活性炭再生新型工藝設(shè)備研制

1、活性炭再生新型工藝設(shè)備研制摘要近年來，水資源形勢在我國越來越嚴(yán)峻，大部分水 源已不適合作為飲用水源?；钚蕴课焦に囎鳛橐环N性能優(yōu) 異的深度水處理工藝，被廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)。該工藝需 投入活性炭數(shù)量較大，且價(jià)格昂貴。因此，我們研制出了一 種活性炭再生新型工藝設(shè)備一電熱再生，并根據(jù)其工藝參數(shù) 和工藝性能展開了一系列試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合要求， 且實(shí)用性能良好，能夠很好的滿足我國現(xiàn)有小型水廠的活性 炭連續(xù)再生要求，可以直接在水處理行業(yè)推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞活性炭；再生；工藝參數(shù)；工藝性能中圖分類號tq424. 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼a文章編號 1674-6708 (2013) 84-0099-021概述活性炭吸

2、附工藝作為一種性能優(yōu)異的深度水處理工藝， 相對于傳統(tǒng)水處理工藝，該工藝能有效地去除水中污染物， 并能使水突變活性大為降低，保證飲用水的安全。因此越來 越多的水廠采用活性炭吸附工藝，但該工藝的投入較高，且 活性炭價(jià)格昂貴。若引入活性炭再生技術(shù)的話，不僅能大力 推廣活性炭水處理技術(shù)，更能促進(jìn)發(fā)展水資源節(jié)約型循環(huán)經(jīng) 濟(jì)，為我國水資源的合理開發(fā)利用做出重大的貢獻(xiàn)?；钚蕴吭偕夹g(shù)是指在不破壞活性炭的原有結(jié)構(gòu)前提 下，采用物理、化學(xué)或生物化學(xué)等方法使其活性成分重新活 化達(dá)到重復(fù)使用目的的操作和方法。目前，活性炭再生工藝 技術(shù)主要有：熱再生法2、溶劑再生法3、電化學(xué)再生法 4、超臨界流體再生5、微波輻照再生

3、法6、濕式氧化 再生法7等。這些方法各有其特點(diǎn)和使用范圍。而在水處 理的應(yīng)用中，活性炭吸附的多為熱分解型和難脫附型有機(jī) 物，且吸附周期長，因此目前大部分水處理活性炭再生工藝 采用熱再生法。熱再生法是目前工藝最為成熟，工業(yè)應(yīng)用最多的活性炭 再生方法。其主要原理是活性炭在加熱的條件下，使被吸附 的有機(jī)物按性質(zhì)不用分別被解析、碳化和氧化。熱再生法一 般具有對吸附質(zhì)基本無選擇性、通用性能好、再生效率高和 再生時(shí)間短等的優(yōu)點(diǎn)。但也存在一些需要妥善解決的問題， 如炭粒相互粘結(jié)、燒結(jié)成塊并造成局部起火或堵塞通道，甚 至導(dǎo)致運(yùn)行癱瘓的現(xiàn)象。因此如何改進(jìn)和發(fā)展新型熱再生工 藝，在保持其髙再生效率的同時(shí)減少炭損耗

4、和能耗，提髙再 生炭吸附性能是目前活性炭熱再生工藝研究的重點(diǎn)所在。電熱再生技術(shù)作為一種新型活性炭再生技術(shù)，同時(shí)采用 了熱化學(xué)方法和電化學(xué)方法原理對活性炭進(jìn)行再生，并且具 有高再生效率、較低的炭損耗和較低的再生能耗等優(yōu)點(diǎn)，因 此具有更為良好的應(yīng)用性能和開發(fā)前景。2電熱再生技術(shù)的主要原理電熱再生技術(shù)主要利用活性炭顆粒流通過導(dǎo)電極板間 通道，將流動(dòng)的活性炭作為導(dǎo)體，直接通電產(chǎn)生焦耳熱，從 而獲得高溫加熱再生的效果。此外，由于爐內(nèi)產(chǎn)生的紫外線 能使炭粒間隙內(nèi)有限空氣中的氧部分地轉(zhuǎn)化為臭氧，形成局 部活化氛圍，從而能夠加速有機(jī)物的解析，達(dá)到加速活性炭 再生，改善再生炭性能的目的。3試驗(yàn)裝置簡介及試驗(yàn)樣品

