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活性炭的再生方法有哪些?

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活性炭的再生方法有哪些?

來源:皓泉水處理 發布日期:2020-05-25 作者:www.itherx.com 瀏覽:

    1加熱再生法

    方法:加熱再生法是目前應用得最多,工業最成熟的活性炭再生方法。該法主要是通過外部加熱的方式來改變活性炭上的吸附平衡關系進而達到解析和脫附的目的,從而使活性炭再生。

    特點:加熱再生法是傳統的再生方法,由于能夠分解多種多樣的吸附質而具有通用性,從而成為主要再生方法。熱再生是恢復自來水廠活性炭吸附性能的有效方法。炭損失大,多達5%~10%,運輸費用大,生物活性炭再生損耗上與純吸附活性炭有所不同,由于生物膜的影響,其再生損耗大大高于純吸附活性炭,根據此次再生情況保守估計應該在15%~20%。但再生效率較高。

    設備:現國內企業普遍采用的再生設備是轉爐、多層爐、流動層爐等。轉爐為一臥式轉筒,從進料端到出料端爐體略有傾斜,炭通過螺旋輸送設備,經調速電機定量給料,途經干燥段、高溫活化段、冷卻段,在爐內的停留時間靠傾斜度及爐體轉速來控制。由于氧化性氣體對活性炭自身的燒損較大,一般用水蒸氣作為活化氣體。爐膛溫度一般控制在850~950℃。

    改進:一般加熱再生法要經過高溫分解、氣體活化(CO2、CO等)等步驟,但sabio等將其簡化,將飽和的活性炭直接進行氣體活化進行再生,實驗結果證明是可行的。對吸附PNP飽和的活性炭進行氣體活化的實驗,使操作大為簡化,并降低了運行成本。同時因為空氣具有廉價、處理溫度底,再生周期短等優勢,提出將空氣作為活化氣體的一種選擇,但是與CO2相比,其并不能很好的恢復活性炭的吸附性能,但卻是值得人們繼續深入研究的一個方向。熱再生法在工業上得應用是非常廣泛的,若能有所改進或將其過程簡化,將會有可觀得經濟效益及更大的應用價值。

    用在給水處理的飽和活性炭的再生質量損失(通常在10%~20%),明顯高于廢水處理飽和炭的再生質量損失(通常為2%-10%)。給水處理用的活性炭再生質量損失比較高的主要原因在于金屬離子在活性炭表面和孔隙中的積累,在高溫再生活化條件下,金屬離子對活化反應起催化作用,加速活化進程,從而導致活性炭過度活化,增大了再生質量損失。另外,金屬離子生成的無機鹽類還會在再生爐中熔融,損壞再生爐的耐火材料和耐熱鋼。自來水廠可采用活性炭再生前實施酸洗可以去除累積的金屬離子,提高活性炭再生產率,減少灰分。實際應用表明,活性炭再生前通過酸洗,再生炭得率和孔隙分布有明顯改善。

    2生物再生法

    方法:生物再生是利用微生物將吸附在活性炭上的污染物質氧化降解。微生物的分解效果在于:在活性炭顆粒周圍生長了一層嫌氣性生物膜,分解被吸附的高分子物質或者生物分解度低的物質。通過這種作用使難于被吸附的分解產物解吸,再通過外側的好氣性微生物而被氧化。

    特點:生物法簡單易行,投資和運行費用較低,但所需時間較長,受水質和溫度的影響很大。微生物處理污染物的針對性很強,需特定物質專門馴化。且在降解過程中一般不能將所有的有機物徹底分解成CO2和H2O,其中間產物仍殘留在活性炭上,積累在微孔中,多次循環后再生效率會明顯降低。

