活性炭目前在環(huán)境保護，工業(yè)與民用方面己被大量使用,并且取得了相當的成效,然而活性炭在吸附飽合被更換后,使用單位均將其廢棄,掩埋或燒掉,造成資源的浪費和對環(huán)境的再污染。
活性炭具有很神奇的再利用法
活性炭目前在環(huán)境保護，工業(yè)與民用方面己被大量使用,并且取得了相當的成效,然而活性炭在吸附飽合被更換后,使用單位均將其廢棄,掩埋或燒掉,造成資源的浪費和對環(huán)境的再污染。
活性炭吸附是一個物理過程，因此還可以采用高溫蒸汽將使用過的活性炭內之雜質進行脫附，并使其恢復原有之活性，以達到重復使用的目的，具有明顯的經濟效益。
再利用后的活性炭其用途仍可連續(xù)重復使用及再利用。
活性炭再利用技術的發(fā)展
隨著活性炭的應用范圍日趨廣泛,活性炭的回收開始得到了人們的重視。如果用過的活性炭無法回收,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,活性炭的再利用具有格外重要的意義。
1傳統(tǒng)活性炭再利用方法
1.1熱再利用法
熱再利用法是目前應用較多,工業(yè)上較成熟的活性炭再利用方法。處理有機廢水后的活性炭在再利用過程中,根據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物沸騰、汽化脫附,一部分有機物發(fā)生分解反應,生成小分子烴脫附出來,殘余成分留在活性炭孔隙內成為“固定炭”。在這一階段,溫度將達到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行。接下來的活化階段中,往反應釜內通入CO2、CO、H2或水蒸氣等氣體,以清理活性炭微孔,使其恢復吸附性能,活化階段是整個再利用工藝的關鍵。熱再利用法雖然有再利用效率高、應用范圍廣的特點,但在再利用過程中,須外加能源加熱,投資及運行費用較高。
1.2生物再利用法
生物再利用法是利用經馴化過的有害物質,解析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。生物再利用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,微生物不能進入這樣的孔隙,通常認為在再利用過程中會發(fā)生細胞自溶現象,即細胞酶流至胞外,而活性炭對酶有吸附作用,因此在炭表面形成酶促主題,從而促進污染物分解,達到再利用的目的。生物法簡單易行,投資和運行費用較低,但所需時間較長,受水質和溫度的影響很大。
1.3濕式氧化再利用法
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物氧化分解成小分子的一種處理方法,稱為濕式氧化再利用法。實驗獲得的活性炭合適再利用條件為:再利用溫度230°C,再利用時間1h,充氧pO20.6MPa,加炭量15g,加水量300mL。再利用效率達到(45±5)%,經5次循環(huán)再利用,其再利用效率僅下降3%?；钚蕴勘砻嫖⒖椎牟糠盅趸窃倮眯氏陆档闹饕颉?br />
傳統(tǒng)的活性炭再利用技術除了各自的弊端外,通常還有三點共同的缺陷:(1)再利用過程中活性炭損失往往較大;(2)再利用后活性炭吸附能力會有明顯下降;(3)再利用時產生的尾氣會造成空氣的二次污染。因此,人們或對傳統(tǒng)的再利用技術進行改進,或探索全新的再利用技術。
2目前新興的活性炭再利用技術
2.1溶劑再利用法
溶劑再利用法是利用活性炭、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,將吸附質從活性炭上脫附下來。
溶劑再利用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用范圍較窄。
2.2電化學再利用法
電化學再利用法是一種正在研究的新型活性炭再利用技術。該方法將活性炭填充在兩個主電極之間,在電解液中,加以直流電場,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,在活性炭的陰極部位和陽極部位可分別發(fā)生還原反應和氧化反應,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。
實驗結果表明,電化學再利用活性炭具有較高的再利用效率,可達到90%。此外,對工藝參數的研究表明,再利用位置是活性炭再利用工藝中較重要的影響因素,電解質NaCl濃度是較重要的影響因素,再利用電流和再利用時間對活性炭的電化學再利用也有一定的影響。
2.3超臨界流體再利用法
據較近的研究資料表明,在CO2的臨界點附近,再利用效率的變化很大;對未被烘干的活性炭,則需要延長其再利用時間。對氨基苯磺酸而言,CO2超臨界流體法再利用的合適溫度為308K,當溫度超過308K時,再利用不受影響;當流速大于1.47×10-4m/s時,流速不影響再利用;用HCl溶液處理后,會使活性炭再利用效果明顯改善。對苯而言,再利用效率在低壓下隨溫度的下降而降低;在16.0MPa壓力時的合適再利用溫度為318K;在實驗流速下,再利用效率會隨流速加快而提高。
2.4超聲波再利用法
由于活性炭熱再利用需要將全部活性炭、被吸附物質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,且工藝設備復雜。其實,如在活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物質得到足以脫離吸附表面,重新回到溶液中去的能量,就可以達到再利用活性炭的目的。超聲波再利用就是針對這一點而提出的。超聲再利用的較大特點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。
研究表明經超聲波再利用后,再利用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,相當于每m3活性炭再利用時耗電100kWh,每再利用一次的活性炭損耗僅為干燥質量的0.6%～0.8%,耗水為活性炭體積的10倍。但其只對物理吸附有效,目前再利用效率僅為45%左右,且活性炭孔徑大小對再利用效率有很大影響。
2.5微波輻照再利用法
微波輻照再利用法是在熱再利用法基礎上發(fā)展起來的活性炭再利用技術。其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實現再利用。試驗中的合適再利用效率出現在功率為HI(W),輻照時間約為80s時。比較極差S可知,對再利用后活性炭碘值恢復影響較大的是微波功率,其次是輻照時間,較后是活性炭的吸附量。微波輻照法再利用活性炭的時間短。能耗低、設備構造簡單,具有較好的應用前景。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物產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)濕式氧化法再利用效率不高,能耗較大。再利用溫度是影響再利用效率的主要原因,但提高再利用溫度會增加活性炭的表面氧化,從而降低再利用效率。因此,人們考慮借助有效催化劑,采用催化濕式氧化法再利用活性炭。同濟大學水環(huán)境控制與資源化研究國家要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,活性炭再利用工藝與技術日益得到人們的重視。一些傳統(tǒng)的活性炭再利用技術與工藝在近幾年有了新的改進與突破。同時新再利用技術也在不斷涌現。雖然這些新興技術在工藝路線上還不成熟,目前尚無法投入工業(yè)使用。但它們的出現為活性炭的再利用帶來了新思路與新探討。
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