再生技術(shù)在冶煉廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

盧 芳，馬愛(ài)元*，李國(guó)江，崔 鵬

（1.六盤(pán)水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤(pán)水 553004；2.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000）

活性炭是一種內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、具有很強(qiáng)的吸附能力的黑色多孔固體碳素材料[1]。其主要以木炭和煤作為主要原料，通過(guò)物理、化學(xué)方法將原料進(jìn)行粉碎、成型、催化劑活化、烘干、篩選等工序加工形成。活性炭根據(jù)材料和用途不同，內(nèi)孔徑大小不一，基于活性炭是多孔性、空隙發(fā)達(dá)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的的含碳物質(zhì)，活性炭被人們廣泛適用于各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面、電力行業(yè)的電廠水質(zhì)處理和保護(hù)、化工行業(yè)的化工催化劑、食品行業(yè)、環(huán)保行業(yè)的污水處理及有害氣體的治理和凈化等等領(lǐng)域內(nèi)[2-6]。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的活性炭作為吸附劑處理有毒或有害的物質(zhì)，活性炭吸附物質(zhì)后導(dǎo)致孔隙被堵塞，其吸附能力降低，廢活性炭大量的堆存，廢活性炭堆存處理不但造成了資源浪費(fèi)還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。因此，對(duì)這些廢活性炭進(jìn)行資源循環(huán)利用勢(shì)在必行，然而，活性炭在吸附過(guò)程中由于吸附物質(zhì)和方法存在差異，近年來(lái)，很多文獻(xiàn)報(bào)道了廢活性炭的再生工藝研究，本文就廢活性炭的來(lái)源、再生方法和利用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對(duì)再生活性炭的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

1 廢活性炭來(lái)源

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用，活性炭在制藥行業(yè)、食品類(lèi)行業(yè)、化工行業(yè)、能源行業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，隨之產(chǎn)生大量的廢活性炭。大量廢活性炭的產(chǎn)生不僅造成資源浪費(fèi)還會(huì)造成環(huán)境污染所以要及時(shí)處理[7]。因此，進(jìn)行廢活性炭的再生是有必要的。

2 廢活性炭再生技術(shù)

活性炭再生，是將吸附一定吸附質(zhì)的飽和活性炭在一定物理、化學(xué)條件下進(jìn)行處理，將被吸附的吸附質(zhì)去除，使活性炭恢復(fù)一定的吸附能力，達(dá)到可以重新使用的目的[8]。

2.1 熱再生法

熱再生[9-11]是將吸附處理有機(jī)廢水后的活性炭進(jìn)行高溫處理的過(guò)程，由于有機(jī)物的性質(zhì)不同，在加熱到不同溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生不同的變化，階段主要分為干燥、高溫炭化、活化。在干燥階段，主要是去除活性炭孔隙內(nèi)的可揮發(fā)成分，在干燥的過(guò)程中如果溫度升高的很快，會(huì)影響飽和活性炭的活化階段，在活化過(guò)程中溫度降得很低，會(huì)使大部分的吸附物變成揮發(fā)性物質(zhì)，溫度的高低對(duì)活性炭的影響很大，所以在加熱過(guò)程中要保持適宜的溫度范圍。高溫炭化階段，將吸附的有機(jī)物和殘留在活性炭空隙中的游離炭進(jìn)行炭化，溫度到達(dá)800℃～900℃。活化階段，為了使活性炭微孔干凈，吸附性能得到恢復(fù)，通入CO、CO2、H或水蒸氣等氣體，在再生工藝中活化階段是重要的關(guān)鍵。

熱再生的優(yōu)點(diǎn)是再生效率高、操作簡(jiǎn)單、使用成本低、可以提高活性炭的表面疏水性、應(yīng)用領(lǐng)域廣。同時(shí)也存在缺點(diǎn)，在熱再生過(guò)程中由于需要的溫度比較高，燒失比較大，造成得率較低、需要通過(guò)外加能源來(lái)加熱、投資和運(yùn)行費(fèi)用比較高。

2.2 電化學(xué)再生法

電化學(xué)再生法是目前最為廣泛研究的一種新型再生技術(shù)手段，在電解液的作用下，利用活性炭填充在兩極之間，通過(guò)直流電場(chǎng)，產(chǎn)生電場(chǎng)使活性炭發(fā)生極化作用，呈現(xiàn)陰陽(yáng)極可以發(fā)生還原和氧化反應(yīng)，從而形成微電槽[12]，活性炭孔道吸附質(zhì)大部分可以分解，小部分則在電泳力的作用下發(fā)生脫附。

張會(huì)平等[13]通過(guò)研究pH值對(duì)苯酚在活性炭上的吸附平衡的影響，活性炭在不同電極上的電化學(xué)再生效率不同，通過(guò)不斷的攪拌有利于提高活性炭的電化學(xué)再生效率，利用NaOH堿法不僅提高了再生活性炭的效率而且還影響吸附苯酚后的活性炭再生。

電化學(xué)再生的優(yōu)點(diǎn)是效率高，選擇合理的處理工藝可以避免二次污染、能量消耗少、炭的損失少、操作簡(jiǎn)單、在電解過(guò)程中使用電解質(zhì)的價(jià)格比較低。

