废活性炭再生技术及对应的环境管治研究
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作者:冯伟铭
摘要：本文详细介绍了目前应用广泛的废活性炭再生技术，剖析了各再生技术产生的主要污染物类型，以及相应的环境管理和治理措施，以推动废活性炭再生项目的多元化发展。
关键词：废活性炭;再生技术;环境管治
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）03-0-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.057
Research on waste activated carbon regeneration technology and corresponding environmental governance
Feng Weiming
（Canaan Energy Saving and Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Zhongshan Guangdong 528400，China）
Abstract：This article details the currently widely used waste activated carbon regeneration technology，analyzes the types of major pollutants generated by each regeneration technology，and the corresponding environmental management and control measures to promote the diversified development of waste activated carbon regeneration projects.
Key words：Waste activated carbon;Regeneration technology; Environmental governance
活性炭，又稱为活性炭黑，是一种经过破碎、过筛、活化、筛选等一系列工艺处理的碳材料，具有优异的吸附性能和稳定性，在工业、环境、农业等领域都有广泛的应用[1]。因此，废活性炭的再生技术应运而生并且受到广泛关注，废活性炭的再生技术对提高活性炭的经济效应和降低其对环境危害方面有着重要作用。本文将详细介绍废活性炭再生技术以及每个再生技术所对应的环境管理及治理研究。
1 废活性炭再生技术及环境污染分析
目前国内外在废活性炭再生技术领域的研究和实际应用中较常见的技术主要有热再生法、溶剂再生法、生物再生法、湿式氧化再生法和催化湿式氧化再生法。除此以外，还有一些新型的废活性炭再生技术，具有代表性的是电化学再生法和微波紫外辐射再生法。
1.1 热再生法
热再生法一般可以分为三个阶段，首先是饱和活性炭的干燥阶段。使用过后的活性炭中含有大量的水分，含量约为50 %，干燥阶段通过加热的方式将孔隙中的水分以及低沸点的有机物蒸发出去。其次是吸附物质的炭化阶段。这一阶段的温度在350℃以内，其目的是将活性炭孔隙中的挥发性物质以及沸点较高的有机物炭化处理，被吸附的高沸点有机物发生分解并炭化残留在活性炭孔隙中。最后是活性炭的活化阶段。该阶段温度在800～1000℃之间，主要使用二氧化碳和水蒸气等气体氧化上一阶段残留的碳，使其分解。有学者使用该方法再生了某制药公司用过的废活性炭，对工艺进行了改进使其达到最佳条件，结果表明再生活性炭的产率可以达到86.9 %，脱色率可以达到99.94 %[2]。
热再生法具有工艺时间短，再生率高，对废活性炭之前的用途无选择性，可以通用于各种用途的活性炭回收，而且再生过程中不会产生废液等优点。其产生的主要污染是废气污染。
1.2 溶剂再生法
溶剂再生法的基本原理是打破活性炭、吸附质以及溶剂这三者之间的平衡关系，主要通过改变溶剂中的酸碱度、温度、湿度等条件，使得原有的相平衡关系被打破，使得吸附质从活性炭中脱附。溶剂再生法根据所使用溶剂的不同可以分为无机溶剂再生法和有机溶剂再生法，主要可以通过以下几种方法实现：通过溶剂与吸附质的相互作用改变吸附质的性质;使用对吸附质亲和力大于活性炭对吸附质亲和力的溶剂来萃取吸附质。
溶剂再生法技术在使用时产生的污染主要是无机酸性或碱性废液和有机废液，其中无机废液可以采用中和处理的方式。
1.3 生物再生法
生物再生法历史悠久，自20世纪70年代以来在多个传统领域得到了广泛的应用。生物再生法的主要思路是用培养的菌种来处理废活性炭，使菌种分解吸附质，变成水和二氧化碳达到再生废活性炭的目的。生物再生法可以分为好氧和厌氧法，活性炭的微孔结构孔径小，最小的孔径只有几个纳米，菌种无法进入，因此，再生过程中微生物发生细胞自溶，微生物里的细胞酶会附着到活性炭表面形成酶促中心，使得吸附物分解，最后达到再生的目的。李亚新等人用生物再生法活化处理过苯酚的废活性炭，实现了81.6 %的再生率[3]。
1.4 湿式氧化再生法和催化湿式氧化再生法
