活性炭再生技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用研究

金健 中新蘇伊士環(huán)保技術(shù)（蘇州）有限公司

雖然活性炭再生技術(shù)越來越多，但許多技術(shù)仍在試驗中?，F(xiàn)階段還不能應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。同時，考察了活性炭再生技術(shù)的發(fā)展趨勢，建議采用兩種或多種技術(shù)相結(jié)合的方式，在生法的基礎(chǔ)上進行改造，將大大提高活性炭的活化率，實現(xiàn)再生。隨著活性炭再生技術(shù)的深入研究，活性炭再生將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，向環(huán)保方向發(fā)展。

一、活性炭概述

活性炭具有松散和多孔的特殊結(jié)構(gòu)，并且活性炭的吸附能力較強。在環(huán)境中能吸附許多難降解的物質(zhì)，是環(huán)境保護和深度處理的首選?；钚蕴恐圃爝^程中采用的物理方法傳統(tǒng)，無須大型設(shè)備即可完成?；钚蕴可a(chǎn)要講究順序，主要采用粉碎、篩分、干燥、活化、清洗、干燥等流程。其中，干燥工序是活性炭生產(chǎn)中重要的一個環(huán)節(jié)，這一步不能因追求速度而跳過，否則會影響活性炭的吸附能力?；钚蕴吭谌コs質(zhì)方面有著多種應(yīng)用，對于活性炭再生技術(shù)旨在可以將飽和活性炭進一步還原為不飽和活性炭，使活性炭重新吸收一些雜質(zhì)。其原理是在用活性炭吸附中，當(dāng)活性炭吸附了某些雜質(zhì)物質(zhì)時，活性炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)因雜質(zhì)而堵塞。為了繼續(xù)儲存和吸附其他雜質(zhì)，需要綜合應(yīng)用幾種方法來去除活性炭雜質(zhì)。雜質(zhì)被去除后，使活性炭吸收污垢的能力得到恢復(fù)。再生法技術(shù)可不斷更換活性炭，活性炭達到飽和即失去吸附功能。工業(yè)、農(nóng)業(yè)或環(huán)保工作需要大量活性炭，如果活性炭只能使用一次，會消耗很多，并且與我國倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展嚴(yán)重不符。因此，在環(huán)境保護中，為了平衡活性炭避免相關(guān)成本的浪費，要進一步加大對活性炭再生研究，這在未來具有非常重要的意義。活性炭再生技術(shù)在實際工作中會遇到很多問題，比如吸附物質(zhì)的多樣性。需要根據(jù)活性炭雜質(zhì)，針對性地選擇脫附活性炭中雜質(zhì)的技術(shù)。再生技術(shù)尚在發(fā)展中，對于活性炭中雜質(zhì)的去除有限。為了保證活性炭可以有效的去除雜質(zhì)并取得良好的應(yīng)用效果，需要不斷發(fā)展再生技術(shù)，解決吸附雜質(zhì)的問題。對于微生物再生和試劑氧化再生是較新的技術(shù)。每種方法都有優(yōu)點和缺點，在解吸方面效果很好。必須按照工作要求，了解再生技術(shù)，掌握各項技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)缺點，根據(jù)需要選擇除雜技術(shù)，同時考慮經(jīng)濟影響。

二、傳統(tǒng)活性炭再生的不足

傳統(tǒng)的活性炭再有熱再生、生物再生和濕式氧化法。對于這些方法是應(yīng)用最廣泛的再生。特別是經(jīng)過有機廢水處理后，活性炭是再生中使用最多的。熱再生法具有再生效率高和適用范圍廣的特點，再生過程中須增加熱能，這會增加再生技術(shù)運行成本。生物再生方法的應(yīng)用是利用細菌減少在活性炭上的有機物，將其消化成 H2O 和 CO2?；钚蕴靠讖胶苄?，有的孔徑甚至只有幾納米，對于一些微生物根本無法進入。一般認為細胞在再生中發(fā)生自溶，活性炭對酶有吸附作用，因此在表面形成酶中心，可進一步促進污染物的分解。因此，對于生物法簡單易行，成本低，但需要一定的時間。污染物的微生物需要對某些物質(zhì)進行馴化。在降解中，有機物通常不能分解成CO2和H2O。中間體保留并積聚在微孔中，循環(huán)后再生會下降。因此，生物再生應(yīng)用是有限的。在高溫高壓下，以氧氣或空氣為所使用的氧化劑，將在活性炭上的有機物分解成小分子，濕式氧化再生法處理多樣，并且再生穩(wěn)定，再生后無須額外加熱，對難降解的有機材料，會產(chǎn)生有毒的中間體。

