廢活性炭再生技術及對應的環境管治研究

摘要：本文詳細介紹了目前應用廣泛的廢活性炭再生技術，剖析了各再生技術產生的主要污染物類型，以及相應的環境管理和治理措施，以推動廢活性炭再生項目的多元化發展。

關鍵詞：廢活性炭;再生技術;環境管治

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.057

Research on waste activated carbon regeneration technology and corresponding environmental governance

Feng Weiming

（Canaan Energy Saving and Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Zhongshan Guangdong 528400，China）

Abstract：This article details the currently widely used waste activated carbon regeneration technology，analyzes the types of major pollutants generated by each regeneration technology，and the corresponding environmental management and control measures to promote the diversified development of waste activated carbon regeneration projects.

Key words：Waste activated carbon;Regeneration technology; Environmental governance

活性炭，又稱為活性炭黑，是一種經過破碎、過篩、活化、篩選等一系列工藝處理的碳材料，具有優異的吸附性能和穩定性，在工業、環境、農業等領域都有廣泛的應用[1]。因此，廢活性炭的再生技術應運而生并且受到廣泛關注，廢活性炭的再生技術對提高活性炭的經濟效應和降低其對環境危害方面有著重要作用。本文將詳細介紹廢活性炭再生技術以及每個再生技術所對應的環境管理及治理研究。

1 廢活性炭再生技術及環境污染分析

目前國內外在廢活性炭再生技術領域的研究和實際應用中較常見的技術主要有熱再生法、溶劑再生法、生物再生法、濕式氧化再生法和催化濕式氧化再生法。除此以外，還有一些新型的廢活性炭再生技術，具有代表性的是電化學再生法和微波紫外輻射再生法。

1.1 熱再生法

熱再生法一般可以分為三個階段，首先是飽和活性炭的干燥階段。使用過后的活性炭中含有大量的水分，含量約為50 %，干燥階段通過加熱的方式將孔隙中的水分以及低沸點的有機物蒸發出去。其次是吸附物質的炭化階段。這一階段的溫度在350℃以內，其目的是將活性炭孔隙中的揮發性物質以及沸點較高的有機物炭化處理，被吸附的高沸點有機物發生分解并炭化殘留在活性炭孔隙中。最后是活性炭的活化階段。該階段溫度在800～1000℃之間，主要使用二氧化碳和水蒸氣等氣體氧化上一階段殘留的碳，使其分解。有學者使用該方法再生了某制藥公司用過的廢活性炭，對工藝進行了改進使其達到最佳條件，結果表明再生活性炭的產率可以達到86.9 %，脫色率可以達到99.94 %[2]。

熱再生法具有工藝時間短，再生率高，對廢活性炭之前的用途無選擇性，可以通用于各種用途的活性炭回收，而且再生過程中不會產生廢液等優點。其產生的主要污染是廢氣污染。

1.2 溶劑再生法

溶劑再生法的基本原理是打破活性炭、吸附質以及溶劑這三者之間的平衡關系，主要通過改變溶劑中的酸堿度、溫度、濕度等條件，使得原有的相平衡關系被打破，使得吸附質從活性炭中脫附。溶劑再生法根據所使用溶劑的不同可以分為無機溶劑再生法和有機溶劑再生法，主要可以通過以下幾種方法實現：通過溶劑與吸附質的相互作用改變吸附質的性質;使用對吸附質親和力大于活性炭對吸附質親和力的溶劑來萃取吸附質。

溶劑再生法技術在使用時產生的污染主要是無機酸性或堿性廢液和有機廢液，其中無機廢液可以采用中和處理的方式。

1.3 生物再生法

生物再生法歷史悠久，自20世紀70年代以來在多個傳統領域得到了廣泛的應用。生物再生法的主要思路是用培養的菌種來處理廢活性炭，使菌種分解吸附質，變成水和二氧化碳達到再生廢活性炭的目的。生物再生法可以分為好氧和厭氧法，活性炭的微孔結構孔徑小，最小的孔徑只有幾個納米，菌種無法進入，因此，再生過程中微生物發生細胞自溶，微生物里的細胞酶會附著到活性炭表面形成酶促中心，使得吸附物分解，最后達到再生的目的。李亞新等人用生物再生法活化處理過苯酚的廢活性炭，實現了81.6 %的再生率[3]。

1.4 濕式氧化再生法和催化濕式氧化再生法

濕式氧化再生法最初主要被應用于污水處理，其方法是通入空氣或者純氧氣，氧化分解處于液相狀態下的廢活性炭里的吸附質。濕式氧化再生法是在高溫、高壓下進行的，一般分為兩階段進行，即氧氣傳質控制階段和反應動力學控制階段。催化濕式氧化再生法則是通過添加催化劑的方式提高濕式氧化再生法的再生效率，降低能耗。有學者用浸漬法制備銅催化劑，非均相催化廢活性炭的濕式氧化再生過程，相較于無催化過程可以提高10 %的再生效率并降低10 %再生時間[4]。

該方法會存在粉塵和固廢污染，對于這些固體廢料需要實行產生、收集、儲存一體化管理，過程中產生的危險廢物可以交給有相關資質的單位處理。

1.5 電化學再生法

電化學再生法主要有兩種工藝途徑，兩者的差異在于使用的反應器，一個是間歇攪拌槽反應器，一個是固定床電化學反應器。電化學再生法不是簡單的二維電極體系，而是三維復極性電極體系，在外部電場的作用下，活性炭會發生復極化現象，形成大量的微型電解槽，而吸附在這些復極化活性碳上的顆粒會發生氧化還原反應。因為微型電解槽的數量巨大，可以實現較高的再生效率。張會平等人通過研究發現，電化學再生法能達到90 %的再生效率。

