CN107552028B - 一种粉末状活性炭的再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末状活性炭的再生方法，属于活性炭再生技术领域，包括如下步骤：①混合：将活性炭、电解质和水在储水罐中混合，形成混合物；②超声处理：将步骤①所述混合物采用超声进行处理；③电氧化处理：将超声处理后的混合物进行电氧化处理；④循环处理：将电氧化处理后的混合物打回至储水罐，并进行超声‑电氧化循环处理；⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生；或，步骤②和步骤③的次序调换。本发明活性炭再生较为彻底，实现资源的回用和废物的零排放，且降低运行成本和投资成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭再生技术领域，具体地指一种粉末状活性炭的再生方法。
背景技术
活性炭的再生，就是将表面吸附有各种有机污染物的活性炭经过特殊处理，使其恢复绝大部分的吸附能力，以便重新用于吸附过程。
目前，各种实际应用的活性炭的再生方法有热再生法、溶剂再生法、生物再生法、化学药品再生法、电化学再生法、湿式空气氧化法以及超声再生法等。
其中，目前使用最多再生活性炭的方法是传统热再生法，但热再生过程耗能大，炭损耗较多，成本较高；
溶剂再生法条件温和，对活性炭结构无影响，再生效率高，但活性炭孔中有机物并不能完全除去，多次再生后，炭孔被堵，活性炭就无吸附效果；
生物再生成本较低，对活性炭影响小，但是适用性较低，有些有毒有害难降解物质就难以使用此种再生方法；
化学药品再生法虽然能彻底分解吸附在活性炭上的有机物质，但其自身以及氧化过程中所产生的各级氧化产物从活性炭上的脱附却较为困难，因而再生效果并不是很好，化学药品再生法的操作比较方便，但再生效率较低，只能达到60%~70%，而且会带来二次污染，使其应用受到限制；
电化学再生法作为一种高级氧化处理技术，其通过在电极表面产生羟基自由基等强氧化基团，使吸附的有机物得到降解，但该技术传质效果较差，且投资较大；
湿式空气氧化再生法及其衍生技术能彻底地摧毁有机物，再生效率高、炭的损失量少，但由于该法在高温高压下操作，运行费用高，且需要耐腐蚀耐高压的设备，因此投资较大；
而超声再生法仅适用于有机物物理吸附的处理，且处理效率低，再生不彻底。
申请公开号为CN 103846080 A的中国发明专利公开了一种活性炭再生方法，将化学溶液再生法和超声再生法结合起来，克服了化学溶液法再生不彻底的缺陷。其主要步骤为：将废活性炭与再生溶剂混合；对上述混合体系进行超声处理；超声处理后进行固液分离，再生溶剂回收利用；分离得到的活性炭进行水洗，水洗后抽滤得到活性炭；将上述获得的活性炭自然晾干即完成再生。但该方法仅属于污染物从活性炭内转移至溶剂内的转移过程，未能达到完全去除污染物的目的；且使用的溶剂中含有污染物，易造成二次污染。
申请公布号为CN 102974138 A的中国发明专利公开了一种光电协同再生粉末活性炭系统，其实质为热再生法与超声再生法的结合，虽然再生效率高，但运行费用也高，且需要耐腐蚀耐高压的设备，投资较大。
申请公布号为CN 105597717 A的中国发明专利公开了一种光电协同再生粉末活性炭的系统，其实质为电化学再生法配合曝气以带动传质、紫外灯以增强有机物的分解效果，包括依次连接的调节池、提升泵、光电协同再生反应器、沉淀池，光电协同再生反应器内设有紫外灯、负载二氧化钛的颗粒活性炭、BDD阳极、不锈钢阴极、隔网、环形的曝气管，曝气管连接有曝气泵，BDD阳极和不锈钢阴极与直流电源连接，调节池内设有搅拌器，沉淀池设有排水管和排碳管。系统在再生粉末活性炭的过程中，曝气的同时进行紫外照射负载二氧化钛的颗粒活性炭进行光催化反应、BDD阳极与粉末活性炭构成三维电极进行电化学氧化，隔网用于分离颗粒活性炭和粉末活性炭。能高效的对饱和粉末活性炭进行再生，尤其适用于环保领域产生的饱和粉末活性炭。但即使以曝气增强了传质，活性炭孔道内的污染物依旧可能存在降解不彻底的情况。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种粉末状活性炭的再生方法，结合超声对污染物的脱附作用，进一步将活性炭表面及孔道内“顽固”的污染物脱附出来，之后通过电氧化技术的强氧化作用，“超声-电氧化”交替进行，最终达到完全降解污染物的目的，从而活性炭得到再生；且处理后的水溶液中污染物基本被降解，故含电解质的水溶液还可以再次回收用于下批次的活性炭再生中。此外，本专利采用循环操作，可以增强传质效果，从而缩短反应时间，降低运行成本；且专利中使用的装置占地面积小，故投资较少。
