Індекс змісту
Реактивація гранульованого активованого вугілля.
Основним механізмом, за допомогою якого органічні забруднення затримуються на поверхні CAG (Гранульоване активоване вугілля), є фізична адсорбція, і як така вона є оборотною. Теорія адсорбції вказує, що, змінюючи умови, в яких знаходиться вуглець, можна досягти десорбції або відшарування затриманих адсорбатів, залишаючи їх поверхню вільною.
Однак десорбція може бути дуже повільною і може не відновити всю або більшу частину початкової ємності вугілля. З іншого боку, хемосорбція не є оборотною, тому молекули, утримувані цим іншим механізмом, не вивільняться. І нарешті, є неорганічні молекули, які не були адсорбовані, але вони осідають на поверхні вуглецю, і елімінація яких не буде відповідати методам десорбції фізично адсорбованих молекул.
На щастя, графітова структура активованого вугілля робить цю тверду речовину дуже стабільною в дуже різних умовах. Він протистоїть високим температурам, а також різким змінам, він твердий і стійкий до стирання, на нього не впливають кислоти, луги та багато різних розчинників, хоча він реагує з сильними окислювачами. Виходячи з цих властивостей, існують так звані методи «реактивації» або «регенерації», за допомогою яких можна видаляти адсорбати різних видів та органічні та неорганічні речовини, що осідають на поверхні вуглецю. Залежно від адсорбату або забруднювача, про який йде мова, доведеться вибрати відповідний метод.
Активоване вугілля, яке вилучається з процесу, в якому воно було використано, називається «відпрацьованим вугіллям», незалежно від того, викидається воно або буде реактивоване.
Коли КАГ слід повторно активувати, бажано, щоб його опорна система була виконана із сопел, а не з гравію або піску, щоб запобігти змішуванню вугілля з певною кількістю частинок зазначених матеріалів.
Види реактивації вугілля.
Реактивація парою.
Він складається з циркулюючої водяної пари через шахту вугілля, не даючи їй конденсуватися, як у випадку санітарної обробки парою. Таким чином, органічні молекули десорбуються з летючістю, меншою або приблизно рівною волатильності води, тобто з температурою кипіння менше 100 ° C на рівні моря, і яка зберігалася фізичною адсорбцією.
Це широко використовуваний метод відновлення розчинників у повітряних потоках, оскільки відокремлені молекули зберігають свою початкову структуру. Як згадувалося в розділі 1.7, вугілля зазнає змінних циклів адсорбції-десорбції. У першому розчинник утримується до тих пір, поки вуглець не насититься. У другому розчинник десорбується, а суміш його та водяної пари відокремлюється декантацією або дистиляцією.
У разі обробки води реактивація парою може бути практичною у тому випадку, якщо забруднювач складається в основному із запаху або сполук з низькою молекулярною масою і, отже, летючими. Це не ефективний метод у випадку вугілля, яке було використано для дехлорування, оскільки поверхневі оксиди, що утворюються в цьому процесі, сильно пов'язані.
Чим вищий тиск використовуваної пари, тим вища її температура, і, отже, вона зможе десорбувати важчі сполуки. Максимальний тиск, при якому практично обробляється пара, становить 6 кг/см2 (абс.), Що відповідає температурі 160ºC.
Реактивація гарячими газами.
Він такий самий, як і попередній, але використовуються гази згоряння. У разі деяких наукових досліджень на лабораторному рівні, в яких потрібно реактивувати без втручання деяких окислювальних газів, десорбція здійснюється за допомогою інертного газу, який нагрівається опосередковано. Швидшого або ефективнішого результату також можна досягти за допомогою вакууму.
Термічна реактивація.
Це найбільш широко застосовуваний метод, оскільки він усуває практично всі органічні забруднювачі, що утримуються в результаті фізичної або хімічної адсорбції. Він також видаляє деякі неорганічні сполуки та руйнує оксиди та поверхневі групи. Отже, він реактивує вуглеці, що використовуються при дехлоруванні або для видалення хлорамінів, перманганату калію, озону та інших окислювачів. Цей метод заслуговує на спеціальний розділ і тому детально описаний у розділі 5.2
Реактивація кислотою.
