辐射技术对污染活性炭再生处理的研究

吴明红 钱群 包伯荣 周瑞敏
（上海大学环境与化学工程学院射线所 上海201800）

　　由于活性炭（AC）具有良好的吸附能力，因此被广泛应用于城市污水和工业废水的处理。但使用了一段时间后，活性炭的吸附能力就会下降以致完全丧失而成为“饱和炭”，为了经济地使用，必须对其进行再生。用于水处理的饱和炭，由于以不可逆吸附为主，要使牢固吸附在其表面的有机物脱附，恢复其活性，通常采用高温蒸汽法再生[1,2]。但这种方法再生活性炭的费用很高，而且再生后活性炭的重量损失也比较大。近年来，国外开始研究用辐照法再生活性炭。Wissell等人通过高能电子束用1MGy的辐照剂量再生吸附有机化合物的饱和湿活性炭，在加入化学氧化剂后，记录下了再生率，但细节却未见报道[3,4]。本实验采用高能电子束对在用于染料废水和模拟废水（含有十二烷基硫酸钠NaLa）处理的活性炭进行再生处理，并对其吸附能力的恢复进行了研究。采用粒状活性炭（筛号12×40）作吸收剂，其碘值为1040mg/gAC，水和活性炭的体积比约为3000:1，处理后活性炭的碘值为838 mg/gAC。另外，将一定数量的粒状活性炭分别加入4种不同浓度的NaLa水溶液中，并搅拌达到吸附平衡，得到四种吸附量不同的活性炭样品，其碘值如表1所示。

表1 活性炭样品制备 样品号 吸附量（g/gAC） 碘值（mg/gAC） 0 0 1040 1 0.05^a) 959 2 0.12^a) 817 3 0.23^a) 635 4 0.28^a) 536 5 废水^b) 838 a) 吸收十二烷基硫酸钠 b) 处理染料废水

　　在图1所示容器中铺上一层5～7mm厚的活性炭样品，将其预热到约110℃后，在水蒸汽、氮气和氧气环境下通过容器的不锈钢金属薄片窗口用2Mev的电子束辐照。在辐照过程中，用白金传感器来监测活性炭的温度，分配在活性炭上的剂量通过丙胺酸放射量测定器（日立电报有限公司生产）测定，活性炭层上下的辐照剂量差约为2%。经辐照后活性炭的重量损失可由辐照前后的重量（含吸附物）计算出来。辐照后活性炭的碘值通过JIS K1474测试方法测定，特定表面区域和微孔分配通过ASAP2000孔度计测量。

　　用高能电子束在氧气、氮气和水蒸汽环境下对吸附十二烷基硫酸钠和用于染料废水处理的粒状活性炭进行辐照，并对其吸附能力的恢复进行了研究。
　　实验结果表明，在氮气环境下采用高能电子束辐照可以将污染活性炭有效地再生，在氮气环境下，活性炭吸附能力恢复率最高，辐照后活性炭几乎没有损失。在辐照过程中，活性炭的温度高，电子束的电流大，活性炭吸附能力恢复率也就高，表明活性炭的再生主要是由吸附点的微加热引起的。这种方法有以下特点：
　　（1）工艺简单，不需要高温工艺。
　　（2）活性炭的损失率低（少于1%）。
　　（3）消耗的能量低（约为0.3kWh/kgAC）。
　　假设需要的辐照剂量为1.6MGy，再生的费用（运行成本）大致估计在常规高温蒸汽法的1/8～1/10，使用200kW的电子加速器，每年运行8000小时，可再生3600吨活性炭。

参考文献

1 Kazuyuki Chihara and U.M.Rmith, AICHE Journal, 127(2),213(1981)
2 Wu Minghong, Bao Borong, Radiation Physics and Chemistry, 53,431(1998)
3 D. Wissel, E. Bochler, C. Scholze, L. Haldenwang, W. Huhn, P. Ott, A. Heger, H.Dorschner and B.Ihme, Patent Ger.(East) No. DD 218, 037 (1985)
4 M. Kitajiam, H. Fujitsuka and H. Shinno, J. Material Sci. Lett., 9, 19(1990)