如何让废活性炭起死回生?

一般来说,对于吸附饱和以后的废活性炭,采用的处理方式有两种:废活性炭再生、作为危废处理。而废活性炭再生具有很好的环境效益和经济效益,发展活性炭再生技术势在必行。废活性炭的再生方法目前有以下几种:
一、热再生法
(1)干燥阶段。通过加热,使饱和炭所吸附的水分蒸发,饱和炭含水分率一般在40%~50%,蒸发水分需要消耗再生过程中总热量的50%。为降低成本,设定适当的干燥条件非常重要。在干燥阶段,部分低沸点有机物从活性炭孔脱附。
热再生法的优点是再生效率高、再生时间短、对吸附质基本无选择性。但是热再生也有缺点,在热再生过程中炭损失较大,一般在5%~10%,再生炭机械强度下降,炭表面化学结构发生改变,比表面积减小,并且由于颗粒间的摩擦和可能被流动的氧化性气体带走,损失还会进一步增大,由于比表面积及性能发生变化,热再生炭的吸附效率也会有所降低,反复再生丧失吸附性能。另外,热再生所需设备较为复杂,运转费用较高,不易小型工业化。
二、化学溶剂再生法
(1)无机溶剂再生。是指用无机酸(H2 SO4、HCl)或碱(NaOH)等药剂使吸附质脱除,又称酸碱再生法。一方面,酸碱改变了溶液酸碱度,目的是增大活性炭中被脱除物的溶解度,从而使吸附的物质从炭中脱出;另一方面,酸碱可直接与吸附的物质起化学反应,生成易溶于水的盐类[3]。例如吸附高浓度酚的炭,用氢氧化钠溶液洗涤,脱附的酚以酚钠盐形式被回收。吸附废水中重金属的炭也可用此法再生,这时再生药剂使用HCl等。
(2)有机溶剂再生。用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂,萃取吸附在活性炭上的吸附质。例如吸附高浓度酚的炭也可用有机溶剂再生。焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和炭也可用有机溶剂再生。采用药剂洗脱的化学再生法,有时可从再生液中回收有用的物质,再生操作可在吸附塔内进行,活性炭损耗较小,但再生不太彻底,微孔易堵塞,影响吸附性能的恢复率,多次再生后吸附性能明显降低。
三、生物再生法
生物再生法与污水处理中的生物法相类似,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,因此在炭表面形成酶促中心,从而促进污染物分解,达到再生的目的。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CO2和H2O,其中间产物仍残留在活性炭上,积累在微孔中,多次循环后再生效率会明显降低。因而限制了生物再生法的工业化应用。
四、湿式氧化再生法
能够有效的处理一些毒性高,难降解的物质,缺点在于使用湿式氧化法操作比较麻烦,需要配制的附属设施较多,对有毒物质一旦处理不当可能会产生污染危害更大的中间产物。
五、电化学再生法
六、Fenton再生法
Fenton再生法的原理与Fenton氧化处理法的原理相同,是一种氧化再生法。1894年Fenton在实验中发现在H2O2和 Fe 2+混合后对废水拥有良好的处理效果。在此后的一百多年内,Fenton水处理法一直作为一种常规印染废水的处理方法,发展到后来在此基础上又出现Fenton法再生活性炭的工艺。Fenton反应中的双氧水具有强氧化性能,能够氧化多种难降解大分子有机物,同时Fe 2+本身可以作为催化剂,能催化双氧水产生氧化能力更强的·OH,能够很好的氧化活性炭吸附的污染物,从而实现活性炭的再生[4] 。Fenton法再生效果好,操作便利,无二次污染,但是Fenton法中所需的化料费较贵,导致成本较高,针对这些缺陷,又发展出了各种类 Fenton再生方法,其原理都是利用反应产生的氧化性自由基完成对污染物的降解,达到再生活性炭的目的。
七、光催化再生法
光催化再生法始于上世纪70年代,在一定波长的光源照射下,光催化剂的表面受到光子的激活产生强氧化性的自由基,通过自由基的氧化作用降解污染物,完成活性炭的再生过程。目前,主要使用的催化剂有TiO2,SRTIO等,这些催化剂都是具有较高稳定性的高价固态氧化物半导体,光催化再生只需在紫外线光源的照射下进行,不需要其他工艺步骤,操作简单,无二次污染,也可以使用日光作为光源进行照射,但是其效果较差,且所需的时间更长。
八、微波辐射再生法
微波辐射再生活性炭是指经过高温使有机物脱附、炭化、活化,从而恢复其吸附能力的一种方法。微波是指电磁波谱中位于远红外和无线电波之间的电磁辐射。微波辐射过程中,有机污染物不能持续的吸收微波能量以达到降解所需的温度,而活性炭对微波有很强的吸附性[5],能有效吸收微波能量使温度达到1000 ℃以上,故可利用微波对被照物的强穿透力,通过微波加热产生的高温使活性炭上的有机污染物炭化、活化,从而恢复其吸附能力。在微波作用下有机污染物克服范德华力吸引开始脱附,随着微波能量的聚集,在致热和非致热效应共同作用下,有机污染物一部分燃烧分解放出二氧化碳,另一部分则炭化。影响微波再生活性炭的因素依次是活性炭量、微波功率、微波辐照时间和载气线速等。微波加热能够使活性炭进一步活化,提高吸附容量。
九、超声波再生法
研究表明废活性炭经超声波再生后,再生排出液的温度仅增加2-3℃。每处理lL废活性炭采用功率为50W的超声波发生器120min,相当于每m³活性炭再生时耗电100kWh,每再生1次的活性炭损耗仅为干燥质量的0.6%~0.8%,耗水量为活性炭体积的10倍。但其只对物理吸附有效,目前再生效率在50%左右,活性炭孔径大小对再生效率有很大影响。
活性炭再生不仅为企业节省了资源,减少了二次污染,同时会带来很可观的经济效益,我们应当根据活性炭的种类和用途以及被吸附物的成分和数量选择适当的再生方法。