为实现上述目的，本发明所设计的一种粉末状活性炭的再生方法，包括如下步骤：
①混合：将活性炭、电解质和水在储水罐中混合，形成混合物；
②超声处理：将步骤①所述混合物采用超声进行处理；
③电氧化处理：将超声处理后的混合物进行电氧化处理；
④循环处理：将电氧化处理后的混合物打回至储水罐，并进行超声-电氧化循环处理；
⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生；
或，步骤②和步骤③的次序调换，即：
①混合：将活性炭、电解质和水在储水罐中混合，形成混合物；
②电氧化处理：将步骤①所述混合物进行电氧化进行处理；
③超声处理：将电氧化处理后的混合物采用超声进行处理；
④循环处理：将超声处理后的混合物打回至储水罐，并进行电氧化-超声循环处理；
⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生。
固液分离后，水溶液回收利用于下一批次的活性炭再生中，得到的活性炭自然晾干即完成再生。
混合步骤中，将废粉末状活性炭、电解质和水在储水罐进行充分混合，其中电解质的主要作用为增强溶液导电性，使废粉末状活性炭中的有机物的降解反应顺利发生；
超声处理步骤中超声的主要作用为在粉末状活性炭内的有机物吸附点上施加能量，加速被吸附有机物的脱离效果；
电氧化步骤的主要作用为利用活性炭的导电性，在电解质的存在下，吸附于粉末状活性炭上或存在于水中的的污染物发生电氧化反应而被氧化分解，从而使粉末状活性炭得以再生；
循环处理步骤使得活性炭再次循环进行超声和电氧化处理，最终达到完全降解污染物的目的；
作为上述技术方案的优选，电氧化处理步骤中的阳极可采用钌铱氧化物、铱钽氧化物、二氧化铅或金刚石掺杂硼涂覆的钛电极，阴极选用钛电极或不锈钢电极。
作为上述技术方案的优选，步骤①所述电解质为硫酸盐、盐酸盐或硝酸盐中的一种或几种的混合物，活性炭和电解质的质量比为1:1~200:1。
作为上述技术方案的优选，步骤①中活性炭和水的质量比为1:10~1:50。
作为上述技术方案的优选，步骤①中还要加入氧化剂，所述氧化剂为双氧水、次氯酸钠、过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或几种的混合物。
作为上述技术方案的优选，所述活性炭与氧化剂的质量比为2:1~200:1。
作为上述技术方案的优选，所述活性炭与氧化剂的质量比为5:1~100:1。
作为上述技术方案的优选，电氧化处理步骤中电流密度为5~500mA/cm2，阴极板和阳极板的板间距为2~50mm。
作为上述技术方案的优选，循环处理步骤中的处理时间为10~600mins。
作为上述技术方案的优选，循环处理步骤中的处理时间为30~300mins。
作为上述技术方案的优选，超声处理步骤中超声的频率为40~120Hz。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明结合超声对有机物的脱附作用，进一步将活性炭表面及孔道内“顽固”的污染物脱附出来，之后通过电氧化技术的强氧化作用，“超声-电氧化”交替进行，最终达到完全降解污染物的目的，从而活性炭得到再生，再生较为彻底，再生率可达到90%以上。
（2）本发明处理后的水溶液中污染物基本被降解，故含电解质的水溶液还可以再次回收用于下批次的活性炭再生中，实现资源的回用和废物的零排放；
（3）此外，本发明采用循环操作，可以增强传质效果，从而缩短反应时间，降低运行成本；且使用的装置占地面积小，投资成本低。
附图说明
图1为活性炭再生处理设备结构示意图。
图中：储水罐1、污水泵2、超声反应器3、超声发生器4、超声控制器5、电氧化反应器6、电氧化电源7、阳极板8、阴极板9、排放口10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1~实施例3包括如下步骤：
①混合：将活性炭、电解质和水在储水罐中混合，形成混合物；
②超声处理：将步骤①所述混合物采用超声进行处理；
③电氧化处理：将超声处理后的混合物进行电氧化处理；
④循环处理：将电氧化处理后的混合物打回至储水罐，并进行超声-电氧化循环处理；
⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生。
实施例4~实施例6包括如下步骤：
