[发明专利]一种处理难降解有机废水的活性炭吸附‑电化学再生方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种处理难降解有机废水的活性炭吸附-电化学再生方法。

背景技术

难降解有机物种类繁多、性质多样，且大多具有生物毒性，如何高效、经济地处理难降解有机污染物一直是环保工作者们的研究热点。活性炭吸附法是一种应用较为成熟的处理技术，可以吸附大多数有机污染物，但吸附只是对污染物的富集，并没有实现有机物的降解。此外，吸附饱和后的活性炭若不加处理还会造成二次污染，现有的活性炭再生技术还存在再生率低、能耗高、通用性差等缺点，需要开发新的高效节能的活性炭再生技术。

为了高效、经济地处理难降解有机废水，我们提出了“活性炭吸附-电化学再生”工艺，先利用活性炭将废水中的有机物进行吸附富集，再将吸附饱和的活性炭利用三维电极电解法进行再生，实现活性炭的吸附-再生循环利用。

电化学再生采用独特的同时扩充阳极和阴极的三维电极电解形式，电极反应会产生氯气、次氯酸、过氧化氢、羟基自由基等强氧化剂，能快速、高效地氧化吸附在活性炭表面的难降解有机物。在确保出水水质达标的情况下，可通过降低再生频率、优化再生条件，来降低电化学再生的能耗，以实现难降解有机废水的节能高效处理。

活性炭，是一种应用广泛的吸附材料，其内部孔隙结构非常发达，具有比表面积大、吸附能力强的特点。活性炭吸附法在水处理中应用广泛，比如饮用水的处理、市政污水的处理、工业废水的处理以及水污染应急处理等。但活性炭的价格较高，吸附饱和后的活性炭若不经过处理就废弃掉，不仅会造成处理成本的大幅提高，还会造成二次污染问题。

活性炭的再生方法有多种，主要取决于活性炭的类型及其吸附物质的性质。目前，国内外应用较为成熟的再生方法主要有三种，即热再生法、化学再生法和生物再生法。

热再生法是在加热条件下使被吸附的有机物以解析、炭化、氧化的形式从活性炭上去除。热再生法的优点是再生率较高(70％～80％)、再生时间短、通用性强、不产生再生废液等。但热再生法也存在一些不可忽视的缺点：1)再生后的活性炭损失率较高(5％～10％)；2)再生能耗成本较高；3)炭表面的化学结构发生改变，比表面积减小；4)高温再生对再生炉材料要求高，再生炉设备投资高；5)反复再生会丧失吸附性能。冯云晓和腊明(广州化工，2016，44(19)：86-91)研究了对改性活性炭的热再生效果，发现在最佳条件下活性炭的损失率为18.7％，可循环使用次数4次，第4次再生后活性炭基本失活。

吸附高浓度、低沸点的有机物，适合采用化学药剂对活性炭进行再生。按药剂种类不同主要分为无机药剂再生和有机药剂再生。无机药剂一般使用无机酸(硫酸、盐酸)或无机碱(氢氧化钠)，有机药剂再生常用的药剂有苯、甲醇和丙酮等，适用于可逆吸附。化学药剂再生法的优点是针对性强、设备相对简单、可从再生液中回收有用物质、具有经济优势、活性炭损失小等。其缺点是：1)一般只针对单一物质再生，通用性较差；2)存在再生液二次污染问题；3)再生率低，微孔容易堵塞，多次使用后再生率明显下降。

生物再生法利用微生物对吸附在活性炭表面的有机物进行降解，从而使活性炭得到再生。由于活性炭能够将有机物长时间吸附在其表面，所以附着在活性炭表面的微生物能够将一些不易降解的有机物降解。生物再生法的优点是投资和运行成本低，对活性炭无危害作用。缺点是再生时间很长，吸附率恢复慢，且不适用于难生物降解的有机物。

针对传统活性炭再生方法的缺点，人们一直在探索新的更为经济有效的活性炭再生技术，如电化学再生法、超声波再生法、催化湿式氧化再生法及超临界流体再生。

电化学再生法是目前研究较多的一种新型的活性炭再生技术，该技术是将活性炭填充在阳极和阴极之间，电解液通常为氯化钠、盐酸、硫酸、氢氧化钠等，通入直流电，活性炭在电场作用下发生极化，形成微电解单元。再生过程一方面依靠电泳力使活性炭表面有机物脱附，另一方面依靠电解产物包括氯气、次氯酸、羟基自由基等强氧化剂氧化分解吸附质。电化学再生法的突出优点是再生效率高(80％～95％)，多次再生后再生效率下降不明显，且不产生二次污染。

目前，应用较多的活性炭再生方法主要包括热再生法、化学再生法和生物再生法等，这些方法还存在诸多缺点。热再生法再生后的活性炭损失率较高、再生能耗较高，化学再生法通用性差、再生效率低、且存在再生液的二次污染问题，生物再生法耗时长、且不适用于难生物降解的有机污染物。