活性炭再生方法.doc

活性炭常识活性炭的作用：防毒、除毒、脱色、去臭 活性炭具有一种强烈的“物理吸附”和“化学吸附”的作用，可将某些有机化合物吸附而达到去除效果，利用这个原理，我们就能很快而有效地去除水族箱水质中的有害物质、臭味以及色素等等，使水质获得直接而迅速的改善。 水族市场出售有多种活性炭产品，许多水族爱好者很难辨别它们的好坏。有的产品根本只是木炭而已，无法有效地去除有害物质，这种从表面上看起来象木炭的产品，通常具有光泽，最好不要购买。 好的活性炭产品是经过“活化处理”的，所谓“活化处理”是指在制造过程中，将活性炭的孔隙率给予显著地提高，使其更具吸附力。但是产品是否有经过“活化处理”用肉眼是很难辩识的，通常只能根据产品的特性说明去判断。 此外，在选购时请记住颗粒愈小，效果愈好。因为它的总表面积愈大，孔隙愈多。但颗粒也不可太细而成粉末状，以免造成使用上的不便，影响到过滤器的过滤流量。一般以粒度约为直径较佳。活性炭虽然可用予去除水质中的悬浮物，但它的空隙很快就会被悬浮物堵塞，而失去原来的功效。所以应该把它放置在过滤棉的下面，让过滤棉先处理掉水质中的悬浮物后，过滤棉无法处理的可溶性有害物质再交由活性炭来处理，但为防止颗粒太小的活性炭随着滤水的尾程流入水族箱内，也为了以后能方便地更换，最好是将它作为第二层过滤材料来放置，而将其他的过滤材料，诸如：生物过滤球、陶瓷圈等等放置其下。 使用活性炭应该注意一下几点：使用前要清洗去除粉尘，否则这些黑色的粉尘可能暂时会影响水质的清洁度。但建议不要直接用新鲜的自来水冲洗，因为活性炭的多孔隙一旦吸附大量自来水中的氯以及漂白粉，在随后放置到过滤器中使用时对水质造成的破坏，相信勿需我多言。靠平时简单的清洗，是无法将活性炭的多孔隙中堵塞的杂物清洁干净的。所以，务必定期更换活性炭，以免活性炭因“吸附饱和”而失去功效。且更换的时机最好不要等它失效以后再更换，如此方可确保活性炭能不断地把水族箱水质中的有害物质去除。建议每月更换活性炭的处理水质的效率与其处理用量相关，通常为“用量多处理水质的效果也相对好”。定量的活性炭被使用后，在使用初期应该经常观测水质的变化，并留意观测结果，以作为多长时间活性炭失效而更换的时间判断依据。在使用治疗鱼病的药剂时，应该暂时将活性炭取出，暂停使用。以免药物被活性炭吸附而降低治疗效果活性炭产品的再生 活性炭目前在环境保护，工业与民用方面己被大量使用,并且取得了相当的成效,然而活性炭在吸附饱合被更换后,使用单位均将其废弃,掩埋或烧掉,造成资源的浪费和对环境的再污染。 活性炭吸附是一个物理过程，因此还可以采用高温蒸汽将使用过的活性炭内之杂质进行脱附，并使其恢复原有之活性，以达到重复使用的目的，具有明显的经济效益。 再生后的活性炭其用途仍可连续重复使用及再生。 活性炭产品之间如何区分，应该如何选择活性炭呢？ 活性炭是由各种富含碳的原料制造而成。因此，用不同的原料制造的活性炭必然会有不同的特性。一般来说，以煤为原料制造的活性炭通常采用水蒸气或二氧化碳气体活化，产品的形状以颗粒状为主，其孔径分布以微孔居多，更适合于吸附液相和气相中分子量和分子直径较小的物质，吸附性能指标通常以亚甲蓝吸附值和碘吸附值表示；以木屑为原料制造的活性炭通常采取化学法活化，产品的形状以粉状为主，其孔径分布可通过调节化学活化剂的配比来进行控制，比较灵活，既可以制造出孔径分布以微孔居多的产品也可制造出孔径分布中孔（过渡孔）占较大比例的产品，后者则比较适合于吸附液相中分子量和分子直径较大的物质吸附性能指标以焦糖脱色率表示；以果壳类为原料制造的活性炭通常采取水蒸气和二氧化碳气体活化，产品的形状以颗粒状为主，由于其特殊材质的因素，其孔径分布介于上述两类活性炭之间，因此其应用范围更为广泛，缺点是受国内原材料的限制，成品较高。 活性炭有什么性能指标呢？ 活性炭产品的性能指标可分为物理性能指标、化学性能指标、吸附性能指标。三种性能指标对活性炭的选择和应用都起到非常重要的作用。 主要物理性能指标有：形状、外观、比表面积、孔容积、比重、目数、粒度、耐磨强度、漂浮率等。 主要化学性能指标有：PH值、灰分、水分、着火点、未炭化物、硫化物、氯化物、氰化物、硫酸盐、酸溶物、醇溶物、铁含量、锌含量、铅含量、砷含量、钙镁含量、重金属含量、磷酸盐等。 主要吸附性能指标有：亚甲蓝吸附值、碘吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎宁吸附值、饱和硫容量、穿透硫容量、水容量、氯乙烷蒸汽防护时间、ABS值等。 