRA,D-018含苯危险废弃的规定运往卡尔冈炭素公司的再生工厂。在那里，废炭可以被热再生，回收再利用。再生过程保证了被吸附有机物的完全破坏，减小了Buckeye的环境责任。

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