無煙煤濾料的的再生“復(fù)活”

　　用無煙煤濾料吸附過濾水中有機(jī)物或懸浮物雜質(zhì)時(shí)，有的運(yùn)行周期可達(dá)數(shù)年，而有的僅幾個月就飽和失效。失效的濾料有人稱為“飽和濾料”，如不處理即行廢棄。當(dāng)然，運(yùn)行周期的長短主要取決于進(jìn)水中吸附質(zhì)含量的多少。目前由于環(huán)境污染嚴(yán)重，天然水中有機(jī)物含量較多，以吸附水中有機(jī)物為目的的無煙煤濾料床的一般運(yùn)行時(shí)間較短。因?yàn)闉V料價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用很高，因此要求濾料重復(fù)使用，即要求失效后的能夠再生。

　　再生就是將失去吸附能力的失效濾料經(jīng)過特殊處理，使其重具活性，恢復(fù)大部分吸附過濾能力，以重新使用。

　　再生前，在選擇再生方法時(shí)，應(yīng)考慮下列問題：

　　1.再生前要了解無煙煤濾料所吸附的吸附質(zhì)性質(zhì)，對于含有揮發(fā)性可燃物質(zhì)的吸附質(zhì)不宜用熱再生法，給水處理用無煙煤濾料失效時(shí)吸附大量水中天然有機(jī)物，在進(jìn)行熱再生時(shí)。受熱分解會釋放出有異味的氣體，應(yīng)有相應(yīng)的對策。

　　2.要考慮再生后無煙煤濾料吸附能力的恢復(fù)程度，這應(yīng)當(dāng)通過試驗(yàn)確認(rèn)。對被濁度嚴(yán)重污染的無煙煤濾料。由于孔多被污泥堵塞，為提高再生效果，再生前還應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理(如酸洗)。

　　3.要考慮無煙煤濾料再生后機(jī)械強(qiáng)度降低程度及再生時(shí)損耗。

　　4.要估計(jì)再生經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，并與新無煙煤濾料進(jìn)行比較。

　　無煙煤濾料再生方法很多，如干式加熱再生、熱空氣再生、水蒸氣再生、微波再生、藥劑再生、強(qiáng)制放電再生、生物再生等。雖然方法很多，但能將無煙煤濾料吸附能力完全恢復(fù)的方法并不多。下面對幾種常見的再生方法作簡單介紹。

　　干式加熱再生

　　由于無煙煤濾料對水中有機(jī)物的吸附是物理吸附，是放熱反應(yīng)，因此利用升高溫度的方法。可以將無煙煤濾料上已吸附的吸附質(zhì)解析。以及讓吸附的有機(jī)物在高溫下氧化、分解、逸出，這就是高溫再生法的原理，也是所有加熱再生的原理。

　　這種方法的再生爐有立式再生爐(見圖430)，回轉(zhuǎn)再生爐(見圖4-31)，流化床再生爐、移動床式再生爐等。

　　失效的無煙煤濾料加熱再生過程一般分為五步：

　　1.脫水顆粒狀無煙煤濾料一般與水接觸，因此無煙煤濾料含水較多，在此步驟中將無煙煤濾料與水分離。

　　2.干燥在100-150℃下將無煙煤濾料中水分蒸發(fā)掉，此時(shí)還會將無煙煤濾料中吸附的低沸點(diǎn)有機(jī)物質(zhì)揮發(fā)掉。

　　3.炭化在300-700℃下將無煙煤濾料吸附的有機(jī)物質(zhì)分解，分解出的低分子物質(zhì)在此溫度下?lián)]發(fā)，當(dāng)然也有一部分有機(jī)物質(zhì)分解為碳。堵塞在無煙煤濾料孔內(nèi)。

　　4.活化在700-1000℃下，利用水蒸氣、CO2等氣體進(jìn)行活化，將無煙煤濾料孔進(jìn)行疏通及擴(kuò)孔，或重新造孔。這些氣體在850℃時(shí)與碳發(fā)生的反應(yīng)如下：