用过的活性炭怎样再生 再生是活性炭应用后的延伸工序，再生的方式随应用的具体情况而不同：有的边应用边再生，即边吸附边解吸；有的多次应用，合并再生；有的分散应用，集中再生。 再生方法可分为两大类： （1）加热再生 a、 热空气再生-以空气为脱附载体。 b、 水蒸气再生-低沸点溶剂用一般蒸汽，高沸点溶剂用过热蒸汽。 加热再生是常用的方法，过程如下： 干燥-加热到100150摄氏度蒸发活性炭中的水分和一部分低沸点有机物； 碳化-加热到300700摄氏度，挥发或分解一些有机物，有部分有机物碳化留在活性炭中。 活化-加热到700摄氏度以上，使留在活性炭中的碳和活化气体反应，逸出所生成的气态产物，重新造孔。 冷却-活化后急冷以防氧化。 （2）无热再生 （3）移动床再生 （4）流化床再生 （5）加热再生 （6）生物再生 （7）催化废炭再生 （8）微波再生 （9）超生再生 （10）化学法再生 （11）用表面活化剂再生(12)废水处理炭再生 活性炭是如何生产的呢？ 活性炭主要采用两种活化手段，一种是化学法，一种是物理法。化学法是用氯化锌或磷酸等化学品为活化剂，针对的原料主要为木屑；物理法是选用水蒸气或二氧化碳等为活化剂，针对的原料为煤、木材、果壳等。以下是两种活化方法的工艺流程：1、药剂洗脱的化学法 对于高浓度、低沸点的有机物吸附质，应首先考虑化学法再生。 (1)无机药剂再生。是指用无机酸(硫酸、盐酸) 或碱(氢氧化钠)等药剂使吸附质脱除，又称酸碱再生法。例如吸附高浓度酚的炭，用氢氧化钠溶液洗涤，脱附的酚以酚钠盐形式被回收，再生工艺流程见图1。吸附废水中重金属的炭也可用此法再生，这时再生药剂使用HCl等。 图1 吸附酚的饱和炭无机药剂再生工艺流程(2)有机溶剂再生。用苯、丙酮及甲醇等有机溶利，萃取吸附在活性炭上的吸附质。再生工艺流程见图2。例如吸附高浓度酚的炭也可用有机溶剂再生。焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和炭也可用有机溶剂再生。图2 有机溶剂再生工艺流程采用药剂洗脱的化学再生法，有时可从再生液中回收有用的物质，再生操作可在吸附塔内进行，活性炭损耗较小，但再生不太彻底，微孔易堵塞，影响吸附性能的恢复率，多次再生后吸附性能明显降低。12 生物再生法 利用经过驯化培养的菌种处理失效的活性炭，使吸附在活性炭上的有机物降解并氧化分解成C02 和H20，恢复其吸附性能，这种利用微生物再生饱和炭的方法，仅适用于吸附易被微生物分解的有机物的饱和炭，而且分解反应必须彻底，即有机物最终被分解为C02和H20，否则有被活性炭再吸附的可能。如果处理水中含有生物难降解或难脱附的有机物，则生物再生效果将受影响。 生物再生试验流程见图3。吸附试验时4柱串联运行，再生运行时4柱并联操作。 近年来利用活性炭对水中有机物及溶解氧的强吸附特性，以及活性炭表面作为微生物聚集繁殖生长的良好载体，在适宜条件下，同时发挥活性炭的吸附作用和微生物的生物降解作用，这种协同作用的水处理技术称为生物活性炭(Biological Activated Carbon，BAC)。这种方法可使活性炭使用周期比通常的吸附周期延长多倍，但使用一定时期后，被活性炭吸附而难生物降解的那部分物质仍将影响出水水质。因此在饮用水深度处理运行中，过长的活性炭吸附周期将难以保证出水水质，定期更换活性炭是必须的。图3 生物再生试验流程13湿式氧化法 这种再生法通常用于再生粉末活性炭，如为提高曝气池处理能力投加的粉末炭。将吸附饱和的炭浆升温至200250，通入空气加压至(300700) X104P，在反应塔内被活性炭吸附的有机物在高温高压下氧化分解，使活性炭得到再生。再生后的炭经热交换器冷却后，送入储炭槽再回用。有机物碳化后的灰分在反应器底部集积后定期排放。 湿式氧化法适宜处理毒性高、生物难降解的吸附质。温度和压力须根据吸附质特性而定，因为这直接影响炭的吸附性能恢复率和炭的损耗。这种再生法的再生系统附属设施多，所以操作较麻烦。14 电解氧化法 利用电解时产生的新生态O，C1等强氧化剂，使活性炭吸附的有机物氧化分解。但在实际运行中，存在金属电极腐蚀、钝化、絮凝物堵塞等问题。而不溶性电极-石墨存在体积大、电阻高、耗电大等缺点，因此尚未见在实践中应用。15 加热再生法 根据有机物在加热过程中分解脱附的温度不同，加热再生分为低温加热再生和高温加热再生。 (1)低温加热再生法。