Коли частинки деревного вугілля мають білий до світло-сірого кольору, вони, швидше за все, отруюються або блокуються карбонатом або гідроксидом кальцію. У цих випадках термічна реактивація не дозволяє усунути ці сполуки. Натомість промивання в розчині кислоти робить це.
Можна використовувати будь-який тип сильної кислоти, але соляна є найбільш поширеною. Готується розчин приблизно 5% за вагою, і вугілля заливається в ньому. Процес розчинення солей кальцію відбувається повільно. Точний час варіюється в залежності від того, наскільки отруєним вугіллям, але це може бути десь від 10 до 40 годин. Для досягнення більшої швидкості в процесі розчин нагрівають до 60-70ºC. Завдяки цьому час можна скоротити до пари годин.
Після завершення реактивації вугілля повинно повернутися до свого чорного кольору. Це не помітно, поки деревне вугілля мокре, тому слід взяти невелику пробу і висушити в конфорці або з запальничкою.
Реактивація шляхом зміни рН у водному розчині.
Коли здатність утримувати конкретний адсорбат залежить від значення рН, цю умову можна використовувати для його десорбції, тим самим регенеруючи вуглець. Наприклад, фенол адсорбується у відносно великих кількостях при низьких значеннях рН і зовсім протилежних при високих значеннях рН. Отже, якщо насичений цією сполукою КАГ промити 4% розчином соди, можна розчинити хороший його відсоток.
Цей метод не застосовується у промисловості водопідготовки, оскільки він не застосовується для більшості забруднень, які зазвичай утримуються в CAG. Його використання зводиться до дуже специфічних процесів, при яких вуглець адсорбує одну сполуку, таку як фенол.
Біологічна реактивація.
Біологічна реактивація СА відбувається при обробці води, оскільки, як було описано, бактерії, що розвиваються на поверхні вугілля, живляться адсорбованою біологічно розкладається речовиною. Цю перевагу можна також досягти в СА, як тільки вона буде вилучена з процесу адсорбції. Для цього вугілля поміщають у колону, через яку аерований і багатий на поживні речовини розчин рециркулює у вигляді розширеного шару. Цей метод знайшов застосування в галузі очищення стічних вод, досягнувши 80% регенерації за 96 годин. Однак поки що його використання нечасте.
Термічна реактивація та умови, щоб зробити це вигідним.
Термічна реактивація полягає у видаленні адсорбатів з відпрацьованого вуглецю за допомогою печі, рівної тій, що використовується для термічної активації змінного струму, але при нижчій температурі та при меншій концентрації водяної пари. Чим менше процес наближається до умов, в яких активується вуглець, виготовлений з тієї ж сировини, тим менше вуглецю втрачається в результаті окислення.
Гази, що утворюються в процесі реактивації, можуть містити забруднювачі повітря. Найпоширеніша технологія, щоб уникнути цього, - це форсаж, за яким слід скрубер. Форсажер окислює органічні сполуки, а скрубер затримує тверді частинки та розчинні хімічні речовини. Зазвичай у скрубері використовується вода, але якщо передбачається виділення кислих парів, використовуйте розбавлений розчин соди.
Термічна реактивація вугілля, яке не має достатньої твердості, не є вигідною, оскільки процес піддає вугілля низці рухів і ерозійних дій - потоку гарячих газів і стуку - що розбивають його та зменшують його розміри. З іншого боку, менш тверді вугілля є найбільш реакційноздатними в присутності окислювальних газів, а тому легше перетворюються на СО2.
У реактиваційній печі послідовно відбуваються такі явища:
- На першому етапі температура вугілля зростає, поки вона не досягне тієї, що відповідає температурі кипіння води. Більш леткі адсорбати виділяються, і вода випаровується. Чим більше вологого вугілля надходить для відновлення, тим більша кількість енергії, простору печі та часу приділяється випаровуванню води. Ось чому вугілля зручно декантувати і, якщо це можливо, попередньо висушити, перш ніж його знову активувати.
