初探污水深度处理活性炭工艺

摘要：活性炭吸附是城市污水深度处理的重要工艺方法之一。本文重点介绍了活性炭再生的微波辐照再生方法，将活性炭吸附更经济地应用到城市污水的深度处理中，为低浓度生活污水的深度处理提供一条新途径。

关键词：活性炭；微波再生；城市污水；深度处理

中图分类号： U664.9+2 文献标识码： A

前言：当污水厂进行尾水深度处理时，当活性炭的吸附作用达到饱和后需要实施再生操作处理，微波辐照再生法是一种既高效节能又省时的活性炭再生技术，会有很大的发展前景。

1 活性炭的基本性质

活性炭是由木炭、煤、稻壳等含碳化合物经过一种特殊处理制得的。此过程一般包括:将原料加热，在一定温度下使原有有机物80%炭化，然后利用活化剂使炭化物活化。因此活性炭具有巨大的比表面积和发达的微孔结构。所以活性炭具有较强的吸附能力，能够有效、快速的吸附大气及水体中的有机污染物。

2 活性炭的吸附作用

活性炭对物质的吸附主要通过活性炭表面分子与吸附质分子之间的范德华力、化学键力和静电吸引力等实现。根据它们不同的吸附机理，可以分为物理吸附、化学吸附和交换吸附。

在物理吸附中，活性炭等吸附剂表面分子与吸附质分子之间的作用力为范德华力，也就是分子间作用力，它是由分子间的瞬间偶极产生的。物理吸附的吸附量主要决定于吸附剂的比表面积，一般来说，比表面积越大，物理吸附量也越大。而且物质的吸脱附次数对吸附剂的活性影响也相对较小。

在化学吸附中，吸附剂表面分子可以与吸附质分子之间发生电子转移、原子重排、化学键的破坏和形成等化学作用。由于是化学相互作用，在经过多次吸脱附后，会对吸附剂的活性产生重大的影响。

交换吸附是基于吸附质离子通过静电作用吸附到吸附剂的带电点上。在吸附过程中，由于静电平衡，在吸附质离子吸附于吸附剂上时，吸附剂也会释放等量的电荷。

在现实的吸附过程中，一般这三种吸附都会同时存在，在我们利用活性炭处理污水时，就是利用了这三种吸附去除污染物。

3 活性炭在处理城市污水中的应用

随着城市人口的增长及经济的发展，城市居民生活污水的排放量日益增加，增加了河流的负担。城市污水以有机污染物为主，一级处理通常采用沉淀法去除有机物及无机悬浮物；二级处理釆用活性污泥法，利用微生物的代谢作用去除有机物；当对出水要求更高时，还要进行三级处理。活性炭处理是城市污水处理中不可或缺的，在污水处理中，活性炭的应用有两种方式:一是用于污水的三级处理中，二是用于污水的物理化学处理中，一般污水在经过化学混凝沉淀处理后，直接向污水中投放活性炭，或者在这两步操作之间经过过滤，消毒处理。

4 活性炭的再生方法

活性炭是广泛地应用于环境保护中的一种黑色多孔性固体吸附材料，可用于处理各种工业废水、治理大气污染中的脱硫脱氮等。近年来，随着活性炭制造业和应用领域不断扩大，不管从环保方面还是从经济方面考虑，都很必要进行活性炭的再生。活性炭的再生，就是指在不破坏原本结构的条件下，采用各种方法（如物理、化学、生物等方法）去除饱和吸附的活性炭中的杂质，使其恢复吸附性能并可以重复使用。目前，对于活性炭的再生方法，主要可以分为两类：传统再生方法和新兴的再生方法。传统再生方法包括溶剂再生法、热再生法和生物再生法；新兴的活性炭再生方法包括微波福照再生法、电化学再生法、超声波再生法和催化湿式氧化再生法等。这些方法有些已经在过内外成熟采用，有些方法还正在研究中，相信未来还会出现更多的科学方法。

4.1热再生法

热再生法是活性炭再生方法中发展历史最长、应用广泛、技术上最成熟旳方法。热再生法的原理是使被吸附在活性炭上的有机物在高温下以解析、氧化、炭化的形式从活性炭基质上消除。热再生法的优点是再生的时间短，再生率高；其缺点是再生损失大、运转条件严格，投资费用高等，而且再生过程中还容易发生炭粒之间相互粘结和烧结成块，从而有可能造成局部起火或堵塞通道。