2.3 微波再生

微波熱再生技術(shù)就是利用微波加熱來(lái)改變活性炭特性的一種再生方法。微波加熱是直接加熱物質(zhì)使物質(zhì)發(fā)熱，物質(zhì)的表面會(huì)不斷的擴(kuò)散使外部溫度小于內(nèi)部溫度，物質(zhì)只有吸收微波才能實(shí)現(xiàn)加熱，所以微波加熱具有一定的選擇性，因而相對(duì)節(jié)能高效。微波熱再生比傳統(tǒng)熱再生法具有優(yōu)越性主要表現(xiàn)在[14-16]：加熱速度快時(shí)間短，不需要加中間介質(zhì)，微波場(chǎng)中無(wú)溫度梯度存在，熱量分布均勻，效率高、能量消耗低、有很好的再生效率。

卜龍利[17]等通過(guò)對(duì)染料-酸性橙溶液的吸附，進(jìn)行了微波對(duì)廢活性炭再生的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)吸附的活性炭和再生循環(huán)兩次后，吸附能力沒(méi)有什么變化；但是經(jīng)過(guò)多次吸附和再生循環(huán)后，它的吸附能力下降，且消耗碳損失。

2.4 生物再生

生物再生法是利用微生物降解活性炭表面上的有機(jī)污染物[18]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是再生工藝和設(shè)備操作簡(jiǎn)單、對(duì)活性炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)造成無(wú)損失、污染小、成本低投資少。缺點(diǎn)是吸附能力恢復(fù)有限、對(duì)吸附質(zhì)具有一定的選擇性、時(shí)間長(zhǎng)存在的再生周期長(zhǎng)。

2.5 超臨界流體再生

超臨界流體再生[19,20]是在溫度和壓力到達(dá)臨界值的變化過(guò)程，使有機(jī)溶解在飽和活性炭上進(jìn)行萃取再生。目前使用最廣泛的超臨界流體主要是二氧化碳，因?yàn)槎趸汲R界技術(shù)加工性能好、安全性高、低毒、無(wú)污染，所以超臨界CO2對(duì)活性炭是一個(gè)很好的再生方法。超臨界流體再生的優(yōu)點(diǎn)是：減少污染、在操作過(guò)程中對(duì)活性炭的利用沒(méi)有任何損耗、低溫，對(duì)活性炭的結(jié)構(gòu)無(wú)影響、可以很好的收集污染物、周期短節(jié)能。缺點(diǎn)是活性炭吸附質(zhì)必須能可溶于超臨界流體溶液中的，在高壓的設(shè)備中進(jìn)行，所以活性炭再生的過(guò)程受到限制，這種技術(shù)很難被廣泛使用。

2.6 超聲波再生

超聲波可以再生吸附物質(zhì)，是采用超聲空化利用能量和物質(zhì)間的相互作用的形式。在水溶液中產(chǎn)生微小的氣泡在超聲波的作用下，形成“空化泡”，空化泡會(huì)在溶液中不斷的擴(kuò)大和收縮形成小氣泡，小氣泡會(huì)使內(nèi)部和界面的溫度和壓力升高，導(dǎo)致H2O分解成-OH形式存在，同時(shí)產(chǎn)生的高壓會(huì)在吸附劑表面產(chǎn)生沖擊作用，通過(guò)氧化作用和熱分解使有機(jī)污染物有效的分解。超聲波的優(yōu)點(diǎn)在經(jīng)濟(jì)性上節(jié)能性好、能耗低、操作工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、炭的損失少、可以回收有用的物質(zhì)等[21]。在發(fā)展發(fā)面有很好的潛能的。

3 再生活性炭的利用

通過(guò)飽和活性炭的吸附能力能使污水中的有機(jī)污染物凈化，就現(xiàn)在而言，活性炭用于水處理已經(jīng)較為普遍了，活性炭能夠很好的吸附工業(yè)廢水中的有機(jī)物等污染物，對(duì)水中的有害物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，能夠使排放的廢水、污水達(dá)標(biāo)，不會(huì)造成環(huán)境污染影響。另外活性炭吸附還有很好的選擇性、可以回收有用金屬、方便使用等特點(diǎn)，所以利用活性炭對(duì)重金屬的吸附達(dá)到環(huán)保又方便的作用，因此對(duì)廢活性炭進(jìn)行資源再生循環(huán)利用是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。

4 結(jié)論

目前廢活性炭來(lái)源領(lǐng)域廣，且種類(lèi)、成分復(fù)雜，直接導(dǎo)致循環(huán)處理再生廢活性炭技術(shù)繁多，雖然傳統(tǒng)再生技術(shù)趨于成熟穩(wěn)定，但開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的廢活性炭再生技術(shù)已成為廣大科研工作者關(guān)注的問(wèn)題，也是企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益的便捷途徑。微波、超聲波等非常規(guī)技術(shù)手段的發(fā)展，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且屬于清潔、環(huán)保、無(wú)污染的綠色能源，這一類(lèi)新再生技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必在冶煉廢水處理中發(fā)揮很大的作用。