    3濕式氧化再生法

    方法:活性炭濕式氧化再生是在高溫高壓條件下,用氧氣或空氣作為氧化劑,將處于液相狀態下活性炭上吸附的有機物氧化分解成小分子的一種處理方法。

    特點:濕式氧化再生法處理對象廣泛,反應時間短,再生效率穩定。利用失效炭本身氧化熱來維持反應系統溫度,再生過程中無需另外加熱。但濕式再生氧化也存在不足:1)隨吸附種類不同,氧化難易程度相差很大,需選用催化劑,,增加了成本;2)降低活性炭吸附性能,氧化液和廢氣需進一步處理;3)最佳氧化溫度不易控制;4)所需設備需耐腐蝕、耐高壓。

    4溶劑萃取再生法

    方法:溶劑萃取再生法是利用活性炭、溶劑與被吸附質三者之間的相平衡關系,通過改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,使吸附質從活性炭上脫附下來。根據所用溶劑的不同可分為無機溶劑再生法和有機溶劑再生法。1)無機藥劑再生,是指用無機酸(硫酸、鹽酸)或堿(氫氧化鈉)等藥劑使吸附質脫除,又稱酸堿再生法。例如用氫氧化鈉溶液洗滌吸附高濃度酚的炭,脫附的酚以酚鈉鹽形式被回收。吸附廢水中重金屬的炭也可用此法再生,再生藥劑可使用HCl等。2)有機溶劑再生,采用乙醇、苯、丙酮及甲醇等有機溶劑,萃取吸附活性炭中的吸附質。例如吸附高濃度酚的炭、焦化廠煤氣洗滌廢水用活性炭處理后的飽和炭等均可用有機溶劑再生。

    特點:溶劑再生法對于被吸附物質為大分子有機物質或分子結構中支鏈較多的有機物質來說,因“瓶頸效應”或“章魚效應”,溶劑再生效率較低。在被吸附物種類較多、成分較為復雜時,通常需要幾種以上的萃取劑。另外,由于有些化學溶劑會腐蝕活性炭表面,破壞活性炭的細孔結構,降低活性炭的吸附容量和機械強度。

    5電化學再生法

    方法:電化學再生發是采用化學方法進行再生得一種較為理想的方法,主要是將飽和的活性炭填充在兩個主電極之間,置于電解液中,在直流電的作用下,活性炭極化,在其陰陽極發生氧化還原反應而使吸附的污染物發生分解從而使活性炭再生。電化學法再生活性炭的影響因素主要有:活性炭所處的電極,所用輔助電介質的種類、濃度以及再生電流和再生時間等。從電化學再生飽和苯酚的活性炭實驗結果得出,吸附苯酚飽和的活性炭,其陰極的再生效率比陽極的效果好,當電解質溶液是NaCl時,再生效果較好,同時,再生效率隨電解質濃度的增加而增加,但達1%后無明顯變化,還隨再生電流及再生時間的增加而提高,但在5h后基本呈穩定狀態。

    特點:電化學再生效率較高,可達80%~95%,再生均勻,能耗少,炭損少,不會造成二次污染。電化學再生技術剛興起,處于研究階段,可以預見具有良好的發展勢頭。

    6微波輻射再生法

    近些年來,微波輻射因微波輻射能量后極性分子通過分子偶極的每秒數十億次的高速旋轉而快速的產生熱效應而引起了人們的關注。微波輻射技術已經被廣泛的應用于家庭,工業及醫藥業等。微波輻射也被用于環保領域。目前,微波輻射再生活性炭作為傳統再生方法的一種具有可行性的替代方法而被提出。

    方法:微波輻射再生法即通過微波輻射活性炭,經過高溫使有機物炭化活化,從而恢復其吸附性能的方法。微波輻射再生可以看作是內加熱的方式使活性炭再生。微波輻射再生的影響因素:微波功率、微波輻照時間及活性炭粒度及含水量等。從微波輻射再生吸附PCP飽和的活性炭試驗看出:微波功率是影響再生的最主要的因素,在一定范圍內,微波功率越大,輻照時間越久,含水率越低,再生效果越好。但是無限的增大微波功率將會使活性炭受損,應根據具體的實驗來確定相應的參數

