孟磊

【摘 要】在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，活性炭的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。由于活性炭單位價(jià)格較高且資源有限，如果不對(duì)活性炭的利用加以有效的控制，活性炭資源供應(yīng)將呈現(xiàn)緊張狀態(tài)，因此，關(guān)于活性炭再生工藝的應(yīng)用成為了業(yè)內(nèi)高度關(guān)注的課題。論文詳細(xì)介紹了一種活性炭的再生工藝設(shè)備，從技術(shù)管理、工藝流程等角度對(duì)其工藝優(yōu)化進(jìn)行闡述，旨在通過(guò)分析活性炭再生工藝技術(shù)，探究其技術(shù)要點(diǎn)和優(yōu)化效果，為普及活性炭再生工藝提供技術(shù)參考。

【Abstract】In the process of modern industrial production， the application of activated carbon is more and more extensive. Due to the unit price of activated carbon is high and the limited resources， if the utilization of activated carbon is not effectively controlled， the supply of activated carbon resources will be tight. Therefore， the application of activated carbon regeneration technology has become a highly concerned topic in the industry. This paper introduces a kind of activated carbon regeneration process equipment in detail， elaborates its process optimization from the perspective of technical management and process flow. The purpose of this paper is to analyze the technology of activated carbon regeneration， explore its technical key points and optimization effect， and provide technical reference for popularizing the regeneration process of activated carbon.

【關(guān)鍵詞】活性炭；再生工藝；優(yōu)化效果

【Keywords】 activated carbon； regeneration process； optimization effect

【中圖分類(lèi)號(hào)】TQ424.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）07-0179-021 技術(shù)原理

廢活性炭的再生工藝核心原理是通過(guò)再生反應(yīng)恢復(fù)活性炭的活性，其中溫度控制是保障活性炭性能恢復(fù)的關(guān)鍵。我們?cè)O(shè)定700℃、750℃、800℃、850℃和900℃五個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)。首先，將廢活性炭進(jìn)行簡(jiǎn)單的清洗祛除其表面雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)磁選工藝后進(jìn)入料倉(cāng)備用。然后進(jìn)行水炭比檢測(cè)，保障進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)的活性炭水分比例達(dá)到最佳狀態(tài)，再啟動(dòng)負(fù)壓裝置對(duì)活性炭進(jìn)行除異味處理，待所有雜質(zhì)和廢氣完全析出后進(jìn)入活化區(qū)進(jìn)行處理。

2 工藝流程

廢活性炭在進(jìn)行入庫(kù)處理前要保持一定的水分，可以通過(guò)烘干設(shè)備調(diào)節(jié)其水份含量，然后將雜質(zhì)含量較高的廢活性炭分揀出去，同時(shí)將游離的雜質(zhì)剔除掉。經(jīng)過(guò)篩選的活性炭需要經(jīng)過(guò)磁選將金屬過(guò)濾掉，之后傳入第一級(jí)料倉(cāng)。在第一級(jí)料倉(cāng)內(nèi)的廢活性炭通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)備導(dǎo)入第二級(jí)料倉(cāng)，傳送過(guò)程中廢活性炭在200℃左右的一級(jí)溫區(qū)環(huán)境下將多余水分蒸發(fā)掉，進(jìn)入二級(jí)溫區(qū)。在500～600℃環(huán)境下活性炭?jī)?nèi)殘留的雜質(zhì)和廢物經(jīng)過(guò)裂解反應(yīng)從活性炭中脫附，最后進(jìn)入800℃的三級(jí)溫區(qū)。在三級(jí)溫區(qū)的超高溫環(huán)境下，廢活性炭?jī)?nèi)的雜質(zhì)廢物基本得到了完全脫附，實(shí)現(xiàn)了活性炭活化效果。之后恢復(fù)活性的活性炭在傳統(tǒng)帶驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入到降溫區(qū)，經(jīng)過(guò)連續(xù)二級(jí)降溫，活性炭送至出料口進(jìn)行真空包裝。所有的廢活性炭在恢復(fù)活性的過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽和廢物雜質(zhì)都會(huì)由專(zhuān)業(yè)的負(fù)壓裝置負(fù)責(zé)導(dǎo)出，并且設(shè)備要經(jīng)過(guò)兩級(jí)除塵環(huán)節(jié)去除其多余碳成分。當(dāng)廢氣中的毒性物質(zhì)和污染物質(zhì)經(jīng)過(guò)降解過(guò)濾完成后才能進(jìn)入引風(fēng)機(jī)進(jìn)行二級(jí)吸附操作，并且經(jīng)過(guò)RO反滲透膜過(guò)濾后排出車(chē)間。

