活性炭在水处理中使用量大,价格高,往往占运营成本的30%-45%。未经处理的活性炭将被废弃,这不仅是对资源的巨大浪费,而且会造成二次污染。因此,再生饱和炭具有显著的经济价值。活性炭再生(或激活)是指去除吸附在活性炭微孔中的吸附质子,恢复其吸附性能,达到重复使用的目的,而不破坏活性炭的原有结构。
1活性炭再生的几种方法
1.用药物洗脱化学方法
高浓度、低沸点的有机物吸附剂应首先考虑化学再生。
(1)无机药物再生。指用无机酸(硫酸、盐酸)或碱(氢氧化钠)等药物去除吸附剂,也称为酸碱再生法。例如,用氢氧化钠溶液清洗吸附高浓度酚的碳,并以酚钠盐的形式回收。再生过程如图1所示。这种方法也可以再生吸附废水中的重金属碳,然后可以使用再生剂HCl等。
(2)有机溶剂再生。吸附在活性炭上的吸附剂是从苯、丙酮和甲醇等有机溶剂中提取的。再生过程如图2所示。例如,吸附高浓度酚的碳也可以通过有机溶剂再生。用活性炭处理的饱和炭也可以通过有机溶剂再生。
化学再生法有时可以从再生液中回收有用的物质,并且可以在吸附塔中进行再生操作。活性炭损失小,但再生不完全,微孔容易堵塞,影响吸附性能的恢复率。
1.2生物再生法
采用驯化培养的活性炭,将吸附在活性炭上的有机物分解氧化C02和H20.恢复其吸附性能。这种使用微生物再生饱和炭的方法只适用于容易被微生物分解的饱和炭。分解反应必须彻底,即有机物最终分解为C02和H20.否则,活性炭可能会再次吸附。如果处理水中含有难以降解或脱附的有机物,则会影响生物再生效果。
生物再生试验过程如图3所示。4柱串联运行,4柱并联运行。
近年来,活性炭作为微生物聚集、繁殖和生长的良好载体,在适当性炭对水中有机质和溶解氧的强吸附特性,在适当条件下发挥活性炭和微生物生物降解的吸附作用。这种协同水处理技术被称为生物活性炭(BiologicalActivatedCarbon,BAC)。这种方法可以使活性炭的使用周期比通常的吸附周期延长多倍,但在使用一段时间后,它被活性炭吸附
难生物降解的物质仍然会影响水质。因此,活性炭吸附周期过长,难以保证水质,因此需要定期更换活性炭。
1.3湿式氧化法
这种再生方法通常用于再生粉末活性炭,如粉末碳,以提高曝气池的处理能力。将饱和碳浆加热至2000~250℃,空气加压至(300)~700)X104P,,反应塔中活性炭吸附的有机物在高温高压下氧化分解,使活性炭再生。再生碳通过热交换器冷却并送入储罐进行再利用。反应器底部堆积有机物碳化后的灰分定期排放。
湿氧化法适用于处理高毒性、生物降解困难的吸附剂。温度和压力必须根据吸附剂的特性来确定,因为它直接影响碳的吸附性能恢复率和碳的损失。再生系统有许多辅助设施,操作更麻烦。
1.4电解氧化法
使用电解产生的新生态[O],[C1]等强氧化剂氧化分解活性炭吸附的有机物。但在实践中,存在金属电极腐蚀、钝化、絮凝堵塞等问题。不溶性电极石墨体积大,电阻高,功耗大,在实践中尚未应用。
1.5加热再生法
根据再生分为低温再生和高温再生。
(1)低温加热再生法。低分子碳氢化合物和芳香族有机物的饱和炭吸附沸点低,一般为100~200℃蒸汽被吹走,使碳再生,这可以在吸附塔中进行。有机蒸汽冷凝后可回收利用。活性炭再生常用于气体吸附。蒸汽吹制还用于啤酒和饮料行业的饱和活性炭再生。
(2)高温加热再生法。在水处理中,活性炭的吸附多为热分解和难分离有机物,吸附周期长。高温加热再生法通常为850℃高温加热碳化吸附在活性炭上的有机物,达到再生的目的,吸附回收率高,再生效果稳定。因此,高温加热法通常用于水处理活性炭的再生。
活性炭脱水后,整个加热再生过程一般需要经过以下三个阶段。
(1)干燥阶段。湿炭含水量为50%~86%,100-150%℃在温度下加热,使碳颗粒吸附水蒸发,部分低沸点有机物挥发。在这个阶段,消耗的热量占总能耗的50%和70%。
(2)烘焙阶段,或碳化阶段。将颗粒炭加热到150~7000℃。随着温度的升高,活性炭的基质以挥发、分解、碳化和氧化的形式被去除。通常在这个阶段,再生炭的吸附和恢复率已经达到60%~85%。
(3)激活阶段。高温碳化后,活性炭微孔中残留了相当一部分碳化物。此时,碳化物需要蒸汽、二氧化碳和其他氧化气体进行气化反应,使残留的碳化物在850℃左右气化成C02,CO等待气体。清洁微孔表面,恢复其吸附性能。