- Вугілля продовжує нагріватися, поки не досягне температури від 300 до 450 ° C. У цей період десорбуються інші органічні молекули, менш леткі, ніж вода.
- Недесорбовані органічні сполуки починають розкладатися. Це розкладання називається піролізом, і в результаті утворюється аморфний вуглець, який продовжує осідати на графітовій поверхні СА.
- Температура продовжує зростати, і коли вона перевищує приблизно 500 ° C, аморфний вуглець, що утворився на попередній стадії, починає реагувати з водяною парою, киснем, монооксидом та діоксидом вуглецю в потоці газу. В результаті утворюються інші газоподібні молекули водяної пари та окису вуглецю та діоксиду. Графітні пластини, що утворюють структуру СА, менш реактивні, ніж аморфні атоми вуглецю, і тому вони не реагують або не реагують суттєво.
Слід зазначити, що важливо підтримувати належну пропорцію водяної пари в суміші реактивних газів, а також обмежену концентрацію кисню. В іншому випадку високі температури призводять до газифікації графітового вуглецю. Досвід використання гранульованого бітумного та активованого вугілля кокосової горіха, що використовується у промислових та комунальних системах очищення стічних вод, свідчить про те, що 8-15% вуглецю втрачається за цикл реактивації. Ці втрати включають втрати, спричинені поломкою під час поводження та транспортування. Чим твердіше вугілля, тим менші втрати.
Зазвичай газові пальники на природному та газовому паливі працюють із 10-20 об.% Надлишку повітря, прагнучи, щоб у газах, що виходять із печі, було від 1 до 2% кисню. По відношенню до водяної пари атмосфера в реактиваційній печі не потребує більше 30% моль зазначеного елемента. З міркувань витрат слід шукати мінімальне співвідношення пари/реактивованого вугілля.
Дія водяної пари в процесі реактивації ефективна лише при температурах вище 600ºC. Отже, якщо мокре вугілля подається до печі, пара, що утворюється при нагріванні, не впливає на реактивацію - вона закінчується утворенням, коли вугілля не досягає 150 ° C.
Щоб відновити адсорбційну здатність вугілля, домагаються того, щоб на виході з печі воно мало таку ж видиму щільність, як і коли воно було незайманим. Реактивоване вугілля може мати поверхню від 90 до 110% площі вихідного вуглецю. У другому випадку це тому, що умови процесу вийшли за межі реактивації і породили нові пори.
Коли CAG, отруєний карбонатом кальцію, потрібно термічно реактивувати, для початку важливо промити деревне вугілля 5% соляною кислотою при 60 ° C, щоб усунути цю сполуку. Іншими словами, починати потрібно з реактивації кислоти. Причиною цього є те, що карбонат кальцію, що осідає на вугіллі, яке потрапляє разом із ним в піч, буде діяти як каталізатор для графітичної реакції газифікації вугілля. Це призводить не тільки до більших втрат змінного струму, але і до збільшення пор. Тобто, коли деякі графітові пластини реагують, між тими, що залишаються, є більші проміжки, а отже, пори, що утворюються, більші. Як наслідок, реактивований CAG надаватиме перевагу більшим молекулам.
Якщо вугілля має надлишок солей хлориду натрію в порах, непогано помити його перед тим, як поставити в духовку. Це пов’язано з тим, що зазначена сполука утворює евтектику з глиноземним вогнетривким матеріалом, який плавиться при 760 ° С. Іншими словами, термін служби вогнетривку зменшується. Щоб уникнути цієї проблеми, рекомендується промити деревне вугілля у воді перед подачею в піч.
Ще однією типовою проблемою в реактиваційних печах є утворення накипу, що пов'язано з наявністю солей натрію та калію та різкими перепадами температури в печі. Однією з найпоширеніших причин таких змін є зміни в подачі вугілля до печі. Коли накип утворюється, вона зростає, поки не буде потрібно зупинити піч, щоб видалити її вручну. Якщо піч безперервного типу, зупинка має дуже високу вартість.
