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果壳活性炭再生技术

时间:2018/4/29 9:53:37

一、前言

改革开放以来,随着经济的不断发展和人民生活水平的提高,对环境提出了越来越高的要求,净水处理被广泛的应用到城市中。果壳活性炭是净水处理中常用的一种新型吸附材料,具有特殊微晶结构和巨大比表面积的无定形颗粒碳,果壳活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。但是对于吸附饱和的果壳活性炭来说,若直接进行废弃,不但造成了很大的浪费,而且产生了二次污染,在这种情况下,果壳活性炭的再生技术越来越受到人们的重视,本文以下内容将对活性炭再生技术进行简要的分析,以供大家参考学习之用。

二、果壳活性炭的应用历史

第一件大事是果壳活性炭防毒面具,在20世纪20年代在第一次世界大战中的应用。可以以此作为划分果壳活性炭应用历史的第一阶段和第二阶段的界限。果壳活性炭的应用初期主要是在糖业生产中逐步用果壳炭代替了原来应用的骨炭,第一次世界大战中出现果壳活性炭颗粒大量被应用于防毒面具,掀开了工业化学史上辉煌的一页。当时荷兰的Norit和捷克斯洛伐克、瑞士等国的批发商和制造商曾成立一个联合公司,说明在欧洲萌芽的果壳活性炭也是被广为看好的新兴产业。第二件大事是果壳活性炭具有除臭作用,数以百计的自来水厂在20世纪40年代采用了果壳活性炭除臭。以此作为划分果壳活性炭应用历史的第二阶段与第三阶段的界限。此后,随着环境保护日益受到重视,政府法令的日趋严格。果壳活性炭不仅在净水方面,而且在净气等方面的用量剧增,使得在20世纪的后半叶,环保产业成为果壳活性炭应用的大户,由此果壳活性炭历史进入了第三阶段,即发展阶段。

果壳活性炭

三、果壳活性炭的再生技术

果壳活性炭的再生技术有加热再生法、化学再生法、生物再生法、电化学再生法、超声波再生法和催化湿式氧化再生法几种类型,下面将分别进行简要的介绍。

1、加热再生法

加热再生法是发展历史最长、应用最多的一种再生方法,其原理是根据有机物在加热过程中分解脱附的温度不同。加热再生法可以分为低温加热再生和高温加热再生。

1.1、低温加热再生法

低温加热再生法主要应用于吸附简单的低分子的炭氢化合物和芳香族有机物的果壳活性炭的再生技术,由于这些有机物的沸点较低,一般加热到300度以下即可脱附,脱附后的有机物蒸汽经过冷却后可以回收利用。

1.2、高温加热再生法

用于水处理的饱和炭,要使牢固吸附在果壳活性炭表面上的有机物脱附,恢复其活性,高温加热再生是最恰当的方法。在高温加热再生过程中,吸附在果壳活性炭上的有机物有所变化,根据加热到不同温度时的有机物的变化,一般可分为干燥、炭化及活化三个阶段:第一,干燥阶段,加热温度在100-130℃,使含水达40-50%的饱和炭得到干燥。在这个阶段所需热量为再生过程总热量的50%。第二,炭化阶段,饱和炭加热升温,使有机物挥发分解、炭化。第三,活化阶段,在这个阶段,通入水蒸气、CO2、O2等氧化性气体作为活化气体,使炭化阶段残留在果壳活性炭微孔中的炭,在850℃左右的温度下分解成CO、CO2及H2等气体,果壳活性炭微孔得到清理,重新恢复吸附性能。

加热再生过程中,除应选择适当的基本再生条件外,实际上还有以下及几个问题应注意:第一,由于反复再生,果壳活性炭的性能随再生次数下降。第二,由于吸附-再生操作的反复进行,在再生炭中逐渐积累了碱性金属氧化物和铁等灰分,由于这些物质的触媒作用,助长了果壳活性炭基质的燃烧,随着强度减小,细孔分布向大的方面偏移。第三,灰分的增加及吸附性能的下降有相关关系,如将饱和炭先用盐酸处理,再生炭的性能可得到改善。