　　C+O2→CO2+24283.44J/mol

　　C+H2O→CO+H2-118067.76J/mol

　　C+CO2→2CO-162447.84J/mol

　　5.冷卻為防止氧化，在水中急冷。

　　通常，在炭化階段，其吸附性能恢復(fù)率可達(dá)60%-80%，進(jìn)一步用氧化性氣體活化時(shí)吸附性能會進(jìn)一步提高。氧對無煙煤濾料基質(zhì)影響很大，過量氧將會使無煙煤濾料燒損灰化，使無煙煤濾料損失率上升，強(qiáng)度下降，因此應(yīng)嚴(yán)格控制氣體中氧含量。

　　干式加熱再生的優(yōu)點(diǎn)是：由于活化溫度高，幾乎能去除所有的吸附有機(jī)物，再生恢復(fù)率高，再生時(shí)間短，不產(chǎn)生有機(jī)廢液，但是無煙煤濾料損失大〔損失率3% -10%)，再生時(shí)有廢氣排出，設(shè)備費(fèi)用大，再生成本高。

　　蒸汽吹洗再生

　　它是采用壓力0.105MPa、溫度122℃左右的水蒸氣對失效無煙煤濾料進(jìn)行吹洗，在受熱時(shí)，無煙煤濾料中一部分揮發(fā)性有機(jī)物逸出，一部分有機(jī)物分解，隨冷凝水排出，由于蒸汽溫度不高，吹洗時(shí)間要長達(dá)8-10h以上。這種方法再生效率低，但是無煙煤濾料損失少，操作方便，不需要專用設(shè)備，可以在無煙煤濾料床內(nèi)再生，不需進(jìn)行無煙煤濾料裝卸、運(yùn)輸。

　　微波再生

　　由于無煙煤濾料具有較高的介電損耗系數(shù)，為微波的強(qiáng)吸收物質(zhì)，所以無煙煤濾料在微波輻照1-2min后溫度會迅速升至650℃以上，無煙煤濾料中水分子及其他有機(jī)物被加熱而急劇揮發(fā)，產(chǎn)生蒸汽壓力，向外壓出，如果此時(shí)再輔以CO2進(jìn)行活化，則再生效果很好。

　　微波再生的影響條件是：再生溫度、時(shí)間、活化氣體種類、組成、流速、廢炭含水率等。

　　微波是由磁控管(或速調(diào)管)通過電壓的周期性變動而產(chǎn)生的，使吸收體內(nèi)部極性分子高速反復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生熱能。無煙煤濾料再生爐爐體為微波諧振腔，微波頻率有970MHz及2450MHz兩種。這種再生方法優(yōu)點(diǎn)是體積小，再生速度快，缺點(diǎn)是微波屏蔽困難，對人體有害，進(jìn)料含水率不宜大于25%，否則易燒結(jié)，而且不能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　化學(xué)藥劑再生

　　用化學(xué)藥劑對失效無煙煤濾料進(jìn)行再生的方法目前尚不成熟，再生率也不高，有的還處于研究開發(fā)階段。這一類方法所用藥劑可分為三種：堿、氧化劑及有機(jī)溶劑。由于很多有機(jī)物，待別是天然水中的天然有機(jī)物在堿溶液中是溶解的，當(dāng)無煙煤濾料吸附這些有機(jī)物后，用稀堿溶液進(jìn)行清洗，可以洗脫部分吸附的有機(jī)物。若對堿液進(jìn)行加熱，則洗脫效果可以提高。用于再生失效無煙煤濾料的氧化劑有氯、溴、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、雙氧水等。原理是用氧化劑將吸附的有機(jī)物氧化降解而脫附。用于再生失效無煙煤濾料的有機(jī)溶劑有笨、丙醛及甲醇等。用藥劑法再生，藥劑的選擇和再生效果主要取決于無煙煤濾料吸附的吸附質(zhì)性質(zhì)，特別是溶劑再生，只有當(dāng)吸附質(zhì)在該溶劑中落解度高時(shí)，再生才有效果。由于有機(jī)溶劑多為揮發(fā)性易燃品。不具備必要條件，工業(yè)上應(yīng)避免應(yīng)用。