4.2溶剂再生法

高浓度、低沸点的有机物吸附，宜采用化学药剂再生。根据所用溶剂的不同主要分有机溶剂再生和无机溶剂再生。无机溶剂再生一般釆用无机酸或碱等作为再生溶剂使吸附质脱除。叶李艺等研究了吸附苯酷后的活性炭碱再生工艺过程，以及多次再生对活性炭再生效率的影响，探讨了碱性溶剂再生活性炭的初步规律。常用的有机溶剂溶有剂有苯、丙酮和甲醇等。有机溶剂再生法适用于可逆吸附，如吸附高浓度酹的活性炭和处理焦化厂煤气废水的活性炭的再生。

溶剂再生法设备简单，经济成本低；可从再生液中回收有用物质；整个再生过程在吸附塔内进行，活性炭损失较小。但是一般只能针对单一物质再生，应用范围较窄；再生率低，微孔容易堵塞，多次使用后再生率明显降低；并且存在再生液二次污染的问题。

4.3生物再生法

生物再生法是利用微生物的代谢作用将活性炭表面吸附的有机物降解，使活性炭再生。但对于不能被微生物降解的有机物，生物再生法的使用会受到限制。

生物再生法的优点是再生的工艺和设备简单，投资和运行费用都很低，且方法本身对活性炭无危害作用。缺点是再生时间长，吸附率恢复缓慢，对于难生物降解的有机物不适用。

4.4超声波再生法

利用超声波的脉动对活性炭进行搅拌，对其吸附表面施加能量，通过“空化泡”爆裂的冲击，使被吸附物质得到足够的能量以脱离吸附表面重新回到溶液中去，从而达到活性炭再生的目的，这种方法就是超声波再生法。

超声波再生具有能耗小、工艺设备简单、活性炭损耗小以及有用物质的有利回收等优点。缺点是该方法只对物理吸附有效，且活性炭孔径大小对再生效率有很大的影响。

4.5催化湿式氧化再生法

在高温高压下，以空气或氧气作为氧化剂，把处于液态下的活性炭吸附质氧化分解从而达到活性炭再生的目的，这种方法叫做催化湿式氧化再生法。

催化湿式氧化再生法的优点有：反应时间短，处理对象广泛，再生效率稳定，活性炭损失小，再生开始后无需另外加热。缺点是再生效率低，对再生设备的要求较高，需耐腐烛、耐高压，再生过程中产生废气会造成污染，还需进一步处理。

5 微波辐照再生法

之所以可以用微波福照的方法来再生，是因为活性炭吸附的吸附质中大部分是强极性物质，比活性炭本身具有更强的吸收微波能力。被吸附在活性炭中的极性物质的分子会在微波场的作用下产生偶极转向极化现象，使电磁场能转化成热能，温度上升达到1000℃以上，吸附质在该温度下发生挥发或分解脱离，此时通入二氧化碳、水蒸气等高位活化气体在活性炭表面重新造孔。与此同时活性炭本身也会吸收微波温度升高，使一部分炭燃烧二损失，而孔径扩大，使活性炭的吸附活性恢复。

微波由于特殊的波长对物体具有非常强的穿透作用，因此能对物体进行深层的加热。现在微波技术对吸收剂进行再生，与传统的热再生技术相比，微波再生具有显著优点:效率高、速度快、物体受热均匀、能耗低，再生时具有非常快的解吸速度，并能够实现对吸附质的选择性加热。

微波福照再生适用于吸附了各种吸附质的活性炭。活性炭微波福照再生所需时间与传统热再生相比大大减少。再生后活性炭吸附能力比传统加热再生法小，但电耗是热再生法的1.94%。微波再生活性炭再生损失也远低于传统热再生。影响再生活性炭吸附能力的关键因素是微波功率，其次是微波福照时间和活性炭吸附量；随再生次数增加，再生时活性炭局部表面形成“电弧”，使活性炭再生损失增加，但远低于传统热再生；微波加热使活性炭孔隙结构发生改变，比表面积、微孔容积和平均孔径增大，提高了再生炭吸附和传质能力。

结语：

在城市污水厂尾水深度处理方面，活性炭吸附的方法有着其重要的现实意义。我国以后在加强污水处理技术的基础上，应该尽量减少成本的投入，还应该加强人们的节水意识，有效减小污水处理的压力。

参考文献：

1 包金梅，凌琪，李瑞.活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用[J].四川环境，2011，30(3).

2 李秀辉，于海波.活性炭吸附水中污染物[J].广州化工，2011，39(1).