3 技術(shù)分析

3.1 再生率分析

廢活性炭的再生率是衡量活性炭再生工藝質(zhì)量的重要指標(biāo)，在生產(chǎn)過(guò)程中廢活性炭的含水量被稱(chēng)為炭水比，其中炭水比是對(duì)再生率及活性炭再生質(zhì)量影響最大的生產(chǎn)要素，所以做好炭水比等一系列指標(biāo)的控制至關(guān)重要。表1為活性炭再生工藝試驗(yàn)中常見(jiàn)要素條件。

根據(jù)表1的試驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：控制炭水比是保障再生率的關(guān)鍵，且溫度的把控十分重要。造成這種現(xiàn)象的原因主要是由于廢活性炭在不同溫度條件下其內(nèi)部廢物和雜質(zhì)的析出環(huán)境不同，在某些溫度環(huán)境下，廢活性炭的析出效果比較有限，隨著溫度不斷提升，析出速率逐漸加大，并在700℃以上時(shí)初現(xiàn)效果。這時(shí)如果停止升溫只增加作業(yè)時(shí)間，并不會(huì)對(duì)再生率和析出效果產(chǎn)生質(zhì)變，因?yàn)樵诖藴囟认履軌驌]發(fā)的物質(zhì)已經(jīng)基本析出，所以需要對(duì)廢活性炭進(jìn)行二次反應(yīng)。從表1中我們可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到800～850℃時(shí)，再生率可達(dá)到95%以上，這說(shuō)明如果想要廢活性炭中的雜質(zhì)和廢物成份完全析出，需要將二次反應(yīng)溫度區(qū)的溫度保持在850℃以上。

3.2 光學(xué)觀察和元素分析

在顯微鏡下對(duì)不同再生工藝作用下的活性炭?jī)艋ЧM(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)廢活性炭的表面比較平整光滑，基本不存在孔隙，由于活性炭在使用過(guò)程中吸附了大量的雜質(zhì)和有害有毒物質(zhì)，使其內(nèi)部孔隙全部被雜質(zhì)覆蓋。而觀察經(jīng)再生工藝處理后的活性炭表面孔隙情況，會(huì)發(fā)現(xiàn)原先被雜質(zhì)覆蓋和填滿(mǎn)的孔隙得到了恢復(fù)，光滑平整的活性炭表面變得粗糙，呈現(xiàn)出大量微米級(jí)孔隙，這表明經(jīng)過(guò)再生工藝處理后，原先被廢物雜質(zhì)填充的活性炭得到了有效凈化，孔隙內(nèi)的有毒有害物質(zhì)被析出，活性炭恢復(fù)活性。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證活性炭再生工藝的效果[1]，我們從化學(xué)分析角度對(duì)活性炭再生工藝前后的元素變化情況進(jìn)行試驗(yàn)，其詳細(xì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中我們可以看出，經(jīng)過(guò)活性炭再生處理后，其內(nèi)部元素結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了非常明顯的變化。在進(jìn)行再生工藝處理前，活性炭的主要成份除了C以外，還包括N、S、O等元素，其中氮和硫的含量較高，這說(shuō)明活性炭吸附了大量SO2或NO、NO2等有毒有害氣體。而經(jīng)過(guò)再生工藝優(yōu)化后的活性炭，其內(nèi)部炭的比重顯著上升，而硫和氮的比重隨之下降，包括氧等物質(zhì)的比重也有明顯下降，說(shuō)明之前吸附的有毒氣體被析出，活性炭又重新恢復(fù)活性。

