水热氧化法再生粉末活性炭的研究_李绍俊.pdf

以某山梨酸生产工艺中吸附饱和的废弃粉末活性炭为研究对象，采用水热氧化法进行再生处理，考察了初始氧分压、再生温度、炭浆浓度等因素对粉末活性炭再生效果的影响，并研究了再生废液及冷凝液的生化降解效果。结果表明，在初始氧分压为 、再生温度为 、炭浆浓度为的条件下，粉末活性炭的再生效果最佳，碘吸附值为 ，亚甲基蓝吸附值为 （），炭损失率为 ；水热氧化反应后，再生废液及冷凝液的生化降解效果明显。与传统活性炭再生工艺相比，该工艺具有再生效果好、反应时间短、无二次污染等优点。关键词：水热氧化；粉末活性炭；生化降解；再生中图分类号：，（.，.，）：，：，（），：；山梨酸具有较强的抑菌、杀菌作用，是目前公认的高效食品防腐剂，广泛应用于食品、饮料、烟草、农药、化妆品等行业；另外，山梨酸作为不饱和酸，也可用于树脂、香料和橡胶工业。在山梨酸生产过程中，除去粗品中的焦油是山梨酸精制工序中最关键的一步。工业上常采用水溶法、有机溶剂洗涤法、吸附法等，其中吸附法应用最多，如利用粉末活性炭的多孔结构，使焦油均匀吸附在其表面，进而提高山梨酸收率。粉末李绍俊，等：水热氧化法再生粉末活性炭的研究 年第期 活性炭吸附污染物后，自身也变成有毒有害的固体废物，若处置不当会造成二次污染及资源浪费，因此，活性炭的再生及回收具有重要意义。国内成熟的活性炭再生工艺有很多，如高温热再生法、化学再生法（溶剂再生法、氧化再生法、电化学再生法）、生物再生法、真空再生法、超声波再生法、微波再生法等。水热氧化法是一类高效的化学氧化技术，可在低于或高于水临界点的条件下操作，常用于污泥处理、电镀金属回收、放射性废物处理、活性炭再生等，特别适用于高浓度难降解有机废水的处理。在此，作者以某山梨酸生产工艺中吸附饱和的废弃粉末活性炭为研究对象，利用自制的水热氧化高压釜进行水热氧化再生粉末活性炭研究，考察初始氧分压、再生温度、炭浆浓度等因素对粉末活性炭再生效果的影响，并研究再生废液及冷凝液的生化降解效果，以期实现废弃粉末活性炭的无害化再生处理。实验 原料及装置某山梨酸生产工艺中吸附饱和的废弃粉末活性炭，具体物化指标为：碘吸附值 、亚甲基蓝吸附值（）、灰分 ；污水处理厂二沉池回流污泥，污泥浓度，污泥滤液 约为 ；冷凝液，水热氧化反应结束后，冷凝收集的反应釜泄压时排放的蒸汽。水热氧化高压釜（不锈钢材质，设计参数为：最高温度 、最大压力 、反应容积），自制。粉末活性炭再生效果评价称取一定质量的废弃粉末活性炭，测定含水率，并加水配制成一定浓度的炭浆。水热氧化再生实验在水热氧化高压釜内进行，炭浆用量为，再生时间为，搅拌速度为 ，进行多组实验，考察初始氧分压、再生温度、炭浆浓度等对粉末活性炭再生效果的影响。再生废液及冷凝液的生化降解效果评价取污泥，与再生废液冷凝液混匀，曝气反应；次日停止曝气，静置沉淀，排出上清液，同时补充再生废液冷凝液，继续曝气反应，取样测定 ，连续重复上述操作。分析方法采用 木质活性炭试验方法 碘吸附值的测定 测定碘吸附值；采用 木质活性炭试验方法 亚甲基蓝吸附值的测定 测定亚甲基蓝吸附值；采用 再生水中化学需氧量的测定 重铬酸钾法 测定 。结果与讨论 温度、压力与时间的线性关系水热氧化高压釜升温程序目标温度为 ，初始氧分压为 ，升温过程中温度、压力随时间的变化曲线如图所示。图升温过程中温度、压力随时间的变化曲线 由图可知，升温过程中温度随时间延长呈近线性升高，拟合得线性方程：.，.；压力随时间延长呈指数型增大，拟合得指数方程：.，。初始氧分压对粉末活性炭再生效果的影响 初始氧分压对碘吸附值及亚甲基蓝吸附值的影响（图）注：炭浆浓度、再生温度 图初始氧分压对碘吸附值及亚甲基蓝吸附值的影响 由图可知，随着初始氧分压的升高，再生粉末活性炭的碘吸附值及亚甲基蓝吸附值均逐渐减小；当初始氧分压为 时，碘吸附值及亚甲基蓝吸附值均最大，分别为 、（），粉末活性炭的再生效果最佳。初始氧分压对再生废液 及炭损失率的影响（图）李绍俊，等：水热氧化法再生粉末活性炭的研究 年第期 注：炭浆浓度、再生温度 图初始氧分压对再生废液 及炭损失率的影响 由图可知，随着初始氧分压的升高，再生废液 逐渐升高，炭损失率先降低后迅速升高；当初始氧分压为 时，再生废液 为 、炭损失率为 ，再生废液颜色透明；当初始氧分压增至 时，再生废液颜色较深。