該方法潛在污染物是電解液的泄露或者排放。電解液一般選用酸性介質或者堿性介質，因此在處理電解液時可以選擇對應的堿性溶液或者酸性溶液中和處理后排放至有相關資質廢水處理資質的單位做后續處理。

1.6 微波紫外輻射再生法

微波紫外輻射再生法是加入紫外光照射將脫附的有機物轉化為二氧化碳和水等簡單的無機物質，并且紫外光的照射可以進一步強化微波法的熱效應。使用微波紫外再生吸附有硝基苯磺酸鈉的活性炭時，在功率500 w、空氣流速0.024 m3/h的條件下，再生率可以達到99 %以上。

微波紫外輻射再生法產生的主要污染是廢氣污染，包括未發生反應的吸附質和反應之后的二氧化碳和水，可以通過尾氣處理，將未反應的吸附質重復反應，反應完全的尾氣凈化后排放。

2 環境管理和治理研究

以上兩節內容詳細介紹了廢活性炭再生技術與主要的環境污染分析，匯總如表1。

由表可以看出，雖然廢活性炭再生技術各有不同，但主要產生的污染有共性。

2.1 廢氣污染及環境管治

熱再生法和微波紫外輻射再生法工藝中產生的主要污染是廢氣污染。其中熱再生法尾氣中的主要成分是被吸附物中含有的碳元素、氫元素、氧元素、氮元素、硫元素和氯元素等，這些元素會在加熱再生過程中轉化成二氧化碳、氮硫氧化物以及氯化氫等氣體，這些氣體需要經過凈化處理再排放。尾氣中主要成分均為酸性氣體，因此可以將尾氣通入廢氣噴淋凈化塔經稀堿性溶液噴淋凈化處理。微波紫外輻射再生法尾氣中主要有未經反應的吸附質以及反應完全的酸性氣體，可以通過緩沖罐和分離罐將未反應的吸附質和酸性尾氣分離，未反應的吸附質在反應器中繼續反應而酸性尾氣經稀堿性溶液噴淋凈化處理。廢氣處理各個環節應該設置嚴格的氣體檢測裝置，有效地保證環境管理。

2.2 廢液污染及環境管治

溶劑再生法和電化學再生法工藝中產生的主要污染是廢液污染，其中溶劑再生法產生的廢液包括酸性和堿性的無機廢液以及有機廢液，而電化學再生法產生的廢液包括酸性和堿性的無機廢液。除了生產產生的廢液外，還有車間地面清洗廢水和生活污水。酸性和堿性廢水可以先中和處理然后與清潔廢水和生活污水一起采用綜合廢水處理。綜合廢水處理的工藝流程如圖1所示：

處理完后的水理論上應達到《污水排入城鎮下水道水質標準》 GB/T31962-2015，若未達到該標準，需再排放至有相關資質的水處理單位做進一步凈化處理。

有機廢液的處理至關重要。目前使用較多的有焚燒處理工藝、蒸餾處理工藝和物化加生化處理工藝。其中焚燒處理工藝包括預處理、高溫焚燒、熱量回收、煙氣處理和煙氣排放，是較為常見的有機廢液處理工藝;蒸餾處理工藝包括沉淀或過濾、蒸餾裝置、冷凝后收集餾出液、生化處理和釜底殘液焚燒，是目前在化工領域最常用的一種工藝。

2.3 固廢污染及環境管治

在生物再生法以及濕式氧化再生法的應用中會產生固廢，其他的方法或多或少也會產生一些固廢。處理固廢造成的污染主要有以下幾種方式：安全焚燒、填埋、土地處理以及海洋處理。土地處理和海洋處理會造成土地資源和海洋資源的浪費，嚴重影響環境，而目前更加倡導的固廢處理方式是安全焚燒和填埋。安全焚燒對技術要求較高，投入的成本較大，所以尚未普及;而填埋成本低、工藝路線簡單、專業化更強。

固廢運輸車到達、卸料以及離開卸料區，均由控制室的工作人員遠程控制。卸料門的控制系統由人工和電子相結合的方式進行，即現場控制和遠程控制。所有通過卸料區進入倉庫的固廢應該檢測是否符合填埋要求，若不符合應該經過其他預處理后再填埋。

3 結語

活性炭用途廣泛導致廢活性炭的來源也同樣廣泛，這也導致了廢活性炭再生技術的多樣性，針對不同用途的廢活性炭制定匹配的再生技術與相應的環境管治可以優化資源配置，提高再生工藝的效率，降低環境保護的成本。

參考文獻

[1]李小豹.Fenton試劑再生活性炭的研究[D].長沙：湖南大學，2013.

[2]李寶華.危廢活性炭熱再生及其廢氣處理技術研究與應用——以福建某炭業公司廢活性炭再生項目為例[J].海峽科學，2019（04）：15-18.

[3]李利容.工業廢液處理工程實例[J].城市建設理論研究（電子版），2018，261（15）：83.

[4]王濤.工業園區一般工業固廢填埋場設計與管理的研究[D].西安：西北大學，2016.

收稿日期：2020-01-05

作者簡介：馮偉銘（1978-），男，漢族，大專學歷，工程師，研究方向為大氣污染防治等。