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活性炭再生技術(shù)的發(fā)展椰殼活性炭再生技術(shù)的發(fā)展
隨著椰殼活性炭的應(yīng)用范圍日趨廣泛,椰殼活性炭的回收開始得到了人們的重視。如果用過的椰殼活性炭無法回收,除了每噸廢水的處理費用將會增加0.83～0.90元外，還會對環(huán)境造成二次污染。因此,椰殼活性炭的再生具有格外重要的意義。
1傳統(tǒng)椰殼活性炭再生方法
1.1熱再生法
熱再生法是目前應(yīng)用最多,工業(yè)上最成熟的椰殼活性炭再生方法。處理有機廢水后的椰殼活性炭在再生過程中,根據(jù)加熱到不同溫度時有機物的變化,一般分為干燥、高溫炭化及活化三個階段。在干燥階段,主要去除椰殼活性炭上的可揮發(fā)成分。高溫炭化階段是使椰殼活性炭上吸附的一部分有機物沸騰、汽化脫附,一部分有機物發(fā)生分解反應(yīng),生成小分子烴脫附出來,殘余成分留在椰殼活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”。在這一階段,溫度將達到800～900°C,為避免椰殼活性炭的氧化,一般在抽真空或惰性氣氛下進行。接下來的活化階段中,往反應(yīng)釜內(nèi)通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體,以清理椰殼活性炭微孔,使其恢復(fù)吸附性能,活化階段是整個再生工藝的關(guān)鍵。熱再生法雖然有再生效率高、應(yīng)用范圍廣的特點,但在再生過程中,須外加能源加熱,投資及運行費用較高。
1.2生物再生法
生物再生法是利用經(jīng)馴化過的細菌,解析椰殼活性炭上吸附的有機物,并進一步消化分解成H2O和CO2的過程。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。由于椰殼活性炭本身的孔徑很小,有的只有幾納米,微生物不能進入這樣的孔隙,通常認為在再生過程中會發(fā)生細胞自溶現(xiàn)象,即細胞酶流至胞外,而椰殼活性炭對酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促中心,從而促進污染物分解,達到再生的目的。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(zhì)和溫度的影響很大。
1.3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)下椰殼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,稱為濕式氧化再生法。實驗獲得的椰殼活性炭最佳再生條件為:再生溫度230°C,再生時間1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再生效率達到(45±5)%,經(jīng)5次循環(huán)再生,其再生效率僅下降3%。椰殼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)的椰殼活性炭再生技術(shù)除了各自的弊端外,通常還有三點共同的缺陷:(1)再生過程中椰殼活性炭損失往往較大;(2)再生后椰殼活性炭吸附能力會有明顯下降;(3)再生時產(chǎn)生的尾氣會造成空氣的二次污染。因此,人們或?qū)鹘y(tǒng)的再生技術(shù)進行改進,或探索全新的再生技術(shù)。
2目前新興的椰殼活性炭再生技術(shù)
2.1溶劑再生法
溶劑再生法是利用椰殼活性炭、溶劑與被吸附質(zhì)三者之間的相平衡關(guān)系,通過改變溫度、溶劑的pH值等條件,打破吸附平衡,將吸附質(zhì)從椰殼活性炭上脫附下來。
溶劑再生法比較適用于那些可逆吸附,如對高濃度、低沸點有機廢水的吸附。它的針對性較強,往往一種溶劑只能脫附某些污染物,而水處理過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。
2.2電化學再生法
電化學再生法是一種正在研究的新型椰殼活性炭再生技術(shù)。該方法將椰殼活性炭填充在兩個主電極之間,在電解液中,加以直流電場,椰殼活性炭在電場作用下極化,一端成陽極,另一端呈陰極,形成微電解槽,在椰殼活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng),吸附在椰殼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,其處理對象所受局限性較小,若處理工藝完善,可以避免二次污染。
實驗結(jié)果表明,電化學再生椰殼活性炭具有較高的再生效率,可達到90%。此外,對工藝參數(shù)的研究表明,再生位置是椰殼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,再生電流和再生時間對椰殼活性炭的電化學再生也有一定的影響。
2.3超臨界流體再生法
據(jù)最近的研究資料表明,在CO2的臨界點附近,再生效率的變化很大;對未被烘干的椰殼活性炭,則需要延長其再生時間。對氨基苯磺酸而言,CO2超臨界流體法再生的最佳溫度為308K,當溫度超過308K時,再生不受影響;當流速大于1.47×10-4m/s時,流速不影響再生;用HCl溶液處理后,會使椰殼活性炭再生效果明顯改善。對苯而言,再生效率在低壓下隨溫度的下降而降低;在16.0MPa壓力時的最佳再生溫度為318K;在實驗流速下,再生效率會隨流速加快而提高。
2.4超聲波再生法
由于椰殼活性炭熱再生需要將全部椰殼活性炭、被吸附物質(zhì)及大量的水份都加熱到較高的溫度,有時甚至達到汽化溫度,因此能量消耗很大,且工藝設(shè)備復(fù)雜。其實,如在椰殼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,就可以達到再生椰殼活性炭的目的。超聲波再生就是針對這一點而提出的。超聲再生的最大特點是只在局部施加能量,而不需將大量的水溶液和椰殼活性炭加熱,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椰殼活性炭采用功率為50W的超聲發(fā)生器120min,相當于每m3椰殼活性炭再生時耗電100kWh,每再生一次的椰殼活性炭損耗僅為干燥質(zhì)量的0.6%～0.8%,耗水為椰殼活性炭體積的10倍。但其只對物理吸附有效,目前再生效率僅為45%左右,且椰殼活性炭孔徑大小對再生效率有很大影響。
2.5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)展起來的椰殼活性炭再生技術(shù)。其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實現(xiàn)再生。試驗中的最佳再生效率出現(xiàn)在功率為HI(W),輻照時間約為80s時。比較極差S可知,對再生后椰殼活性炭碘值恢復(fù)影響最大的是微波功率,其次是輻照時間,最后是椰殼活性炭的吸附量。微波輻照法再生椰殼活性炭的時間短。能耗低、設(shè)備構(gòu)造簡單,具有較好的應(yīng)用前景。然而,在微波加熱使有機物脫附過程中,是否有其它的中間產(chǎn)物產(chǎn)生等問題還有待于進一步研究。
2.6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,但提高再生溫度會增加椰殼活性炭的表面氧化,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椰殼活性炭。同濟大學水環(huán)境控制與資源化研究國家重點實驗室的科研人員正在開展此方面的研究。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心,椰殼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)的椰殼活性炭再生技術(shù)與工藝在近幾年有了新的改進與突破。同時新再生技術(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,目前尚無法投入工業(yè)使用。但它們的出現(xiàn)為椰殼活性炭的再生帶來了新思路與新探討。