5、分析3.1試驗(yàn)裝置簡介活性炭再生試驗(yàn)裝置基于電熱再生技術(shù)，將爐體設(shè)計(jì)為 三段式。其系統(tǒng)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分：給料器、 爐體、電源以及溫度采集裝置。再生爐爐體外層由耐火磚組成，兩側(cè)交替布置有三對石 墨電極板和剛玉絕緣板。另外，熱電偶布置在每段絕緣板通 道中部，用于顯示每段電極板加熱后活性炭的溫度。再生爐 電源系統(tǒng)由三個(gè)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源所組成，每個(gè)電源均用 于單獨(dú)控制一對石墨電極板之間的電壓或者電流，其優(yōu)點(diǎn)是 采用直流的方式比變頻更加穩(wěn)定地調(diào)節(jié)電壓。熱電偶在三個(gè) 測溫點(diǎn)測量出來的溫度通過數(shù)據(jù)采集器顯示在電腦上，可及 時(shí)地反映溫度變化。爐膛底部設(shè)有一個(gè)調(diào)節(jié)閥用于控制爐內(nèi) 活性炭的流量。經(jīng)過

6、反復(fù)試驗(yàn)，并綜合考慮再生效率、炭損 耗和能源消耗等因素，該裝置設(shè)計(jì)活性炭再生量為75kg/h, 主要針對3萬立方米/日處理能力的小型水廠。3.2試驗(yàn)樣品分析試驗(yàn)樣品采用北京第九水廠使用過的飽和炭，該炭的新 炭是由寧夏華輝活性炭股份有限公司生產(chǎn)的y15型柱狀活性 炭，該炭以太西無煙煤為主要原料，廠方提供其主要技術(shù)參 數(shù)如表1所示。性能型號直徑(mm)灰份(%)強(qiáng)度(%)表觀密度 (g/1)四氯化碳吸附值()碘值(mg/g)水溶灰()y-15 1. 5 2-15% 290 300-600 40-120 700-1300 w0. 5 表1 y15型柱狀活性炭性質(zhì)(廠方提供) 經(jīng)測量，新炭和飽和炭的主

7、要性質(zhì)參數(shù)如表2所示。樣品固定碳(%)水分(%)灰分(%)碘值(mg/g) 新炭 93. 18 0. 86 5. 69 1051飽和炭 32. 2 13.25 608表2新炭和飽和炭的主要性質(zhì)參數(shù)4試驗(yàn)結(jié)果及其分析4.1再生裝置中活性炭各種參數(shù)對再生過程的影響由于活性炭電熱再生爐是直接利用活性炭本身作為加 熱的載體，因此再生爐內(nèi)活性炭的各種參數(shù)直接關(guān)系到再生 效果。在再生爐中，再生工藝過程有四個(gè)可變操作參數(shù)以及 一個(gè)可變樣品性質(zhì)參數(shù)：電壓、電流、溫度、炭粒移動(dòng)線速 度以及飽和炭初始含水量等。由于顆粒狀活性炭在含水量大的狀態(tài)下，再生能耗較 大，因此，在樣品進(jìn)行試驗(yàn)前先經(jīng)曬干處理，蒸發(fā)掉大量水 分

8、，而查閱文獻(xiàn)可知，當(dāng)飽和活性炭含水量在5%以下時(shí)，最 符合再生工藝要求，能源損耗經(jīng)濟(jì)合理。如果將干燥后的飽和活性炭自然填充爐體內(nèi)，其電阻值 相當(dāng)大。但是通過試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)炭粒處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)， 活性炭的動(dòng)態(tài)電阻值隨著線移動(dòng)速度的增大而近似呈線性 下降?？紤]到活性炭吸附能力的恢復(fù)主要取決于活化時(shí)間與 炭粒平均溫度，我們需要選擇合適的移動(dòng)線速度。通過各項(xiàng) 綜合考慮和多次反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，選定活性炭移動(dòng)線速度為 3. 6mm/so 4.2再生溫度對再生效果的影響為了獲取盡可能不破壞活性炭微孔的最高溫度，且能使 被吸附物的易于解吸。本工藝裝置經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，為了 檢驗(yàn)再生效果，我們試驗(yàn)時(shí)選用了碘值、與表

