[發明專利]一種處理難降解有機廢水的活性炭吸附?電化學再生方法

在審

• 申請號: 201710050535.3
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN107055670A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 陳亦力;李天玉;李鎖定;莫恒亮;李琨;高士強;楊志濤;張國軍;孟曉冬
• 申請（專利權）人: 天津碧水源膜材料有限公司
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;B01J20/34
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種處理難降解有機廢水的活性炭吸附-電化學再生方法。

背景技術

難降解有機物種類繁多、性質多樣，且大多具有生物毒性，如何高效、經濟地處理難降解有機污染物一直是環保工作者們的研究熱點。活性炭吸附法是一種應用較為成熟的處理技術，可以吸附大多數有機污染物，但吸附只是對污染物的富集，并沒有實現有機物的降解。此外，吸附飽和后的活性炭若不加處理還會造成二次污染，現有的活性炭再生技術還存在再生率低、能耗高、通用性差等缺點，需要開發新的高效節能的活性炭再生技術。

為了高效、經濟地處理難降解有機廢水，我們提出了“活性炭吸附-電化學再生”工藝，先利用活性炭將廢水中的有機物進行吸附富集，再將吸附飽和的活性炭利用三維電極電解法進行再生，實現活性炭的吸附-再生循環利用。

電化學再生采用獨特的同時擴充陽極和陰極的三維電極電解形式，電極反應會產生氯氣、次氯酸、過氧化氫、羥基自由基等強氧化劑，能快速、高效地氧化吸附在活性炭表面的難降解有機物。在確保出水水質達標的情況下，可通過降低再生頻率、優化再生條件，來降低電化學再生的能耗，以實現難降解有機廢水的節能高效處理。

活性炭，是一種應用廣泛的吸附材料，其內部孔隙結構非常發達，具有比表面積大、吸附能力強的特點。活性炭吸附法在水處理中應用廣泛，比如飲用水的處理、市政污水的處理、工業廢水的處理以及水污染應急處理等。但活性炭的價格較高，吸附飽和后的活性炭若不經過處理就廢棄掉，不僅會造成處理成本的大幅提高，還會造成二次污染問題。

活性炭的再生方法有多種，主要取決于活性炭的類型及其吸附物質的性質。目前，國內外應用較為成熟的再生方法主要有三種，即熱再生法、化學再生法和生物再生法。

熱再生法是在加熱條件下使被吸附的有機物以解析、炭化、氧化的形式從活性炭上去除。熱再生法的優點是再生率較高(70％～80％)、再生時間短、通用性強、不產生再生廢液等。但熱再生法也存在一些不可忽視的缺點：1)再生后的活性炭損失率較高(5％～10％)；2)再生能耗成本較高；3)炭表面的化學結構發生改變，比表面積減小；4)高溫再生對再生爐材料要求高，再生爐設備投資高；5)反復再生會喪失吸附性能。馮云曉和臘明(廣州化工，2016，44(19)：86-91)研究了對改性活性炭的熱再生效果，發現在最佳條件下活性炭的損失率為18.7％，可循環使用次數4次，第4次再生后活性炭基本失活。

吸附高濃度、低沸點的有機物，適合采用化學藥劑對活性炭進行再生。按藥劑種類不同主要分為無機藥劑再生和有機藥劑再生。無機藥劑一般使用無機酸(硫酸、鹽酸)或無機堿(氫氧化鈉)，有機藥劑再生常用的藥劑有苯、甲醇和丙酮等，適用于可逆吸附。化學藥劑再生法的優點是針對性強、設備相對簡單、可從再生液中回收有用物質、具有經濟優勢、活性炭損失小等。其缺點是：1)一般只針對單一物質再生，通用性較差；2)存在再生液二次污染問題；3)再生率低，微孔容易堵塞，多次使用后再生率明顯下降。

生物再生法利用微生物對吸附在活性炭表面的有機物進行降解，從而使活性炭得到再生。由于活性炭能夠將有機物長時間吸附在其表面，所以附著在活性炭表面的微生物能夠將一些不易降解的有機物降解。生物再生法的優點是投資和運行成本低，對活性炭無危害作用。缺點是再生時間很長，吸附率恢復慢，且不適用于難生物降解的有機物。

針對傳統活性炭再生方法的缺點，人們一直在探索新的更為經濟有效的活性炭再生技術，如電化學再生法、超聲波再生法、催化濕式氧化再生法及超臨界流體再生。

電化學再生法是目前研究較多的一種新型的活性炭再生技術，該技術是將活性炭填充在陽極和陰極之間，電解液通常為氯化鈉、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉等，通入直流電，活性炭在電場作用下發生極化，形成微電解單元。再生過程一方面依靠電泳力使活性炭表面有機物脫附，另一方面依靠電解產物包括氯氣、次氯酸、羥基自由基等強氧化劑氧化分解吸附質。電化學再生法的突出優點是再生效率高(80％～95％)，多次再生后再生效率下降不明顯，且不產生二次污染。

目前，應用較多的活性炭再生方法主要包括熱再生法、化學再生法和生物再生法等，這些方法還存在諸多缺點。熱再生法再生后的活性炭損失率較高、再生能耗較高，化學再生法通用性差、再生效率低、且存在再生液的二次污染問題，生物再生法耗時長、且不適用于難生物降解的有機污染物。