再生技術(shù)在冶煉廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

盧 芳，馬愛元*，李國江，崔 鵬

（1.六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004；2.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000）

活性炭是一種內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、具有很強(qiáng)的吸附能力的黑色多孔固體碳素材料[1]。其主要以木炭和煤作為主要原料，通過物理、化學(xué)方法將原料進(jìn)行粉碎、成型、催化劑活化、烘干、篩選等工序加工形成?；钚蕴扛鶕?jù)材料和用途不同，內(nèi)孔徑大小不一，基于活性炭是多孔性、空隙發(fā)達(dá)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的的含碳物質(zhì)，活性炭被人們廣泛適用于各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面、電力行業(yè)的電廠水質(zhì)處理和保護(hù)、化工行業(yè)的化工催化劑、食品行業(yè)、環(huán)保行業(yè)的污水處理及有害氣體的治理和凈化等等領(lǐng)域內(nèi)[2-6]。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的活性炭作為吸附劑處理有毒或有害的物質(zhì)，活性炭吸附物質(zhì)后導(dǎo)致孔隙被堵塞，其吸附能力降低，廢活性炭大量的堆存，廢活性炭堆存處理不但造成了資源浪費還會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。因此，對這些廢活性炭進(jìn)行資源循環(huán)利用勢在必行，然而，活性炭在吸附過程中由于吸附物質(zhì)和方法存在差異，近年來，很多文獻(xiàn)報道了廢活性炭的再生工藝研究，本文就廢活性炭的來源、再生方法和利用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對再生活性炭的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

1 廢活性炭來源

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及新產(chǎn)品的開發(fā)利用，活性炭在制藥行業(yè)、食品類行業(yè)、化工行業(yè)、能源行業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，隨之產(chǎn)生大量的廢活性炭。大量廢活性炭的產(chǎn)生不僅造成資源浪費還會造成環(huán)境污染所以要及時處理[7]。因此，進(jìn)行廢活性炭的再生是有必要的。

2 廢活性炭再生技術(shù)

活性炭再生，是將吸附一定吸附質(zhì)的飽和活性炭在一定物理、化學(xué)條件下進(jìn)行處理，將被吸附的吸附質(zhì)去除，使活性炭恢復(fù)一定的吸附能力，達(dá)到可以重新使用的目的[8]。

2.1 熱再生法

熱再生[9-11]是將吸附處理有機(jī)廢水后的活性炭進(jìn)行高溫處理的過程，由于有機(jī)物的性質(zhì)不同，在加熱到不同溫度時，會發(fā)生不同的變化，階段主要分為干燥、高溫炭化、活化。在干燥階段，主要是去除活性炭孔隙內(nèi)的可揮發(fā)成分，在干燥的過程中如果溫度升高的很快，會影響飽和活性炭的活化階段，在活化過程中溫度降得很低，會使大部分的吸附物變成揮發(fā)性物質(zhì)，溫度的高低對活性炭的影響很大，所以在加熱過程中要保持適宜的溫度范圍。高溫炭化階段，將吸附的有機(jī)物和殘留在活性炭空隙中的游離炭進(jìn)行炭化，溫度到達(dá)800℃～900℃?；罨A段，為了使活性炭微孔干凈，吸附性能得到恢復(fù)，通入CO、CO2、H或水蒸氣等氣體，在再生工藝中活化階段是重要的關(guān)鍵。

熱再生的優(yōu)點是再生效率高、操作簡單、使用成本低、可以提高活性炭的表面疏水性、應(yīng)用領(lǐng)域廣。同時也存在缺點，在熱再生過程中由于需要的溫度比較高，燒失比較大，造成得率較低、需要通過外加能源來加熱、投資和運行費用比較高。

2.2 電化學(xué)再生法

電化學(xué)再生法是目前最為廣泛研究的一種新型再生技術(shù)手段，在電解液的作用下，利用活性炭填充在兩極之間，通過直流電場，產(chǎn)生電場使活性炭發(fā)生極化作用，呈現(xiàn)陰陽極可以發(fā)生還原和氧化反應(yīng)，從而形成微電槽[12]，活性炭孔道吸附質(zhì)大部分可以分解，小部分則在電泳力的作用下發(fā)生脫附。

張會平等[13]通過研究pH值對苯酚在活性炭上的吸附平衡的影響，活性炭在不同電極上的電化學(xué)再生效率不同，通過不斷的攪拌有利于提高活性炭的電化學(xué)再生效率，利用NaOH堿法不僅提高了再生活性炭的效率而且還影響吸附苯酚后的活性炭再生。

電化學(xué)再生的優(yōu)點是效率高，選擇合理的處理工藝可以避免二次污染、能量消耗少、炭的損失少、操作簡單、在電解過程中使用電解質(zhì)的價格比較低。