9、征微孔直徑相 當(dāng)于10a的孔隙表面積作為主要鑒定指標(biāo)。當(dāng)再生溫度為850°c時(shí)，再生炭的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最好， 其碘值恢復(fù)率達(dá)新炭的98%。在700°c85ctc時(shí)，碘值隨溫 度的升高而增大，超過850°c后就逐漸減小，說明過高的溫 度影響活性炭的吸附能力，不適合作為再生溫度。4.3保溫時(shí)間對再生效果的影響由上一節(jié)分析結(jié)果可知，保持850°c的控溫時(shí)間，對于 活性炭顆粒中的吸附有機(jī)物的解吸和微孔恢復(fù)有著積極意 義，但溫控時(shí)間過長，也會(huì)造成炭燒損率增加，并使微孔局 部受損、中孔增加，只有正?？刂破浔販乜貢r(shí)間，才能既 獲得良好的再生效果，又減少不必要的燒損。根

10、據(jù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，我們得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)然保溫時(shí)間在 56s左右時(shí)（即控制炭的移動(dòng)線速度在3. 6mm/s左右），可以 獲得具有最佳再生效果的再生炭，此時(shí)飽和炭的再生率達(dá)到 了 9& 6%,再根據(jù)爐膛加熱段總長，可以推斷出此時(shí)再生爐 的再生時(shí)間約為13. 9mino4.4冷卻方式對再生效果的影響關(guān)于冷卻方式，我們進(jìn)行了在貧氧條件下（氮?dú)夥諊?進(jìn)行自然冷卻的方法和在爐膛出口經(jīng)過水急冷兩種方式對 再生炭碘值的影響。通過自然冷卻方式所收集的再生炭再生 效果相對較好，而水急冷導(dǎo)致同一再生溫度下再生炭的碘值 普遍下降約70mg/g100mg/g,占總值（按新炭1051計(jì)）的 7%10%,這與culp

11、等人的研究結(jié)論相吻合。4.5本裝置再生效果及能耗評估由于活性炭再生損耗占總運(yùn)行成本的30%45%,因此我 們必須特別重視再生收率?；钚蕴吭偕鷵p耗主要包括運(yùn)輸過 程損耗、干燥過程損耗、再生爐內(nèi)灼燒損耗以及再生炭收集 損耗等四個(gè)部分。通過測定再生炭與初始新炭的質(zhì)量變化來 確定活性炭再生損耗率（簡稱炭損耗率）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 1.8t新炭生成的飽和活性炭經(jīng)再生后質(zhì)量損失約為43kg, 損耗為2. 39%o此外根據(jù)各試驗(yàn)參數(shù)可計(jì)算得：整個(gè)再生爐 的熱效率為90. 5%,且整個(gè)再生系統(tǒng)的能耗大概為1 373大 卡/kg。5結(jié)論本項(xiàng)目以電熱再生原理為依據(jù)設(shè)計(jì)了一整套新型活性 炭再生工藝流程，并搭建了整套設(shè)

12、備，就其工藝參數(shù)和工藝 性能展開了一系列試驗(yàn)研究，最終獲得其最佳操作參數(shù)以及 工藝性能。本項(xiàng)目所研制的活性炭再生裝置實(shí)用性能良好， 能夠很好的滿足我國現(xiàn)有小型水廠的活性炭連續(xù)再生要求， 可以直接在水處理行業(yè)推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1張?zhí)旖』钚蕴吭谖覈嬘盟幚碇械膽?yīng)用研究進(jìn) 展j.生物質(zhì)化學(xué)工程，2009, 43 (2)： 54-60.2岳宗豪，鄭經(jīng)堂，曲降偉，逮秀.活性炭再生技術(shù)研 究進(jìn)展j.應(yīng)用化工,2009, 38 (11)： 1667-1670.3翁元聲，活性炭再生及新技術(shù)研究j.給水排水， 2004, 30 (1)： 86-91.4張會(huì)平，傅志鴻活性炭的電化學(xué)再生機(jī)理j.廈門 大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000, 39 (1)