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1、活性炭再生技术的开展摘要：活性炭是废水处理中常用的一种有效吸附剂,其再生具有重要意义。对热再生法、生物再生法等活性炭再生的传统方法进展了回忆,同时也对目前新兴的活性炭再生技术,如电化学法、超临界流体法、催化湿式氧化法和超声波法等进展了介绍与讨论。关键词：活性炭再生水处理活性炭是一种无毒无味,具有兴隆细孔构造和宏大比外表积的优良吸附剂。20世纪60年代初,欧美各国开场大量使用活性炭吸附法处理城市饮用水和工业废水。目前,活性炭吸附法已成为城市污水、工业废水深度处理和污染水源净化的一种有效手段。我国于20世纪60年代已将活性炭用于二硫化碳废水处理,自20世纪70年代初以来,采用粒状活性炭处理工业废水
2、,不管是在技术上,还是在应用范围和处理规模上都开展很快,如在炼油废水、炸药废水、印染废水、化工废水和电镀废水处理等方面都已有了较大规模的应用,并获得了满意的效果。随着活性炭的应用范围日趋广泛,活性炭的回收开场得到了人们的重视。假如用过的活性炭无法回收,除了每吨废水的处理费用将会增加0.830.90元外1,还会对环境造成二次污染。因此,活性炭的再生具有格外重要的意义。1传统活性炭再生方法1.1热再生法热再生法是目前应用最多,工业上最成熟的活性炭再生方法2,3。处理有机废水后的活性炭在再生过程中,根据加热到不同温度时有机物的变化,一般分为枯燥、高温炭化及活化三个阶段。在枯燥阶段,主要去除活性炭上的
3、可挥发成分。高温炭化阶段是使活性炭上吸附的一部分有机物沸腾、汽化脱附,一部分有机物发生分解反响,生成小分子烃脱附出来,剩余成分留在活性炭孔隙内成为“固定炭。在这一阶段,温度将到达800900,为防止活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性气氛下进展。接下来的活化阶段中,往反响釜内通入2、H2或水蒸气等气体,以清理活性炭微孔,使其恢复吸附性能,活化阶段是整个再生工艺的关键。热再生法虽然有再生效率高、应用范围广的特点,但在再生过程中,须外加能源加热,投资及运行费用较高。1.2生物再生法生物再生法是利用经驯化过的细菌,解析活性炭上吸附的有机物,并进一步消化分解成H2和2的过程1,2。生物再生法与污水处理中的
4、生物法相类似,也有好氧法与厌氧法之分。由于活性炭本身的孔径很小,有的只有几纳米,微生物不能进入这样的孔隙,通常认为在再生过程中会发生细胞自溶现象,即细胞酶流至胞外,而活性炭对酶有吸附作用,因此在炭外表形成酶促中心,从而促进污染物分解,到达再生的目的。生物法简单易行,投资和运行费用较低,但所需时间较长,受水质和温度的影响很大。微生物处理污染物的针对性很强,需就特定物质专门驯化。且在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解成2和H2,其中间产物仍残留在活性炭上,积累在微孔中,屡次循环后再生效率会明显降低。因此限制了生物再生法的工业化应用。1.3湿式氧化再生法在高温高压的条件下,用氧气或空气作为氧化
5、剂,将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法,称为湿式氧化再生法4。再生条件一般为200250,37Pa,再生时间大多在60in以内。湿式氧化再生法处理对象广泛,反响时间短,再生效率稳定,再生开场后无需另外加热。但对于某些难降解有机物,可能会产生毒性更大的中间产物。同济大学环境学院以苯酚吸附等温线的变化为评价标准,系统地研究了活性炭湿式氧化再生过程中的主要影响因素,并从理论上讨论了其规律性;讨论了各主要因素之间的协同作用;考察了饱和炭屡次循环再生的可能性;并对活性炭自身构造在湿式氧化过程中的变化情况进展了研究。实验获得的活性炭最正确再生条件为:再生温度230,再生时间