湿式氧化再生法最初主要被应用于污水处理，其方法是通入空气或者纯氧气，氧化分解处于液相状态下的废活性炭里的吸附质。湿式氧化再生法是在高温、高压下进行的，一般分为两阶段进行，即氧气传质控制阶段和反应动力学控制阶段。催化湿式氧化再生法则是通过添加催化剂的方式提高湿式氧化再生法的再生效率，降低能耗。有学者用浸渍法制备铜催化剂，非均相催化废活性炭的湿式氧化再生过程，相较于无催化过程可以提高10 %的再生效率并降低10 %再生时间[4]。
该方法会存在粉尘和固废污染，对于这些固体废料需要实行产生、收集、储存一体化管理，过程中产生的危险废物可以交给有相关资质的单位处理。 1.5 电化学再生法
电化学再生法主要有两种工艺途径，两者的差异在于使用的反应器，一个是间歇搅拌槽反应器，一个是固定床电化学反应器。电化学再生法不是简单的二维电极体系，而是三维复极性电极体系，在外部电场的作用下，活性炭会发生复极化现象，形成大量的微型电解槽，而吸附在这些复极化活性碳上的颗粒会发生氧化还原反应。因为微型电解槽的数量巨大，可以实现较高的再生效率。张会平等人通过研究发现，电化学再生法能达到90 %的再生效率。
该方法潜在污染物是电解液的泄露或者排放。电解液一般选用酸性介质或者碱性介质，因此在处理电解液时可以选择对应的碱性溶液或者酸性溶液中和处理后排放至有相关资质废水处理资质的单位做后续处理。
1.6 微波紫外辐射再生法
微波紫外辐射再生法是加入紫外光照射将脱附的有机物转化为二氧化碳和水等简单的无机物质，并且紫外光的照射可以进一步强化微波法的热效应。使用微波紫外再生吸附有硝基苯磺酸钠的活性炭时，在功率500 w、空气流速0.024 m3/h的条件下，再生率可以达到99 %以上。
微波紫外辐射再生法产生的主要污染是废气污染，包括未发生反应的吸附质和反应之后的二氧化碳和水，可以通过尾气处理，将未反应的吸附质重复反应，反应完全的尾气净化后排放。
2 环境管理和治理研究
以上两节内容详细介绍了废活性炭再生技术与主要的环境污染分析，汇总如表1。
由表可以看出，虽然废活性炭再生技术各有不同，但主要产生的污染有共性。
2.1 废气污染及环境管治
热再生法和微波紫外辐射再生法工艺中产生的主要污染是废气污染。其中热再生法尾气中的主要成分是被吸附物中含有的碳元素、氢元素、氧元素、氮元素、硫元素和氯元素等，这些元素会在加热再生过程中转化成二氧化碳、氮硫氧化物以及氯化氢等气体，这些气体需要经过净化处理再排放。尾气中主要成分均为酸性气体，因此可以将尾气通入废气喷淋净化塔经稀碱性溶液喷淋净化处理。微波紫外辐射再生法尾气中主要有未经反应的吸附质以及反应完全的酸性气体，可以通过缓冲罐和分离罐將未反应的吸附质和酸性尾气分离，未反应的吸附质在反应器中继续反应而酸性尾气经稀碱性溶液喷淋净化处理。废气处理各个环节应该设置严格的气体检测装置，有效地保证环境管理。
2.2 废液污染及环境管治
溶剂再生法和电化学再生法工艺中产生的主要污染是废液污染，其中溶剂再生法产生的废液包括酸性和碱性的无机废液以及有机废液，而电化学再生法产生的废液包括酸性和碱性的无机废液。除了生产产生的废液外，还有车间地面清洗废水和生活污水。酸性和碱性废水可以先中和处理然后与清洁废水和生活污水一起采用综合废水处理。综合废水处理的工艺流程如图1所示：
处理完后的水理论上应达到《污水排入城镇下水道水质标准》 GB/T31962-2015，若未达到该标准，需再排放至有相关资质的水处理单位做进一步净化处理。
有机废液的处理至关重要。目前使用较多的有焚烧处理工艺、蒸馏处理工艺和物化加生化处理工艺。其中焚烧处理工艺包括预处理、高温焚烧、热量回收、烟气处理和烟气排放，是较为常见的有机废液处理工艺;蒸馏处理工艺包括沉淀或过滤、蒸馏装置、冷凝后收集馏出液、生化处理和釜底残液焚烧，是目前在化工领域最常用的一种工艺。
2.3 固废污染及环境管治
在生物再生法以及湿式氧化再生法的应用中会产生固废，其他的方法或多或少也会产生一些固废。处理固废造成的污染主要有以下几种方式：安全焚烧、填埋、土地处理以及海洋处理。土地处理和海洋处理会造成土地资源和海洋资源的浪费，严重影响环境，而目前更加倡导的固废处理方式是安全焚烧和填埋。安全焚烧对技术要求较高，投入的成本较大，所以尚未普及;而填埋成本低、工艺路线简单、专业化更强。
固废运输车到达、卸料以及离开卸料区，均由控制室的工作人员远程控制。卸料门的控制系统由人工和电子相结合的方式进行，即现场控制和远程控制。所有通过卸料区进入仓库的固废应该检测是否符合填埋要求，若不符合应该经过其他预处理后再填埋。
3 结语
活性炭用途广泛导致废活性炭的来源也同样广泛，这也导致了废活性炭再生技术的多样性，针对不同用途的废活性炭制定匹配的再生技术与相应的环境管治可以优化资源配置，提高再生工艺的效率，降低环境保护的成本。
参考文献
[1]李小豹.Fenton试剂再生活性炭的研究[D].长沙：湖南大学，2013.
[2]李宝华.危废活性炭热再生及其废气处理技术研究与应用——以福建某炭业公司废活性炭再生项目为例[J].海峡科学，2019（04）：15-18.
[3]李利容.工业废液处理工程实例[J].城市建设理论研究（电子版），2018，261（15）：83.
[4]王涛.工业园区一般工业固废填埋场设计与管理的研究[D].西安：西北大学，2016.
收稿日期：2020-01-05
作者简介：冯伟铭（1978-），男，汉族，大专学历，工程师，研究方向为大气污染防治等。
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