傳統(tǒng)活性炭再生方法
1.熱再生法
熱再生法是應(yīng)用最多,工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法。處理有機(jī)廢水后的活性炭在再生過(guò)程中,根據(jù)加熱到不同溫度時(shí)有機(jī)物的變化,一般分為干燥、高溫炭化及活化三個(gè)階段。在干燥階段,主要去除活性炭上的可揮發(fā)成分。高溫炭化階段是使活性炭上吸附的一部分有機(jī)物沸騰、汽化脫附,一部分有機(jī)物發(fā)生分解反應(yīng),生成小分子烴脫附出來(lái),殘余成分留在活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”。在這一階段,溫度將達(dá)到800~900°C,為避免活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性氣氛下進(jìn)行。接下來(lái)的活化階段中,往反應(yīng)釜內(nèi)通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體,以清理活性炭微孔,使其恢復(fù)吸附性能,活化階段是整個(gè)再生工藝的關(guān)鍵。熱再生法雖然有再生效率高、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn),但在再生過(guò)程中,須外加能源加熱,投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。
2.生物再生法
生物再生法是利用經(jīng)馴化過(guò)的細(xì)菌,解析活性炭上吸附的有機(jī)物,并進(jìn)一步消化分解成H2O和CO2的過(guò)程。生物再生法與污水處理中的生物法相類似,也有好氧法與厭氧法之分。由于活性炭本身的孔徑很小,有的只有幾納米,微生物不能進(jìn)入這樣的孔隙,通常認(rèn)為在再生過(guò)程中會(huì)發(fā)生細(xì)胞自溶現(xiàn)象,即細(xì)胞酶流至胞外,而活性炭對(duì)酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促中心,從而促進(jìn)污染物分解,達(dá)到再生的目的。生物法簡(jiǎn)單易行,投資和運(yùn)行費(fèi)用較低,但所需時(shí)間較長(zhǎng),受水質(zhì)和溫度的影響很大。
3.濕式氧化再生法
在高溫高壓的條件下,用氧氣或空氣作為氧化劑,將處于液相狀態(tài)下活性炭上吸附的有機(jī)物氧化分解成小分子的一種處理方法,稱為濕式氧化再生法。實(shí)驗(yàn)獲得的活性炭最佳再生條件為:再生溫度230°C,再生時(shí)間1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再生效率達(dá)到(45±5)%,經(jīng)5次循環(huán)再生,其再生效率僅下降3%。活性炭表面微孔的部分氧化是再生效率下降的主要原因。
傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)除了各自的弊端外,通常還有三點(diǎn)共同的缺陷:
⑴再生過(guò)程中活性炭損失往往較大;
⑵再生后活性炭吸附能力會(huì)有明顯下降;
⑶再生時(shí)產(chǎn)生的尾氣會(huì)造成空氣的二次污染。
因此,人們或?qū)鹘y(tǒng)的再生技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),或探索全新的再生技術(shù)。
其他新技術(shù)
1.溶劑再生法
溶劑再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平衡關(guān)系,通過(guò)改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,將吸附質(zhì)從活性炭上脫附下來(lái)。
溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附,如對(duì)高濃度、低沸點(diǎn)有機(jī)廢水的吸附。它的針對(duì)性較強(qiáng),往往一種溶劑只能脫附某些污染物,而水處理過(guò)程中的污染物種類繁多,變化不定,因此一種特定溶劑的應(yīng)用范圍較窄。
2.電化學(xué)再生法
電化學(xué)再生法是一種正在研究的新型活性炭再生技術(shù)。該方法將活性炭填充在兩個(gè)主電極之間,在電解液中,加以直流電場(chǎng),活性炭在電場(chǎng)作用下極化,一端成陽(yáng)極,另一端呈陰極,形成微電解槽,在活性炭的陰極部位和陽(yáng)極部位可分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng),吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因電泳力作用發(fā)生脫附。該方法操作方便且效率高、能耗低,其處理對(duì)象所受局限性較小,若處理工藝完善,可以避免二次污染。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電化學(xué)再生活性炭具有較高的再生效率,可達(dá)到90%。此外,對(duì)工藝參數(shù)的研究表明,再生位置是活性炭再生工藝中最重要的影響因素,電解質(zhì)NaCl濃度是較重要的影響因素,再生電流和再生時(shí)間對(duì)活性炭的電化學(xué)再生也有一定的影響。