①混合：将活性炭、电解质、氧化剂和水在储水罐中混合，形成混合物；
②电氧化处理：将步骤①所述混合物进行电氧化进行处理；
③超声处理：将电氧化处理后的混合物采用超声进行处理；
④循环处理：将超声处理后的混合物打回至储水罐，并进行电氧化-超声循环处理；
⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生。
实施例1~实施例6所述再生方法的涉及的物质配比及工艺参数分别见表1和表2：
表1 实施例1~实施例6涉及的物质配比
表2 实施例1~实施例6涉及的工艺参数
实施例1~实施例6所述再生方法的再生率、处理后水溶液的COD值见表3：
表3 实施例1~实施例6的再生率、处理后水溶液的COD值
对比例1和实施例1再生方法类似，仅未进行超声处理；对比例2和实施例1再生方法也类似，仅未进行电氧化处理。
对比例1和对比例2所述再生方法与的涉及的物质配比及工艺参数、再生方法的再生率、处理后水溶液的COD值分别见表4、表5和表6：
表4 对比例1和对比例2涉及的物质配比
表5 对比例1和对比例2涉及的工艺参数
表6 对比例1和对比例2的再生率、处理后水溶液的COD值
实施例7：参考图1，一种活性炭再生处理设备，包括一个储水罐1，依次与所述储水罐1相连通的超声反应器3和电氧化反应器6，所述电氧化反应器6的出口与所述储水罐1的入口相连通，构成循环回路；
所述储水罐1的底部设置有排放口10；
所述储水罐1通过污水泵2与所述超声反应器3相连通；
所述超声反应器3内设置有若干个超声发生器4，并通过超声控制器5控制其超声频率；
所述电氧化反应器6内交错设置有阳极板8和阴极板9，通以电氧化电源7进行通电。
Claims (8)
1.一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于，包括如下步骤：
①混合：将活性炭、电解质和水在储水罐中混合，形成混合物；
②超声处理：将步骤①所述混合物采用超声进行处理，超声的频率为40~120Hz；
③电氧化处理：将超声处理后的混合物进行电氧化处理，电氧化处理步骤中电流密度为5~500mA/cm2，阴极板和阳极板的板间距为2~50mm；
④循环处理：将电氧化处理后的混合物打回至储水罐，并进行超声-电氧化循环处理；
⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生；
或，步骤②和步骤③的次序调换，即：
①混合：将活性炭、电解质和水在储水罐中混合，形成混合物；
②电氧化处理：将步骤①所述混合物进行电氧化进行处理，电氧化处理步骤中电流密度为5~500mA/cm2，阴极板和阳极板的板间距为2~50mm；
③超声处理：将电氧化处理后的混合物采用超声进行处理，超声的频率为40~120Hz；
④循环处理：将超声处理后的混合物打回至储水罐，并进行电氧化-超声循环处理；
⑤固液分离：循环处理后的混合物进行固液分离，活性炭得到再生。
2.根据权利要求1所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：步骤①所述电解质为硫酸盐、盐酸盐或硝酸盐中的一种或几种的混合物，活性炭和电解质的质量比为1:1~200:1。
3.根据权利要求1所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：步骤①中活性炭和水的质量比为1:10~1:50。
4.根据权利要求1所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：步骤①中还要加入氧化剂，所述氧化剂为双氧水、次氯酸钠、过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：所述活性炭与氧化剂的质量比为2:1~200:1。
6.根据权利要求5所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：所述活性炭与氧化剂的质量比为5:1~100:1。
7.根据权利要求1所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：循环处理步骤中的处理时间为10~600min。
8.根据权利要求7所述的一种粉末状活性炭的再生方法，其特征在于：循环处理步骤中的处理时间为30~300min。
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