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再生原理
活性炭再生,是指用物理或化學方法在不破壞其原有結構的前提下,去除吸附于活性炭微孔的吸附質,恢復其吸附性能的過程?;钚蕴课竭^程中,對吸附質和溶劑都有吸附作用,因親和力的不同,經過一定時間的吸附,達到吸附平衡?;钚蕴吭偕褪且扇∞k法破壞這種平衡關系,其依據主要為以下幾個方面:①改變吸附質的化學性質;②用對吸附質親和力強的溶劑萃??;③用對活性炭親和力比吸附質大的物質把吸附質置換出來,然后再使置換物質脫附,活性炭得到再生;④用外部加熱、升高溫度的辦法改變平衡條件;⑤用降低溶劑中溶質濃度(或壓力)的方法再生;⑥使吸附物(有機物)分解或氧化而除去。
再生方法
(1)熱再生法
熱再生法是應用最成熟的活性炭再生方法。處理有機廢水后的活性炭在再生過程中,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3個階段。在干燥階段,去除活性炭上的水分等可揮發性成分。高溫炭化階段是使吸附在活性炭上的部分有機物汽化脫附,部分有機物發生分解,以小分子物質脫附出來,殘余的成分留在活性炭孔隙內成為固定炭?;罨A段是通入CO2、CO或水蒸氣等氣體,清理活性炭內部結構的微孔,使其恢復吸附活性。再生工藝的核心是活化階段。
熱再生法的再生效率比較高,時間短,應用比較范圍廣泛,但再生過程中炭損失較大,可達5%~10%。同時再生后的炭機械強度有所下降,吸附效率也會有所降低,多次重復再生后喪失吸附性能。
(2)生物再生法
利用微生物的新陳代謝,將吸附在活性炭上的污染物質氧化降解的方法稱作生物再生法?;钚蕴康目讖揭话阒挥袔准{米,微生物很難進入其孔隙內部,通常微生物細胞酶可以流至細胞胞外,通過活性炭對酶的吸附,在炭表面形成酶促中心,分解污染物,達到再生的目的。生物法的投資和運行費用相對較低,但再生時間較長,水質和溫度對再生效果的影響很大。同時,微生物處理污染物的選擇性很強,且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
濕式氧化再生法是指在高溫高壓的條件下,用氧氣或空氣作為氧化劑,將處于液相狀態下吸附的有機物氧化分解成小分子物質的一種處理方法濕式氧化再生法操作比較簡單、對吸附能力的影響小,炭損失率較低,通常適合處理毒性高,生物難降解的有機物。
以上均為傳統再生方法,通常,傳統的活性炭再生方法還有以下共同的不足:①活性炭損失較大;②再生后吸附能力會有明顯下降;③再生時產生的尾氣會造成二次污染。隨著科技發展,出現了一些新興再生方法:
(4)微波輻射再生法
微波輻射再生法是采用熱再生法的原理而逐漸發展起來的活性炭再生方法?;钚蕴克降奈劫|中大多數是強極性物質,它們比活性炭吸收微波的能力強,因此可以用熱解吸的方法來再生。吸附的極性分子,由于微波輻射誘導而極化,相互碰撞、摩擦產生高熱量,從而將微波能量轉化為熱能。被吸附的水和有機分子受熱揮發和炭化,孔道重新打開,恢復吸附活性。同時,活性炭本身吸收微波而升溫,因溫度過高而燃燒,導致燃燒失去一部分炭,炭孔徑擴大。
微波再生方法的特點是加熱時間短、再生效率高,同時因為加熱過程中是進行選擇性加熱,能耗很低。然而,微波再生方法還不夠成熟,很多重要問題需要亟待解決:①微波加熱的機理研究不夠深入,需要建立模型,獲得更均勻的微波場;②微波發生器大多由家用微波爐改裝,專業的微波再生加熱裝置亟待設計和開發。
(5)超臨界流體再生法
超臨界流體(SCF)的優點是密度大,溶解度大,傳質速率高,擴散性能好,表面張力小。吸附的有機物非常容易溶于SCF溶劑。通過改變溫度和壓力,可以有效地將有機物與SCF分離,達到活性炭再生的目的。
超臨界流體(SFE)法再生活性炭中,最常用的超臨界流體為超臨界CO2。該法對吸附類型是化學吸附的有機物再生效率不高,同時對工藝的技術及設備材料的要求比較高,投資費用大。該方法的研究還大都處于實驗室規模,離實現工業化還有一定差距。
(6)電化學再生法
電化學再生法是一種的新型活性炭再生方法,近幾年研究非?;钴S。在兩電極之間,填充吸附飽和后的活性炭,同時加入一定的電解液,通入直流電場,活性炭在電場作用下極化,一端呈陽極,另一端呈陰極,形成微電解槽,分別發生還原反應和氧化反應,吸附在活性炭上的大部分污染物發生分解,小部分發生脫附。該方法操作簡單、效率高、能耗低,處理對象相對廣泛。