再生温度对粉末活性炭再生效果的影响（图）注：初始氧分压 图不同批次的粉末活性炭再生效果 由图可知，当炭浆浓度一定时，时再生粉末活性炭的碘吸附值及亚甲基蓝吸附值较高，再生效果优于 和 时的。实验发现，当初始氧分压为 时，、时反应压力分别为 、，再生温度的高低直接影响到反应压力的大小。因此，较高的再生温度和反应压力有利于粉末活性炭的水热再生。炭浆浓度对粉末活性炭再生效果的影响 炭浆浓度对碘吸附值及亚甲基蓝吸附值的影响（图）由图可知，当炭浆浓度从增至时，再生注：初始氧分压 、再生温度 图炭浆浓度对碘吸附值及亚甲基蓝吸附值的影响 粉末活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值变化不大；当炭浆浓度继续增至 时，碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别降至 、（），粉末活性炭的再生效果明显下降。这是由于，炭浆浓度持续增加会引起水热再生反应中吸附质从活性炭脱附的传质阻力增大，从而导致再生效果变差。炭浆浓度对再生废液 及炭损失率的影响（图）注：初始氧分压 、再生温度 图炭浆浓度对再生废液 及炭损失率的影响 由图 可知，随着炭浆浓度的增加，再生废液 先迅速降低后升高，炭损失率总体呈下降趋势；当炭浆浓度为时，再生废液 为 ，炭损失率为 。综上，在初始氧分压为 、再生温度为 的条件下，最佳炭浆浓度为，此时再生粉末活性炭的碘吸附值及亚甲基蓝吸附值与 炭浆浓度下的相差并不大，但是炭损失率的降幅较明显，可节约成本。再生废液及冷凝液的生化降解效果分别对再生废液及冷凝液进行连续曝气反李绍俊，等：水热氧化法再生粉末活性炭的研究 年第期 应，变化曲线如图所示。图再生废液及冷凝液生化降解的 变化曲线 由图可知，通过每日 的生化降解，后再生废液平均 从 降至 ；冷凝液平均 从 降至 ，再生废液及冷凝液的 去除率分别为 、。说明水热氧化后，液相生化降解效果较为明显，但 去除率有待进一步提高。经查阅文献，常规的生物接触氧化法的 去除率为 以上，亚硝化厌氧氨氧化耦合工艺的 去除率约为 ，序批式活性污泥法反应器的 去除率约为 。可能是由于，再生废液和冷凝液中仍存在山梨酸等物质，山梨酸会改变细胞壁、细胞膜的渗透压，使生物体内的代谢物逸出细胞导致其失活，其对微生物活性具有明显的抑制作用，会直接破坏细菌的脱氢酶系统，使得微生物无法彻底代谢降解有机物。后续研究还需排除山梨酸的干扰作用，提高再生废液中有机物的降解效果。结论（）在 初 始 氧 分 压 为 、再 生 温 度 为 、炭浆浓度为的条件下，粉末活性炭的再生效果最佳，碘吸附值为 ，亚甲基蓝吸附值为 （），炭损失率为 。（）水热氧化反应后，再生废液及冷凝液具有一定的可生化性，每日生化降解，后再生废液及冷凝液的 去除率分别为 、。参考文献：朱兆友，王龙龙，杨文玉复合法处理山梨酸废水的工艺研究化学与生物工程，（）：，（）：王国军山梨酸生产关键工艺探讨肉类研究，（）：，（）：樊强，顾平，袁艳林，等 粉末活性炭再生技术研究进展 工业水处理，（）：，（）：周琴，沈健，黄敏 活性炭的制备及再生研究进展 化学与生物工程，（）：，（）：王香莲，詹健，廖小龙微波辐照再生活性炭的研究江西化工，（）：，（）：曾雪玲，唐晓东，卢涛活性炭再生技术的研究进展四川化工，（）：，（）：李文明，付大友，李红然活性炭再生方法的分析和比较广州化工，（）：，（）：伏晓林，贾彪，王占鑫，等活性炭再生方法及其在水处理中的应用研究进展工业用水与废水，（）：，（）：唐受印，戴友芝废水处理水热氧化技术北京：化学工业出版社，：张晓雅砾间接触氧化工艺河水净化应用研究常州：常州大学，：，狄斐，隋倩雯，陈彦霖，等部分亚硝化厌氧氨氧化处理磁混凝生活污水中国环境科学，（）：，（）：陈李玉，李思潼，欧阳二明，等 盐度对活性污泥去除 及 的影响研究水处理技术，（）：，（）：万素英，李琳，王慧君食品防腐与食品防腐剂北京：中国轻工业出版社，