活性炭再生技術在環境保護中的應用研究

金健 中新蘇伊士環保技術（蘇州）有限公司

雖然活性炭再生技術越來越多，但許多技術仍在試驗中?，F階段還不能應用于大規模生產。同時，考察了活性炭再生技術的發展趨勢，建議采用兩種或多種技術相結合的方式，在生法的基礎上進行改造，將大大提高活性炭的活化率，實現再生。隨著活性炭再生技術的深入研究，活性炭再生將實現產業化，向環保方向發展。

一、活性炭概述

活性炭具有松散和多孔的特殊結構，并且活性炭的吸附能力較強。在環境中能吸附許多難降解的物質，是環境保護和深度處理的首選。活性炭制造過程中采用的物理方法傳統，無須大型設備即可完成?；钚蕴可a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中重要的一個環節，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。活性炭在去除雜質方面有著多種應用，對于活性炭再生技術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。其原理是在用活性炭吸附中，當活性炭吸附了某些雜質物質時，活性炭內部結構因雜質而堵塞。為了繼續儲存和吸附其他雜質，需要綜合應用幾種方法來去除活性炭雜質。雜質被去除后，使活性炭吸收污垢的能力得到恢復。再生法技術可不斷更換活性炭，活性炭達到飽和即失去吸附功能。工業、農業或環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，并且與我國倡導的可持續發展嚴重不符。因此，在環境保護中，為了平衡活性炭避免相關成本的浪費，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?；钚蕴吭偕夹g在實際工作中會遇到很多問題，比如吸附物質的多樣性。需要根據活性炭雜質，針對性地選擇脫附活性炭中雜質的技術。再生技術尚在發展中，對于活性炭中雜質的去除有限。為了保證活性炭可以有效的去除雜質并取得良好的應用效果，需要不斷發展再生技術，解決吸附雜質的問題。對于微生物再生和試劑氧化再生是較新的技術。每種方法都有優點和缺點，在解吸方面效果很好。必須按照工作要求，了解再生技術，掌握各項技術的應用優缺點，根據需要選擇除雜技術，同時考慮經濟影響。

二、傳統活性炭再生的不足

傳統的活性炭再有熱再生、生物再生和濕式氧化法。對于這些方法是應用最廣泛的再生。特別是經過有機廢水處理后，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，這會增加再生技術運行成本。生物再生方法的應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，循環后再生會下降。因此，生物再生應用是有限的。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，并且再生穩定，再生后無須額外加熱，對難降解的有機材料，會產生有毒的中間體。

三、活性炭再生技術的環保應用

（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，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。濕法氧化活性炭再生技術改進后，當溫度和壓力較高時，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果表明，與其他再生氧化技術相比，濕式催化氧化具有速度快和再生處理中環境污染少的應用優勢，并且應用范圍廣和處理效率高，產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，在再生技術的應用中需要開發廉價穩定的催化劑是濕法氧化技術的關鍵，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

超聲波再生法技術應用需要依靠聲音的頻率產生含空化氣泡，空化氣泡被分成具有一定能量的小氣泡，產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對含鉻飽和活性炭進行耦合再生。耦合技術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。活性炭微波輻射再生是在高溫下對有機物進行解吸和活化，然后恢復其吸附的新興方法。微波加熱不同于傳統的加熱，它具有加熱迅速和均勻的優勢，以及能量就地應用的優點，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部結構被破壞，但真空微波再生后凈吸附能力可以達到最高，優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，進行循環雙金屬降解后的廢水進行處理。可以發現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準。

（四）臭氧氧化再生

臭氧氧化再生技術的應用主要是以臭氧為基礎氧化劑，分解殘留活性炭中的有機物。并且該技術可以針對臭氧氧化的不足，對相關技術進行了耦合，以去除水體中的污染物。結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，避免環境污染。經過連續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工作原理是打破活性炭和溶質的平衡，這種方法通過溶劑的pH 值、溫度和濕度來平衡，從而使吸附質去除。根據相關運用溶劑的不同，可分為無機溶劑和有機溶劑，通過溶劑吸附物質的作用來改變吸附特性的特性。使用溶劑回收也會產生污染較小的廢液。對于活性炭再生技術，采用生物再生法，生物再生法技術悠久，已廣泛應用于許多領域。細菌分解吸附質并將其轉化為水和二氧化碳，因此活性炭可以重復使用?；钚蕴康奈⒖捉Y構很小，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生融合的狀態，對于相關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。大多數電化學再生方法依靠局部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，電化學再生pH 值必須考慮二次污染和加入pH 調節劑導致資源成本增加的問題[1]。

（六）電化學法和紫外光法

電化學再生的方法有攪拌反應器和電化學反應器。電化學在加工中產生電極。在外電場下，活性炭會發生一定的極化反應，形進而成電解槽裝置。吸附的物質會發生化學反應。這種方法可以很快達到較高復用效率。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，將物質轉化為二氧化碳和水等物質，紫外線照射可以加強熱效應，使這種方法應用具有明顯的優勢[2]。

（七）活性炭再生產生的廢氣處理

再生法和微波紫外線再生法產生的氣體是廢氣，熱再生法廢氣的主要成分是被吸附的元素，這些元素會轉化為氮和硫的氧化物和氯化氫等，這些氣體需要經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，通過稀堿溶液循環噴淋凈化。微波紫外輻射再生氣主要含有未反應的吸附劑和完全反應的酸性氣體，通過緩沖罐和分離罐從尾氣中吸附分離，而未反應的吸附物需要繼續反應。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格的檢查，以確保有效的環境管理[3]。

（八）固廢污染與環境治理

生物再生法和濕式氧化再生法會產生固體廢物，對于其他活性炭再生方法或多或少會產生一些固體廢物。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，嚴重影響環境。最推薦的固體廢物處理是安全焚燒和填埋。安全焚燒技術要求高，并且相關的投入成本較高，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，也就是說現場控制和遠程控制。從卸貨區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，在超臨界狀態下，對于相關壓力的微小變化都會導致溶解度發生變化。利用這一性質，可以以超臨界液體為萃取劑，調節壓力使喚溶質分離，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）。應用具有無毒、不易燃和對環境無污染等應用優勢，并且具有易獲得超臨界狀態的優點，是超臨界流體技術應用的首選。根據相關的研究數據，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生增加[5]。

四、結束語

綜上所述，在利用活性炭再生技術實現環保中，活性炭再生技術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方法，采用細菌培養法分解吸附材料。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生一些廢物，對環境也有一定的影響。