2.3 微波再生

微波熱再生技術(shù)就是利用微波加熱來改變活性炭特性的一種再生方法。微波加熱是直接加熱物質(zhì)使物質(zhì)發(fā)熱，物質(zhì)的表面會不斷的擴(kuò)散使外部溫度小于內(nèi)部溫度，物質(zhì)只有吸收微波才能實現(xiàn)加熱，所以微波加熱具有一定的選擇性，因而相對節(jié)能高效。微波熱再生比傳統(tǒng)熱再生法具有優(yōu)越性主要表現(xiàn)在[14-16]：加熱速度快時間短，不需要加中間介質(zhì)，微波場中無溫度梯度存在，熱量分布均勻，效率高、能量消耗低、有很好的再生效率。

卜龍利[17]等通過對染料-酸性橙溶液的吸附，進(jìn)行了微波對廢活性炭再生的實驗。實驗中，經(jīng)過吸附的活性炭和再生循環(huán)兩次后，吸附能力沒有什么變化；但是經(jīng)過多次吸附和再生循環(huán)后，它的吸附能力下降，且消耗碳損失。

2.4 生物再生

生物再生法是利用微生物降解活性炭表面上的有機(jī)污染物[18]。這種方法的優(yōu)點是再生工藝和設(shè)備操作簡單、對活性炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成無損失、污染小、成本低投資少。缺點是吸附能力恢復(fù)有限、對吸附質(zhì)具有一定的選擇性、時間長存在的再生周期長。

2.5 超臨界流體再生

超臨界流體再生[19,20]是在溫度和壓力到達(dá)臨界值的變化過程，使有機(jī)溶解在飽和活性炭上進(jìn)行萃取再生。目前使用最廣泛的超臨界流體主要是二氧化碳，因為二氧化碳超臨界技術(shù)加工性能好、安全性高、低毒、無污染，所以超臨界CO2對活性炭是一個很好的再生方法。超臨界流體再生的優(yōu)點是：減少污染、在操作過程中對活性炭的利用沒有任何損耗、低溫，對活性炭的結(jié)構(gòu)無影響、可以很好的收集污染物、周期短節(jié)能。缺點是活性炭吸附質(zhì)必須能可溶于超臨界流體溶液中的，在高壓的設(shè)備中進(jìn)行，所以活性炭再生的過程受到限制，這種技術(shù)很難被廣泛使用。

2.6 超聲波再生

超聲波可以再生吸附物質(zhì)，是采用超聲空化利用能量和物質(zhì)間的相互作用的形式。在水溶液中產(chǎn)生微小的氣泡在超聲波的作用下，形成“空化泡”，空化泡會在溶液中不斷的擴(kuò)大和收縮形成小氣泡，小氣泡會使內(nèi)部和界面的溫度和壓力升高，導(dǎo)致H2O分解成-OH形式存在，同時產(chǎn)生的高壓會在吸附劑表面產(chǎn)生沖擊作用，通過氧化作用和熱分解使有機(jī)污染物有效的分解。超聲波的優(yōu)點在經(jīng)濟(jì)性上節(jié)能性好、能耗低、操作工藝和設(shè)備簡單、炭的損失少、可以回收有用的物質(zhì)等[21]。在發(fā)展發(fā)面有很好的潛能的。

3 再生活性炭的利用

通過飽和活性炭的吸附能力能使污水中的有機(jī)污染物凈化，就現(xiàn)在而言，活性炭用于水處理已經(jīng)較為普遍了，活性炭能夠很好的吸附工業(yè)廢水中的有機(jī)物等污染物，對水中的有害物質(zhì)進(jìn)行過濾，能夠使排放的廢水、污水達(dá)標(biāo)，不會造成環(huán)境污染影響。另外活性炭吸附還有很好的選擇性、可以回收有用金屬、方便使用等特點，所以利用活性炭對重金屬的吸附達(dá)到環(huán)保又方便的作用，因此對廢活性炭進(jìn)行資源再生循環(huán)利用是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。

4 結(jié)論

目前廢活性炭來源領(lǐng)域廣，且種類、成分復(fù)雜，直接導(dǎo)致循環(huán)處理再生廢活性炭技術(shù)繁多，雖然傳統(tǒng)再生技術(shù)趨于成熟穩(wěn)定，但開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的廢活性炭再生技術(shù)已成為廣大科研工作者關(guān)注的問題，也是企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益的便捷途徑。微波、超聲波等非常規(guī)技術(shù)手段的發(fā)展，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且屬于清潔、環(huán)保、無污染的綠色能源，這一類新再生技術(shù)的發(fā)展勢必在冶煉廢水處理中發(fā)揮很大的作用。