对于吸附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物的饱和炭，一般用 100200蒸汽吹脱使炭再生，再生可在吸附塔内进行。脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用。常用于气体吸附的活性炭再生。蒸汽吹脱方法也用于啤酒、饮料行业工艺用水前级处理的饱和活性炭再生。 (2)高温加热再生法。在水处理中，活性炭吸附的多为热分解型和难脱附型有机物，且吸附周期长。高温加热再生法通常经过850高温加热，使吸附在活性炭上的有机物经碳化、活化后达到再生目的，吸附恢复率高、且再生效果稳定。因此，对用于水处理的活性炭的再生，普遍采用高温加热法。 经脱水后的活性炭，加热再生全过程一般需经过下述3个阶段。 (1)干燥阶段。将含水率在5086的湿炭，在100-150温度下加热，使炭粒内吸附水蒸发，同时部分低沸点有机物也随之挥发。在此阶段内所消耗热量占再生全过程总能耗的50一 70。 (2)焙烧阶段，或称碳化阶段。粒炭被加热升温至150700。不同的有机物随温度升高，分别以挥发、分解、碳化、氧化的形式，从活性炭的基质上消除。通常到此阶段，再生炭的吸附恢复率已达到 6085。 (3)活化阶段。有机物经高温碳化后，有相当部分碳化物残留在活性炭微孔中。此时碳化物需用水蒸汽、二氧化碳等氧化性气体进行气化反应，使残留碳化物在850左右气化成CO2，CO等气体。使微孔表面得到清理，恢复其吸附性能。 残留碳化物与氧化性气体的反应式如下： C + O2 CO2 C + H2O CO+H2 C + CO2 2CO 高温再生过程中，氧对活性炭的基质影响很大，因此必须在微正压条件下运行。过量的氧将使活性炭烧损灰化，而过低的氧量又将影响炉内温度和再生效果。因此，一般的高温加热再生炉内对氧必须严格控制，余氧量小于1，CO含量为25左右，水蒸汽注入量为02-1 kgkg活性炭(根据炉型确定)。 活性炭再生设备的优劣主要体现在：吸附恢复率、炭损率、强度、能量消耗、辅料消耗、再生温度、再生时间、对人体和环境的影响、设备及基础投资、操作管理检修的繁简程度。 此外，任何活性炭高温加热再生装置中都需要妥善解决的是防止炭粒相互粘结、烧结成块并造成局部起火或堵塞通道，甚至导致运行瘫痪的现象。3 放电高温加热再生法31 方法简介 这是一种与传统高温加热再生方法完全不同的再生方法。传统方法是在密闭条件下，通过炉体间接或在炉内空间直接向活性炭加热，使炭由表及里地逐渐升温，最后达到850高温并通入水蒸汽。国外学者认为通常的加热再生升温速度不能超过10 mid，以防炭基质烧损，因此再生全过程长达6h。 而该方法是让炭自身迅速升温，使干燥、焙烧、活化三个阶段在510 min内迅速完成。不需要在密闭条件下操作，不需要通入水蒸汽活化。在达到高温850情况下可与空气接触，自然冷却，不至于全部灰化。其强度也不受影响，炭损耗率2，碘吸附恢复率95一100。放电再生法不仅效率高，能耗也低。干炭(干基含水率6左右)再生电耗仅018020 kWhkg活性炭。湿炭(干基含水率约86)再生全过程电耗约08kWhkg活性炭，此电耗值是多层耙式炉能耗的17，是热回收移动床再生炉能耗的15；是热不回收移动床再生炉能耗的110；是直接通电式二段炉能耗的12。 放电高温加热再生法与直接通电式再生法的类同点是利用了炭自身导电性并具有电阻这一特性。但放电高温加热再生是控制能量，使其强制形成脉冲电孤，对被再生的炭进行放电，放电频率在3 000 次min左右，使再生全过程在510 min完成，再生温度达到800-900。 国内研制成功的活性炭强制放电再生方法及装置(发明专利号85100619A)已应用在黄金矿山、热电厂、啤酒、饮料、化工等行业的活性炭再生多年，其原理见图11。再生量为100 ksh的强制放电再生炉平面尺寸仅为16 mX20m，高度为25m。近年来放电高温再生方法又有新的创新-活性炭调频放电脉动再生装置 (专利号 ZL012109576)，使放电高温再生装置效率更高，体积更小，再生量为100kgh的再生炉子面尺寸仅为 13 mXl2 m，高度仅20 m。是一种值得推广的活性炭再生装置。3.2 放电过程的功能 放电再生所以具有卓越效果，在于放电过程中有下述功能： (1)高温使吸附的有机物迅速气化、碳化。 (2)放电孤隙中的气体热游离和电锤效应，使活性炭吸附物被瞬间电离