　　強(qiáng)制放電再生

　　近年來，國內(nèi)發(fā)展了一種強(qiáng)制放電無煙煤濾料再生技術(shù)。該技術(shù)是利用炭自身的導(dǎo)電性和電阻，控制能量，使其形成電弧，對被再生的無煙煤濾料進(jìn)行放電。

　　當(dāng)具有一定能量的電流在無煙煤濾料炭粒的許多接觸點(diǎn)上通過，由于接觸點(diǎn)處電流密度很大(可達(dá)103--108A/cm2)，產(chǎn)生高溫及電弧，使炭粒溫度迅速達(dá)到再生溫度(800-900℃)。在高溫放電過程中會發(fā)生下述作用;

　　(1)高溫使吸附的有機(jī)物迅速氣化、炭化;

　　(2)放電電弧隙中氣體熱游離和電錘效應(yīng)，使無煙煤濾料吸附物在瞬間被電離分解;

　　(3)放電形成的紫外線使炭粒間空氣中氧部分變成臭氧，對吸附物起氧化作用;

　　(4)吸附的水在瞬間變?yōu)檫^熱水蒸氣，與炭化物進(jìn)行氧化反應(yīng)。

　　因此，強(qiáng)制放電再生技術(shù)雖然加熱時(shí)間短，但其再生效果良好。

　　電化學(xué)再生

　　該方法是將失效的無煙煤濾料放在電極中間，加入一定的電解質(zhì)(通常為2%NaCI)，進(jìn)行通電后，在陽極上析出氧氣和氯氣：

　　2Cl- -2e=Cl2

　　4OH- -4e=2H2O+O2

　　在陰極上有OH-生成：

　　2H2O+2e=H2+2OH-

　　由于再生電解槽無隔膜，發(fā)生下列反應(yīng)：

　　CI2+2OH-=ClO-+CI-+H2O

　　CIO-又可在陽極氧化生成氯酸和初生態(tài)氧：

　　6CIO-+3H2O-6e=2HCIO3+6H++4Cl-+3[O]

　　這樣，由于新生態(tài)氧、氯以及CIO-、HCIO3具有強(qiáng)氧化性，可使無煙煤濾料中吸附的有機(jī)物分解，起到再生的作用。

　　生物再生法再生精制無煙煤濾料

　　無煙煤濾料床長期運(yùn)行中，在無煙煤濾料顆粒表面有生物黏液產(chǎn)生，會將無煙煤濾料粒位枯粘鉆，如果對無煙煤濾料床出水進(jìn)行檢驗(yàn)，也會發(fā)現(xiàn)細(xì)菌數(shù)增多。這些都是由于無煙煤濾料在長期運(yùn)行中富集了大量有機(jī)物質(zhì)，為微生物提供極為良好的食源和繁致場所。從另外一個角度來說，微生物的存在有利于無煙煤濾料上吸附的有機(jī)物分解。生物再生法就是在運(yùn)行的無煙煤濾料上培養(yǎng)和馴化菌種。在微生物的作用下，消耗其吸附的有機(jī)物質(zhì)(它可以將其氧化成CO2及水)，恢復(fù)無煙煤濾料的吸附能力。

　　對失效的無煙煤濾料使用厭氧方法進(jìn)行再生，試臉表明再生后無煙煤濾料吸附能力有一定提高(見圖4-33)。還有對運(yùn)行中無煙煤濾料床每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次生物再生，再生時(shí)補(bǔ)充一定的氮、磷等營養(yǎng)元素，并加大供氧促進(jìn)好氣菌的繁殖，可使運(yùn)行的無煙煤濾料恢復(fù)一定的吸附能力。延長無煙煤濾料使用壽命。

　　還有人將失效無煙煤濾料加到有活性污泥的曝氣池中，利用活性污泥進(jìn)行生物再生。