三、活性炭再生技術(shù)的環(huán)保應(yīng)用

（一）濕式氧化再生法

濕式氧化法主要是將溫度和壓力定在一定范圍內(nèi)，以氧氣為氧化劑，利用催化劑作用加速殘留吸附的有機物與氧化劑反應(yīng)。濕法氧化活性炭再生技術(shù)改進后，當(dāng)溫度和壓力較高時，這個過程可以對硝基苯酚的再生率達87%。對于再生時間、溫度或升溫速率對濕空氣用活性炭氧化影響的結(jié)果表明，與其他再生氧化技術(shù)相比，濕式催化氧化具有速度快和再生處理中環(huán)境污染少的應(yīng)用優(yōu)勢，并且應(yīng)用范圍廣和處理效率高，產(chǎn)生的余熱可進行進一步的回收。在濕式催化氧化再生法中，催化劑是獨特的影響因素，包括過渡金屬、貴金屬和催化劑。這些催化劑通常使用價格較高，因此，在再生技術(shù)的應(yīng)用中需要開發(fā)廉價穩(wěn)定的催化劑是濕法氧化技術(shù)的關(guān)鍵，并且催化劑的選擇取決于凈化過程中的吸附劑。

（二）超聲波再生法

超聲波再生法技術(shù)應(yīng)用需要依靠聲音的頻率產(chǎn)生含空化氣泡，空化氣泡被分成具有一定能量的小氣泡，產(chǎn)生的沖擊力使碳活化，使表面材料脫落。利用微波和超聲波技術(shù)對含鉻飽和活性炭進行耦合再生。耦合技術(shù)的再生效率明顯高于單獨超聲。分析影響實驗的因素，如超聲功率、溫度和時間等，如果超聲功率過大，產(chǎn)生的波會損壞活性炭，并且會降低再生效率。

（三）微波輻射再生

微波是介于紅外線和無線電波的電磁波譜?；钚蕴课⒉ㄝ椛湓偕窃诟邷叵聦τ袡C物進行解吸和活化，然后恢復(fù)其吸附的新興方法。微波加熱不同于傳統(tǒng)的加熱，它具有加熱迅速和均勻的優(yōu)勢，以及能量就地應(yīng)用的優(yōu)點，大大提高加工效率，并且降低了加工能耗。通過活性炭的再生效果與微波照射功率，以及活性炭吸附能力的關(guān)系。比較真空加熱再生、真空微波加熱再生不同工藝下活性炭吸附脫附實驗，以吸附容量和再生速率對再生方式進行分析。得出此過程中活性炭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，但真空微波再生后凈吸附能力可以達到最高，優(yōu)于真空再生和加熱再生后。采用微波輔助溶劑和苯胺吸附劑比較再生活性炭的吸附性能。對于微波功率和輻照時間是影響活性炭再生的主要因素。采用主動吸附微波再生技術(shù)，進行循環(huán)雙金屬降解后的廢水進行處理?？梢园l(fā)現(xiàn)TOC清除率得到了明顯的提高，并且此過程最終的清除率高達80%以上。生物毒性降低，可以滿足安全排放標(biāo)準(zhǔn)。

（四）臭氧氧化再生

臭氧氧化再生技術(shù)的應(yīng)用主要是以臭氧為基礎(chǔ)氧化劑，分解殘留活性炭中的有機物。并且該技術(shù)可以針對臭氧氧化的不足，對相關(guān)技術(shù)進行了耦合，以去除水體中的污染物。結(jié)果表明再生液不僅能有效氧化脫附吸附在的染料，還能有效恢復(fù)多孔通道和吸附能力，同時可將解吸的污染物完全礦化成CO2和H2O，避免環(huán)境污染。經(jīng)過連續(xù)5 個吸附和再生周期，PAC 的再生效率仍高達76%。說明了再生時間越長，臭氧氧化的再生效果越好。但由于時間過長，活性炭表面的官能團被破壞，吸附性能會下降。

（五）溶劑再生法

溶劑再生法的再生技術(shù)工作原理是打破活性炭和溶質(zhì)的平衡，這種方法通過溶劑的pH 值、溫度和濕度來平衡，從而使吸附質(zhì)去除。根據(jù)相關(guān)運用溶劑的不同，可分為無機溶劑和有機溶劑，通過溶劑吸附物質(zhì)的作用來改變吸附特性的特性。使用溶劑回收也會產(chǎn)生污染較小的廢液。對于活性炭再生技術(shù)，采用生物再生法，生物再生法技術(shù)悠久，已廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。細菌分解吸附質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，因此活性炭可以重復(fù)使用?；钚蕴康奈⒖捉Y(jié)構(gòu)很小，可以說甚至小到幾納米，因此，在再生中，一些特定的細胞會發(fā)生融合的狀態(tài)，對于相關(guān)的微生物的細胞酶會形成一個表面。這使吸附物分解，達到再生的目的。pH 值不僅會增加解吸，還會影響活性炭的吸附能力。大多數(shù)電化學(xué)再生方法依靠局部pH 值的變化來促進活性炭對污染物的吸收。pH 值對飽和酚粉中活性炭再生的影響，堿性條件下活性炭的再生明顯高于酸性條件下，再生效率最高。另外，電化學(xué)再生pH 值必須考慮二次污染和加入pH 調(diào)節(jié)劑導(dǎo)致資源成本增加的問題[1]。

