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再生原理
活性炭再生,是指用物理或化學(xué)方法在不破壞其原有結(jié)構(gòu)的前提下,去除吸附于活性炭微孔的吸附質(zhì),恢復(fù)其吸附性能的過程?;钚蕴课竭^程中,對吸附質(zhì)和溶劑都有吸附作用,因親和力的不同,經(jīng)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(guān)系,其依據(jù)主要為以下幾個方面:①改變吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì);②用對吸附質(zhì)親和力強的溶劑萃??;③用對活性炭親和力比吸附質(zhì)大的物質(zhì)把吸附質(zhì)置換出來,然后再使置換物質(zhì)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(zhì)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。 [10]
再生方法
(1)熱再生法
熱再生法是應(yīng)用比較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(jù)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(fā)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(fā)生分解,以小分子物質(zhì)脫附出來,殘余的成分留在活性炭孔隙內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)的微孔,使其恢復(fù)吸附活性。再生工藝的核心是活化階段。 [10]
熱再生法的再生效率比較高,時間短,應(yīng)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(fù)再生后喪失吸附性能。 [10]
(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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(chǎn)物仍殘留在微孔中,多次循環(huán)后再生效率會明顯降低。 [10]
(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(tài)下吸附的有機物氧化分解成小分子物質(zhì)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。 [10]
以上均為傳統(tǒng)再生方法,通常,傳統(tǒng)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(chǎn)生的尾氣會造成二次污染。 [10] 隨著科技發(fā)展,出現(xiàn)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(fā)展起來的活性炭再生方法?;钚蕴克降奈劫|(zhì)中大多數(shù)是強極性物質(zhì),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(dǎo)而極化,相互碰撞、摩擦產(chǎn)生高熱量,從而將微波能量轉(zhuǎn)化為熱能。被吸附的水和有機分子受熱揮發(fā)和炭化,孔道重新打開,恢復(fù)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(dǎo)致燃燒失去一部分炭,炭孔徑擴大。 [10]
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(fā)生器大多由家用微波爐改裝,專業(yè)的微波再生加熱裝置亟待設(shè)計和開發(fā)。 [10]
(5)超臨界流體再生法
超臨界流體(SCF)的優(yōu)點是密度大,溶解度大,傳質(zhì)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,比較常用的超臨界流體為超臨界CO2。該法對吸附類型是化學(xué)吸附的有機物再生效率不高,同時對工藝的技術(shù)及設(shè)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(guī)模,離實現(xiàn)工業(yè)化還有一定差距。 [10]
(6)電化學(xué)再生法
電化學(xué)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(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng),吸附在活性炭上的大部分污染物發(fā)生分解,小部分發(fā)生脫附。該方法操作簡單、效率高、能耗低,處理對象相對廣泛