Що стосується прибутковості процесу термічної реактивації, сучасна технологія може зробити привабливим для користувача встановлення власної печі, коли споживання вугілля перевищує 250 - 500 кг/добу, якщо поруч немає виробника АРУ. надає послугу активації.
Хоча багато виробників CAG пропонують послугу відновлення, остання є особливістю, оскільки вимагає:
- Налаштування змінних параметрів роботи печі, яке відрізняється від процесу активації.
- Можливість істотного варіювання часу перебування в духовці. Це пояснюється тим, що час, необхідний для активації вугілля, дуже різниться залежно від того, яке застосування вони мали. Наприклад, CAG, який використовується для очищення промислових стічних вод, вимагає в 4 рази більше часу, ніж той, що використовується для очищення води.
- Контроль виробництва, щоб уникнути змішування вугілля від різних користувачів. Якщо піч має безперервний тип, наприклад, ротаційну або багатоступінчасту, слід бути особливо обережним, оскільки час перебування в ній тривалий, і складно відокремити одну партію від іншої.
- Попросіть службу реактивації кислоти для видалення карбонату кальцію, якщо він є.
- Можливість скринінгу для отримання розміру частинок, заданого користувальницьким процесом.
Виробники деревного вугілля беруть плату за послугу відновлення, виходячи з ваги продукту, що виходить із печі, і ціна зазвичай становить 30-50% від ціни на ціле вугілля. Приймається мінімальна кількість, яка зазвичай перевищує 3 - 10 тонн. Вантажні перевезення не включаються, тому відстань між установкою користувача та установкою реактивації може бути фактором, який робить операцію вигідною чи ні.
В даний час екологічні норми багатьох країн не дозволяють утилізувати відпрацьоване вугілля з твердими побутовими відходами. Зазвичай компаніям, які збирають та приймають небезпечні тверді промислові відходи, слід платити вищу ціну, тому цей фактор необхідно враховувати при аналізі витрат.
Технічні та законодавчі вимоги щодо термічної реактивації гранульованого активованого вугілля (АГК), коли він вважається небезпечним відходом.
У тих країнах, які мають вдосконалене законодавство з питань навколишнього середовища, існують нормативні акти, які визначають, які матеріали вважаються небезпечними відходами. З ними слід поводитись особливим чином, або ж вони повинні бути відправлені до концзолів, які мають технічні елементи, що гарантують, що вони не забруднюватимуть довкілля.
Відходи можна вважати небезпечними згідно з різними критеріями, такими як: корозія, реакційна здатність, вибуховість, токсичність, займистість або біологічна активність. Виснажене вугілля буде визначено як небезпечне, залежно від кількості та типу забруднень, які воно утримує.
Існують стандартизовані тести, за допомогою яких аналізуються різні небезпечні характеристики. У випадку, якщо в результаті будь-якого з них вугілля розглядається як небезпечні відходи, воно не може бути відновленим або відправленим для повторного активування, якщо компанія, яка збирається проводити очищення, не має дозволів на його проведення.
Ці дозволи надаються, коли демонструється наявність устаткування та технічного персоналу, а також методології, яка забезпечує належну обробку відходів.
У випадку вичерпаного вугілля, яке вважається небезпечним і для якого необхідно застосовувати метод термічної реактивації, в США. Потрібно, щоб форсаж працював при температурі від 1000 до 1100 ° C і щоб гази мали час перебування в ньому не менше 2 секунд.
Також потрібна мийна башта, а також звіт про аналіз, за допомогою якого можна продемонструвати, що під час реактивації не утворюються небезпечні викиди. Нарешті, слід показати, що вуглець вільний від того, що робило його небезпечним перед обробкою.
Норми щодо небезпечних відходів, як правило, суворі щодо звітів та дозволів, які вимагаються як від споживача або виробника відходів, так і від компаній, що їх перевозять, тих, хто їх переробляє, або тих, хто їх обмежує. Крім усього іншого, влада сумлінно ставиться до кінцевого пункту призначення обробленого матеріалу. У випадку з CAG, необхідно буде повідомити кінцевий пункт призначення, який він матиме, і що в більшості випадків він буде обмежений тим самим додатком, який він мав спочатку.