（六）電化學(xué)法和紫外光法

電化學(xué)再生的方法有攪拌反應(yīng)器和電化學(xué)反應(yīng)器。電化學(xué)在加工中產(chǎn)生電極。在外電場下，活性炭會發(fā)生一定的極化反應(yīng)，形進而成電解槽裝置。吸附的物質(zhì)會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種方法可以很快達到較高復(fù)用效率。這種方法在選擇電解液時有一定的要求。對于電解液的選擇需要根據(jù)酸性或堿性溶液進行，對廢物也需要進行丟棄處理。在紫外線再生法中，紫外線照射到有機物上，將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等物質(zhì)，紫外線照射可以加強熱效應(yīng)，使這種方法應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢[2]。

（七）活性炭再生產(chǎn)生的廢氣處理

再生法和微波紫外線再生法產(chǎn)生的氣體是廢氣，熱再生法廢氣的主要成分是被吸附的元素，這些元素會轉(zhuǎn)化為氮和硫的氧化物和氯化氫等，這些氣體需要經(jīng)過演化處理才能排放，而廢氣的主要成分是酸性氣體，所以廢氣進入噴淋凈化塔，通過稀堿溶液循環(huán)噴淋凈化。微波紫外輻射再生氣主要含有未反應(yīng)的吸附劑和完全反應(yīng)的酸性氣體，通過緩沖罐和分離罐從尾氣中吸附分離，而未反應(yīng)的吸附物需要繼續(xù)反應(yīng)。使用一些溶液噴霧凈化，廢氣處理的各個方面都必須做到嚴(yán)格的檢查，以確保有效的環(huán)境管理[3]。

（八）固廢污染與環(huán)境治理

生物再生法和濕式氧化再生法會產(chǎn)生固體廢物，對于其他活性炭再生方法或多或少會產(chǎn)生一些固體廢物。處理固體廢物污染的方式主要有安全焚燒、填埋、土壤處理和海洋處理。對陸地和海洋進行處理會浪費資源，嚴(yán)重影響環(huán)境。最推薦的固體廢物處理是安全焚燒和填埋。安全焚燒技術(shù)要求高，并且相關(guān)的投入成本較高，目前尚未得到全面的普及。垃圾填埋場雖然成本低，對于工藝路線簡單，但是專業(yè)化程度更高。固體廢物輸送機排放均由控制人員控制。卸料門控制采用手動和電子進行，也就是說現(xiàn)場控制和遠程控制。從卸貨區(qū)進入倉庫的廢物必須進行分析，以驗證是否符合填埋場的要求[4]。

（九）超臨界流體再生法

當(dāng)溫度和壓力大于其臨界值時，該過程也可以稱為超臨界流體。許多特定的物質(zhì)會在常壓和常溫下對溶解度非常低，但在亞臨界或超臨界具有非常高的容量。因此，在超臨界狀態(tài)下，對于相關(guān)壓力的微小變化都會導(dǎo)致溶解度發(fā)生變化。利用這一性質(zhì)，可以以超臨界液體為萃取劑，調(diào)節(jié)壓力使喚溶質(zhì)分離，即超臨界液體萃取。CO2的臨界溫度為 31°C，接近臨界溫度和壓力（7.2 MPa）。應(yīng)用具有無毒、不易燃和對環(huán)境無污染等應(yīng)用優(yōu)勢，并且具有易獲得超臨界狀態(tài)的優(yōu)點，是超臨界流體技術(shù)應(yīng)用的首選。根據(jù)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)，在CO2臨界點附近，再生效率變化很大。在活性炭沒有干燥的情況下，需要延長活性炭再生時間。低壓下隨著溫度的降低再生也會同時發(fā)生降低；16.0MPa 下最佳溫度為318K。在實驗流速下，再生會隨著流速的增加而進一步發(fā)生增加[5]。

四、結(jié)束語

綜上所述，在利用活性炭再生技術(shù)實現(xiàn)環(huán)保中，活性炭再生技術(shù)可以通過多種方式進行。在活性炭的再利用中，長期以來采用生物技術(shù)方法，采用細菌培養(yǎng)法分解吸附材料。在這個過程中，水和二氧化碳分解。也可以用其他方法，但用其他方法處理會產(chǎn)生一些廢物，對環(huán)境也有一定的影響。