3.超臨界流體再生法
據(jù)最近的研究資料表明,在CO2的臨界點(diǎn)附近,再生效率的變化很大;對(duì)未被烘干的活性炭,則需要延長(zhǎng)其再生時(shí)間。對(duì)氨基苯磺酸而言,CO2超臨界流體法再生的最佳溫度為308K,當(dāng)溫度超過(guò)308K時(shí),再生不受影響;當(dāng)流速大于1.47×10-4m/s時(shí),流速不影響再生;用HCl溶液處理后,會(huì)使活性炭再生效果明顯改善。對(duì)苯而言,再生效率在低壓下隨溫度的下降而降低;在16.0MPa壓力時(shí)的最佳再生溫度為318K;在實(shí)驗(yàn)流速下,再生效率會(huì)隨流速加快而提高。
4.超聲波再生法
由于活性炭熱再生需要將全部活性炭、被吸附物質(zhì)及大量的水分都加熱到較高的溫度,有時(shí)甚至達(dá)到汽化溫度,因此能量消耗很大,且工藝設(shè)備復(fù)雜。其實(shí),如在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物質(zhì)得到足以脫離吸附表面,重新回到溶液中去的能量,就可以達(dá)到再生活性炭的目的。超聲波再生就是針對(duì)這一點(diǎn)而提出的。超聲再生的最大特點(diǎn)是只在局部施加能量,而不需將大量的水溶液和活性炭加熱,因而施加的能量很小。
研究表明經(jīng)超聲波再生后,再生排出液的溫度僅增加2~3℃。每處理1L活性炭采用功率為50W的超聲發(fā)生器120min,相當(dāng)于每m3活性炭再生時(shí)耗電100kWh,每再生一次的活性炭損耗僅為干燥質(zhì)量的0.6%~0.8%,耗水為活性炭體積的10倍。但其只對(duì)物理吸附有效,再生效率僅為45%左右,且活性炭孔徑大小對(duì)再生效率有很大影響。
5.微波輻照再生法
微波輻照再生法是在熱再生法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的活性炭再生技術(shù)。其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實(shí)現(xiàn)再生。試驗(yàn)中的最佳再生效率出現(xiàn)在功率為HI(W),輻照時(shí)間約為80s時(shí)。比較極差S可知,對(duì)再生后活性炭碘值恢復(fù)影響最大的是微波功率,其次是輻照時(shí)間,最后是活性炭的吸附量。微波輻照法再生活性炭的時(shí)間短。能耗低、設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單,具有較好的應(yīng)用前景。然而,在微波加熱使有機(jī)物脫附過(guò)程中,是否有其它的中間產(chǎn)物產(chǎn)生等問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究。
6.催化濕式氧化法
傳統(tǒng)濕式氧化法再生效率不高,能耗較大。再生溫度是影響再生效率的主要原因,但提高再生溫度會(huì)增加活性炭的表面氧化,從而降低再生效率。因此,人們考慮借助高效催化劑,采用催化濕式氧化法再生活性炭。同濟(jì)大學(xué)水環(huán)境控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員正在開(kāi)展此方面的研究。
隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心,活性炭再生工藝與技術(shù)日益得到人們的重視。一些傳統(tǒng)的活性炭再生技術(shù)與工藝在近幾年有了新的改進(jìn)與突破。同時(shí)新再生技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。雖然這些新興技術(shù)在工藝路線上還不成熟,尚無(wú)法投入工業(yè)使用。但它們的出現(xiàn)為活性炭的再生帶來(lái)了新思路與新探討。
物理活化法
也叫做氣體活化,此過(guò)程是將炭化產(chǎn)物于高溫(800-950℃),通以水蒸氣、二氧化碳或空氣與炭質(zhì)做選擇性炭的氧化,以清除堆積在孔洞的反應(yīng)生成物。
化學(xué)活化法
化學(xué)活化系將原料炭與活化劑直接調(diào)和、炭化與活化同時(shí)進(jìn)行反應(yīng),此種方法能產(chǎn)生較少炭氫化合物或氧化物,但化學(xué)活化劑之污染與回收則是另一項(xiàng)需要考慮的問(wèn)題。常用的活化劑有氯化鋅及磷酸。
通常都認(rèn)為應(yīng)用活性炭沒(méi)有安全問(wèn)題,但實(shí)際沒(méi)有絕對(duì)的安全,對(duì)活性炭應(yīng)用中的安全不能掉以輕心,對(duì)活性炭的性質(zhì)和不安全的可能性要有所認(rèn)識(shí)。
關(guān)于著火
1)活性炭列入危險(xiǎn)化學(xué)品名錄,屬自燃物品,編號(hào)42521,可燃的。著火后不會(huì)發(fā)生有焰燃燒,只是陰燃。