2、化学再生法

化学再生法主要适用于高浓度、低沸点的有机物吸附质,其主要包括无机药剂再生和有机药剂再生技术。前者是指用无机酸或碱等药剂使吸附质脱除,后者主要是指用笨、丙酮及甲醇等有机溶剂萃取吸附在果壳活性炭省的吸附质,例如吸附高浓度酚的炭就可以用有机溶剂再生。

采用化学再生法,可以从再生液中回收有用的物质,再生操作可在吸附塔内进行,这种情况下,果壳活性炭的损耗比较少,但再生的不是很彻底,果壳活性炭的微孔容易被堵塞,影响了果壳活性炭的吸附性能,若利用此方法多次再生后,其吸附能力将明显降低。

果壳活性炭的再生技术

3、生物再生法

生物再生法是利用菌种处理吸附饱和的果壳活性炭,使吸附在果壳活性炭上的有机物降解并氧化分解成二氧化碳和水,达到恢复果壳活性炭吸附能力的目的,但是这种方法仅仅适用于吸附易被微生物分解的有机物的饱和碳,而且分解反应发生的不是很彻底。

随着科技的不断发展,目前在市场出现了一种生物活性碳,其实利用活性炭对水中有机物及央企的吸附性能,以及活性炭表面的多孔性可以作为微生物聚集繁殖声场的良好载体,在适宜的条件下,可以同时发挥活性的吸附作用和微生物的生物降解作用,以起到协同作用的水处理技术。

4、电化学再生法

电化学再生法是一种正在研究的新型果壳活性炭再生技术,该方法将果壳活性炭填充在两个主电极之间,在电解液中,加以直流电场,果壳活性炭在电场作用下极化,一端成阳极,另一端呈阴极,形成微电解槽,在果壳活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应,吸附在果壳活性炭上的污染物大部分因此而分解,小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效率高、能耗低,其处理对象所受局限性较小,若处理工艺完善,可以避免二次污染。

5、超声波再生法

由于果壳活性炭热再生需要将全部活性炭、被吸附物质及大量的水份都加热到较高的温度,有时甚至达到汽化温度,因此能量消耗很大,且工艺设备复杂。其实,如在果壳活性炭的吸附表面上施加能量,使被吸附物质得到足以脱离吸附表面,重新回到溶液中去的能量,就可以达到再生果壳活性炭的目的。超声波再生就是针对这一点而提出的。超声再生的最大特点是只在局部施加能量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,因而施加的能量很小。

研究表明经超声波再生后,再生排出液的温度仅增加2-3℃。每处理一立方米果壳活性炭采用功率为50W的超声发生器120min,相当于每立方米果壳活性炭再生时耗电100kWh,每再生一次的果壳活性炭损耗仅为干燥质量的0.6%-0.8%,耗水为果壳活性炭体积的10倍。但其只对物理吸附有效,目前再生效率仅为45%左右,且果壳活性炭孔径大小对再生效率有很大影响。

6、催化湿式氧化再生法

传统湿式氧化法再生效率不高,能耗较大。影响再生效率的主要原因是再生温度,但提高再生温度会增加活性炭的表面氧化,从而降低再生效率。所以,人们开始考虑借助一种高效催化剂的化学物质,采用催化湿式氧化法再生果壳活性炭。随着可持续科学发展观念的深入人心,果壳活性炭再生工艺与技术日益得到人们的重视,在近几年一些传统的果壳活性炭再生技术与工艺有了新的改进与突破的同时,新再生技术也在不断涌现。

四、结尾

随着人们对生活质量和生活环境的要求不断提高,果壳活性炭的应用空间将会是非常大。金牟山小编作为一名技术人员,应该在实践中不断学习,并注重借鉴国内外先进的经验,不断提高自身的专业素养和综合素质,为果壳活性炭再生技术做出应有的贡献。

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