    特點:微波輻射再生法可以降解一些較難降解的有機物質,該法簡單易行,能耗低,周期短,但若工藝條件控制不當,則活性炭的燒損比較嚴重。微波輻射技術已經顯示出其無與倫比的優越性,可以預見在未來的工業應用中具有廣闊的應用前景。

    7超聲波再生法

    方法:超聲波再生法的最大特點就是在活性炭的局部施加能量,而不需將大量的水溶液和活性炭加熱,,使吸附質脫附,從而達到再生的目的。此再生方法可以說是在加熱再生的方法的基礎上發展起來的,但是還不成熟,通過理論分析及實驗來證明超聲波再生的可行性。用超聲波再生吸附TCE飽和的活性炭,TCE得到解析,活性炭得以再生。Rege等也用超聲波降解了飽和活性炭上的苯酚。我國的研究人員業已通過實驗說明了超聲波再生的有效性。

    特點:再生實驗結果表明該法具有能耗低,工藝及設備簡單,炭損小,可回收有用物質等優點,但再生效率低,且只對物理吸附有效。

    超聲波再生法的研究仍處于起步階段,其與熱再生法相比具有一定的優勢,是非常有發展潛力的再生方法。

    8超臨界CO2萃取再生法

    超臨界流體萃取法再生活性炭是20世紀70年代末開始發展的一項新技術。SCF具有密度大、表面張力小、擴散系數大、溶解度大、傳質速率高、擴散性能好,與固體活性炭不相溶,且對活性炭表面存在活化作用等優點,是再生活性炭的理想溶劑。

    方法:依據SCF萃取原理,利用SCF作為溶劑,將吸附在活性炭上的有機物擴散并溶解于SCF之中。

    特點:研究表明,超臨界CO2對活性炭的再生效果比較理想,在較溫和的條件下就可達到較理想的再生效率,并且經多次循環使用再生后,活性炭仍能保持較高的吸附性能。其不足之處是:設備投資大,運行成本高。

    9臭氧氧化再生法

    方法:臭氧氧化再生法是用臭氧做氧化劑將吸附在活性炭上的有機物氧化分解,實現活性炭再生的方法。

    特點:臭氧氧化再生會使活性炭表面酸性官能團增多,吸附苯酚的能力下降,所以必須找出合適的臭氧用量,在不改變活性炭表面化學性質的條件下,除去苯酚和其他氧化副產物。

    10光催化再生法

    方法:TiO2光催化技術是近年發展起來的一種發展前景看好的環境友好氧化技術,其顯著特點是在借助光催化劑表面受光子激發產生的高活性強氧化劑?OH自由基,將水體中絕大多數的有機及部分無機污染物氧化,使其逐步氧化降解,最終生成CO2、H2O等無害或低毒物質,從而實現活性炭的光催化再生。近年來,研究人員開展了許多TiO2光催化再生活性炭的研究,如:用TiO2光催化再生處理印染廢水的活性炭,可以使有機污染物分解為H2O和CO2。

    特點:光催化再生與印染廢水的濃度、pH值以及其他鹽類和無機物有關。光催化再生型活性炭在其吸附達到飽和后,不需要其他步驟,直接在紫外光照射下即可實現原位再生,再生工藝簡單,設備操作容易,生產規?梢噪S意控制,且可以使用日光輻射,能耗低。因此,光催化再生的研究具有重要意義。其不足之處是:耗時長,處理效果尚不十分令人滿意。

    11其他再生方法

    活性炭再生的目的即除去吸附質,恢復活性炭吸附性能。由于吸附質種類繁多,性質各異,,從而決定了再生方法的多樣性。除上面介紹的幾種主要方法外,其他方法如:放電高溫電加熱法(翁元聲,2004)、新型“相轉移”再生法(周明華等,2005)、催化濕式氧化法

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