6、1h,充氧p20.6Pa,加炭量15g,加水量300L。再生效率到达(455)%,经5次循环再生,其再生效率仅下降3%。活性炭外表微孔的部分氧化是再生效率下降的主要原因。传统的活性炭再生技术除了各自的弊端外,通常还有三点共同的缺陷:(1)再生过程中活性炭损失往往较大;(2)再生后活性炭吸附才能会有明显下降;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染。因此,人们或对传统的再生技术进展改良,或探究全新的再生技术。2目前新兴的活性炭再生技术2.1溶剂再生法溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系,通过改变温度、溶剂的pH值等条件,打破吸附平衡,将吸附质从活性炭上脱附下来。这种再生工
7、艺一般通过以下三种途径来实现:改变污染物的化学性质;使用对污染物亲和力比活性炭更强的溶剂来萃取;使用对活性炭亲和力比污染物更强的物质进展置换(一般仅用于以吸附质回收为目的的使用)。根据所用溶剂的不同可分为无机溶剂再生法和有机溶剂再生法。无机溶剂再生法主要用无机酸(H2S4、Hl等)或碱(NaH等)作为再生溶剂。厦门大学叶李艺等研究了苯酚和对氯苯酚水溶液在活性碳上的吸附平衡关系5,溶液pH值对活性炭吸附性能的影响,苯酚在固定床上的吸附和脱附动力学。同时采用间歇法和固定床连续法研究了吸附苯酚后的活性炭碱再生工艺过程,以及屡次再生对活性炭再生效率的影响,讨论了碱性溶剂再生活性炭的初步规律。南京化工大
8、学材料科学和工程学院张果金和周永璋等利用一种新型有机再生溶剂(ZL)6,对印染废水处理中的活性炭进展再生。该再生剂是一种无色透明复配有机溶剂,经蒸馏后能反复使用,对于一些有可回收的废热厂家具有较高的推广价值。溶剂再生法比拟适用于那些可逆吸附,如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强,往往一种溶剂只能脱附某些污染物,而水处理过程中的污染物种类繁多,变化不定,因此一种特定溶剂的应用范围较窄。2.2电化学再生法电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术7。该方法将活性炭填充在两个主电极之间,在电解液中,加以直流电场,活性炭在电场作用下极化,一端成阳极,另一端呈阴极,形成微电解槽,在活性炭
9、的阴极部位和阳极部位可分别发生复原反响和氧化反响,吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效率高、能耗低,其处理对象所受局限性较小,假设处理工艺完善,可以防止二次污染。厦门大学化学工程系张会平,傅志鸿等通过研究pH值对苯酚在活性炭上的吸附平衡的影响,活性炭在不同电极上的电化学再生效率和循环再生对活性炭再生效率的影响。他们结合有关研究结果分析认为,活性炭的电化学再生过程机理中包括电脱附,NaH碱再生,Nal化学氧化等过程。实验结果说明,电化学再生活性炭具有较高的再生效率,可到达90%。此外,对工艺参数的研究说明,再生位置是活性炭再生工艺中最重要的影响因
10、素,电解质Nal浓度是较重要的影响因素,再生电流和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。2.3超临界流体再生法物质的温度和压力高于其临界温度和临界压力时,称为超临界流体。许多物质在常压常温下对某些溶质的溶解才能极小,而在亚临界状态(近于临界状态)或超临界状态下却具有异常大的溶解才能。在超临界状态下,稍改变压力,溶解度会产生有数量级的变化8。利用这种性质,可以把超临界流体作为萃取剂,通过调节操作压力来实现溶质的别离,即超临界流体萃取技术。二氧化碳的临界温度为31,近于常温,临界压力(7.2Pa)不甚高,具有无毒、不可燃、不污染环境以及易获得超临界状态等优点,是超临界流体萃取技术应用中首选的