3.3 特性分析

活性炭本身作為一種多孔狀碳元素吸附物質(zhì)，在剛剛出廠時(shí)應(yīng)當(dāng)是粗糙且不平整的，從顯微鏡下觀察能夠發(fā)現(xiàn)其表面呈現(xiàn)出凹凸不平和孔洞型結(jié)構(gòu)[2]。一般情況下，活性炭?jī)?nèi)部的孔隙呈現(xiàn)出無(wú)序的狀態(tài)，但總體而言其孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、比表面積越大，吸附能力也就越強(qiáng)，活性炭質(zhì)量越高。一般情況下測(cè)試活性炭性能的方法可以采用壓汞法或氮?dú)馕椒?。壓汞法的主要原理為：取小塊活性炭進(jìn)行壓汞分析，觀察活性炭再生工藝前后比表面積的變化情況；而氮?dú)馕椒ǖ脑碓谟谕ㄟ^(guò)多分子吸附理論來(lái)分析活性炭孔隙吸附質(zhì)量，一般情況下前者適用于孔隙較大的活性炭檢測(cè)，后者適用于微米級(jí)活性炭檢測(cè)。

3.4 吸附能力測(cè)試

活性炭吸附能力檢測(cè)是活性炭經(jīng)再生工藝處理后出廠前的最后一道工序，也是檢驗(yàn)其再生合格率的必須流程。一般的檢驗(yàn)方式包括苯酚吸附法、碘吸附法和亞甲基藍(lán)吸附檢驗(yàn)法等。其中碘吸附測(cè)試是較為常用的一種測(cè)試手段。由于活性炭具有非常強(qiáng)的碘吸附能力，因此用吸碘值來(lái)評(píng)估活性炭性能的方法是相對(duì)科學(xué)的檢測(cè)方法。對(duì)碘的吸附效果越明顯，則活性炭的比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。通過(guò)觀察再生產(chǎn)過(guò)后活性炭對(duì)碘吸附效果的檢驗(yàn)，測(cè)試再生活性炭的活化效果，能夠相對(duì)客觀的評(píng)估再生產(chǎn)效果。經(jīng)系統(tǒng)吸附測(cè)試檢驗(yàn)，在本文再生工藝下的活性炭活化效果基本能夠?qū)崿F(xiàn)較好的吸附效果，具備恢復(fù)上市條件。

綜上所述，由于活性炭的循環(huán)利用具有較好的發(fā)展前景，因此關(guān)于活性炭再生工藝的研究十分重要。通常情況下，活性炭能源的再生采用的是高溫負(fù)壓環(huán)境對(duì)廢活性炭進(jìn)行雜質(zhì)脫附，通過(guò)一系列先進(jìn)工藝恢復(fù)其活性。本文所介紹的活性炭再生工藝及相關(guān)設(shè)備具有較高的再生率，并且可以進(jìn)行持續(xù)性生產(chǎn)加工，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，具有良好的推廣價(jià)值。望本文研究?jī)?nèi)容得到相關(guān)企業(yè)及技術(shù)人員的重視，繼續(xù)深化活性炭再生工藝技術(shù)創(chuàng)新，深入探究活性炭再生工藝技術(shù)應(yīng)用，為提升活性炭循環(huán)利用價(jià)值，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展提供建設(shè)性意見(jiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】成建光，張忠達(dá)，王懷銀，等.活性炭再生工藝優(yōu)化與效果分析[J].投資與創(chuàng)業(yè)，2016，18（14）：136-139.

【2】范明霞，童仕唐.吸附重金屬離子活性炭再生工藝研究[J].工業(yè)水處理，2017，37（13）：182-184.