2)活性炭燃燒時(shí)如果通風(fēng)不足,會(huì)生成有毒的一氧化碳。
關(guān)于貯存
1)活性炭必須存放在盡可能防火的建筑內(nèi);
2)活性炭不可與氧化劑混放;
3)貯放處禁止明火,火花和吸煙。
泄漏處理
泄漏:隔離泄漏污染區(qū),限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給式呼吸器,穿防毒服。
滅火處理
燃燒性:易燃。滅火劑:水、泡沫、二氧化碳、砂土?;饒?chǎng)周圍可用的滅火介質(zhì)。
緊急處理
吸入:迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至新鮮空氣處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。
誤食:誤服者用水漱口。就醫(yī)。
皮膚接觸:立即脫去被污染衣著,用大量流動(dòng)清水沖洗,至少15分鐘。就醫(yī)。
眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘,就醫(yī),環(huán)球凈水。
1.使用前要清洗去除粉塵,否則這些黑色的粉塵可能暫時(shí)會(huì)影響水質(zhì)的清潔度。但建議不要直接用新鮮的自來(lái)水沖洗,因?yàn)榛钚蕴康亩嗫紫兑坏┪酱罅孔詠?lái)水中的氯以及漂白粉,在隨后放置到過(guò)濾器中使用時(shí)對(duì)水質(zhì)造成的破壞,相信無(wú)需我多言。
2.靠平時(shí)簡(jiǎn)單的清洗,是無(wú)法將活性炭的多孔隙中堵塞的雜物清潔干凈的。所以,務(wù)必定期更換活性炭,以免活性炭因“吸附飽和”而失去功效。且更換的時(shí)機(jī)最好不要等它失效以后再更換,如此方可確?;钚蕴磕懿粩嗟匕阉逑渌|(zhì)中的有害物質(zhì)去除。建議每月更換1-2次活性炭。
3.活性炭的處理水質(zhì)的效率與其處理用量相關(guān),通常為“用量多處理水質(zhì)的效果也相對(duì)好”。
4.定量的活性炭被使用后,在使用初期應(yīng)該經(jīng)常觀測(cè)水質(zhì)的變化,并留意觀測(cè)結(jié)果,以作為多長(zhǎng)時(shí)間活性炭失效而更換的時(shí)間判斷依據(jù)。
5.在使用治療魚(yú)病的藥劑時(shí),應(yīng)該暫時(shí)將活性炭取出,暫停使用。以免藥物被活性炭吸附而降低治療效果。
6.活性炭在長(zhǎng)期吸附有毒氣體時(shí)要,經(jīng)常拿出室外釋放。如果長(zhǎng)時(shí)間吸附會(huì)自己把吸附的有毒氣體釋放出來(lái)?;钚蕴勘旧聿环纸庥卸練怏w,作用就像開(kāi)窗,有毒室內(nèi)最重要的還是要多多開(kāi)窗。
注意事項(xiàng)
1、運(yùn)輸與裝卸:活性炭在運(yùn)輸過(guò)程中,不得用鐵鉤拖拽,應(yīng)防止與堅(jiān)硬物質(zhì)混裝,不可強(qiáng)烈振動(dòng)、摩擦、踩、砸,嚴(yán)禁拋擲,應(yīng)輕裝輕卸,以減少炭粒破碎,影響使用。
2、儲(chǔ)存:應(yīng)儲(chǔ)存于陰涼干燥處,防止內(nèi)外包裝袋破裂,防止受潮和吸附空氣中其它物質(zhì),影響使用效果。嚴(yán)禁與有毒有害氣體或易揮發(fā)物質(zhì)混放,存放要遠(yuǎn)離污染源。
3、嚴(yán)禁水浸:活性炭屬于多孔性吸附類物質(zhì),所以在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中,都要絕對(duì)防止水浸,因水浸后,水填充了活性孔隙,減少了活性炭比表面與氣體的直接接觸,嚴(yán)重影響使用效果。
4、防止焦油類物質(zhì):在使用過(guò)程中,應(yīng)禁止焦油類粘稠物質(zhì)進(jìn)入活性炭床,以免堵塞活性炭孔隙或遮蓋了活性炭展開(kāi)表面,使氣體不能與活性炭展開(kāi)表面接觸,失去應(yīng)用效果,如氣體中含有此類物質(zhì),應(yīng)在氣體進(jìn)入活性炭床前進(jìn)行清除(最好有除焦設(shè)備)以達(dá)到好的應(yīng)用效果。
5、防火:活性炭在儲(chǔ)存或運(yùn)輸時(shí),防止與火源直接接觸,以防著火?;钚蕴吭偕鷷r(shí)避免進(jìn)氧并再生徹底,再生后必須用蒸氣冷卻降至800℃以下,否則溫度高,遇氧,活性炭自燃。
6、使用:裝填時(shí)應(yīng)先篩去因搬運(yùn)產(chǎn)生的碎粒與粉塵。然后層層均勻鋪開(kāi),不得從進(jìn)料孔處直接倒入,以免使大小顆粒裝填不均,最終造成氣體偏流,影響使用效果。裝填結(jié)束,開(kāi)車前應(yīng)先吹空,吹出活性炭表面粘附粉塵,避免開(kāi)車后粉塵帶入后工段而影響正常生產(chǎn)。
7、安全需知:濕的活性炭需要從空氣中除去氧,在安全密閉的容器內(nèi)氧的消耗會(huì)造成有毒的環(huán)境,假如工人進(jìn)到含有活性炭的容器內(nèi)適當(dāng)取樣或低含氧空間作業(yè),應(yīng)遵守國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)規(guī)范。
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