11、萃取剂。据最近的研究资料说明,在2的临界点附近,再生效率的变化很大;对未被烘干的活性炭,那么需要延长其再生时间。对氨基苯磺酸而言,2超临界流体法再生的最正确温度为308K,当温度超过308K时,再生不受影响;当流速大于1.4710-4/s时,流速不影响再生;用Hl溶液处理后,会使活性炭再生效果明显改善。对苯而言,再生效率在低压下随温度的下降而降低;在16.0Pa压力时的最正确再生温度为318K;在实验流速下,再生效率会随流速加快而进步9。2.4超声波再生法由于活性炭热再生需要将全部活性炭、被吸附物质及大量的水份都加热到较高的温度,有时甚至到达汽化温度,因此能量消耗很大,且工艺设备复杂。其实,如
12、在活性炭的吸附外表上施加能量,使被吸附物质得到足以脱离吸附外表,重新回到溶液中去的能量,就可以到达再生活性炭的目的。超声波再生就是针对这一点而提出的。超声再生的最大特点是只在部分施加能量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,因此施加的能量很小10。研究说明经超声波再生后,再生排出液的温度仅增加23。每处理1L活性炭采用功率为50的超声发生器120in,相当于每3活性炭再生时耗电100kh,每再生一次的活性炭损耗仅为枯燥质量的0.6%0.8%,耗水为活性炭体积的10倍。兰州铁道学院王三反进展了超声波再生法的试验。结果说明,超声再生具有能耗孝工艺及设备简单、活性炭损失孝可回收有用物质等优点。但其只对
13、物理吸附有效,目前再生效率仅为45%左右,且活性炭孔径大小对再生效率有很大影响。2.5微波辐照再生法微波辐照再生法是在热再生法根底上开展起来的活性炭再生技术。其原理是以电为能源,利用微波辐照加热实现再生11。东南大学傅大放等以新炭碘值变化为评价标准,研究吸附了十二烷基苯磺酸钠的活性炭微波再生条件。通过正交试验,讨论了活性炭再生效率与微波功率、微波辐照时间、活性炭的吸附量等因素的关系。试验中的最正确再生效率出如今功率为HI(),辐照时间约为80s时。比拟极差S可知,对再生后活性炭碘值恢复影响最大的是微波功率,其次是辐照时间,最后是活性炭的吸附量。微波辐照法再生活性炭的时间短。能耗低、设备构造简单
14、,具有较好的应用前景。然而,在微波加热使有机物脱附过程中,是否有其它的中间产物产生等问题还有待于进一步研究。2.6催化湿式氧化法传统湿式氧化法再生效率不高,能耗较大。再生温度是影响再生效率的主要原因,但进步再生温度会增加活性炭的外表氧化,从而降低再生效率。因此,人们考虑借助高效催化剂,采用催化湿式氧化法再生活性炭。同济大学水环境控制与资源化研究国家重点实验室的科研人员正在开展此方面的研究。随着可持续开展观念的深化人心,活性炭再生工艺与技术日益得到人们的重视。一些传统的活性炭再生技术与工艺在近几年有了新的改良与打破。同时新再生技术也在不断涌现。虽然这些新兴技术在工艺道路上还不成熟,目前尚无法投入
15、工业使用。但它们的出现为活性炭的再生带来了新思路与新讨论。参考文献:3日炭素材料学会编.高尚愚,陈维译.活性炭根底与应用.北京:中国林业出版社,1984.5张会平,钟辉,叶李艺.化工科技,1999,7(4):35238.6张果金,周永璋,等.南京化工大学学报,1999,21(6):23.7张会平,傅志鸿,等.化工科技,2000,8(1):124.9臧志清,周瑞美.环境科学研究,1998,11(5):61264.10王三反.中国给水排水,1998,14(2):24226.11傅大放,邹宗柏,等.中国给水排水,1997,13(5):729.12dell,DefilippiR,KruknisSurfaeheistryandPhysialPrperties,1999,(1):1612165.14DingJ,SneyindVL,LarsnRA,etal.JPF,1987,59(3):1392144.15Baldin,PhilipNJr.(ADTEHSrpratin,Herndn,VA2207123430.USA).Nul.Tehnl,1996,116(3):3662372.
