一种易于再生的混合活性炭及COD降解系统的制作方法

本发明涉及污水处理领域，更具体的涉及一种易于再生的混合活性炭及COD降解系统。

背景技术：

近年来，中国工业化和城市化的快速推进，生活污水和工业废水的种类和排放量日益增加，污水向环境的排放导致自然界水体水质不断恶化，环境污染的压力加重，对生态安全和居民健康构成严重的威胁。

COD(化学需氧量)是污水中的污染物之一，主要是有机污染物。这些有机物如果不进行处理，一方面会造成水体黑臭，无法自净，另一方面还会沉积水体底层，对水生动植物造成持久毒害，此外，往往污水中的有机污染物含有难降解的毒性物质，这些物质常有致癌、致畸形、致突变的作用，如若不及时降解处理，对生态和人类都会造成危害。

目前对于污水中COD的降解，主流方法采用生物法、电化学和化学氧化法，缺点是设备占地面积大，处理周期长，还存在污泥二次污染的问题，采用化学法更是对环境产生不利影响；采用物理或膜过滤的方法，能耗高，材料浪费较多，且不可再生，工艺复杂不便于管理。其中吸附法是采用多孔性的固体吸附剂，利用同一液相界面上的物质传递，使废水中的污染物转移到固体吸附剂上，从而使之从废水中分离去除的方法，如活性炭吸附法，活性炭再生，传统的活性炭再生方法是加热和化学溶剂法，缺点是普通活性炭易碎、损耗大，而溶剂再生后污染物转移至液态，仍要继续进行后续处理才能使污染物无害化，大大增加了工艺的复杂性。因此开发一种一种易于再生、低损耗、高效、环保的活性炭，应用于污水COD降解，非常有现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种易于再生的混合活性炭及COD降解系统。

本发明所采取的技术方案是：

一种易于再生的混合活性炭，含有椰壳活性炭、核桃果壳活性炭、煤炭、粘结剂、以及金属单质或金属氧化物；所述的金属单质或金属氧化物为锰、铁、锌或其氧化物中的一种。

一种易于再生的混合活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将椰壳、核桃果壳、煤按重量比(1～4)：(1～2)：(1～2)混合，于500～650℃碳化，粉碎至300～500目，制得活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与纳米级的金属单质或金属氧化物按重量比(1000～200)：1混合，850～950℃高温活化，制备出0.5～1.0mm的柱状活性炭；所述的金属单质或金属氧化物为锰、铁、锌或其氧化物中的一种；

(3)将步骤(2)制得的柱状活性炭和1～2mm椰壳活性炭按重量比1：(1～3)混合，添加粘结剂挤压成型，制得混合活性炭。

一种有效降解COD的水处理系统，包括内部中空且两端敞口的碳柱筒、蒸汽扩散管、排出管、蒸汽发生器以及污水提升单元，所述碳柱筒的两端分别通过上端盖和下端盖将碳柱筒的两端封堵后形成填充腔，所述填充腔的中下部填充有易于再生的混合活性炭后将碳柱筒内部分成上部的进水区和中下部的过滤区，所述蒸汽扩散管的扩散端穿过上端盖伸入易于再生的混合活性炭中后扩散端的下端靠近下端盖，位于过滤区中的所述扩展端外表面布置有多个连通蒸汽扩散管内部的排气孔，所述蒸汽发生器通过管道和第一单向阀与蒸汽扩散管的进气端连通，所述污水提升单元通过污水进水管穿过上端盖后与进水区连通，所述排出管的一端穿过下端盖后与过滤区的下部连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述蒸汽发生器包括电热锅炉、与电热锅炉连接的供水箱、电路控制箱、高温炉、置于高温炉内部的电热器、一端插入高温炉内部的第一温度感应器以及一端穿过碳柱筒侧壁伸入过滤区的第二温度感应器，所述电热锅炉的出蒸汽端通过管道以及第二单向阀与高温炉的内部连通，所述高温炉的出口端通过管道和第一单向阀与蒸汽扩散管的进气端连通，所述电热锅炉、电热器、第一温度感应器和第二温度感应器通过导线和电路控制箱连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述污水提升单元包括提升泵，所述提升泵的进水端通过管道与污水储存器连通，所述提升泵的出水端通过污水进水管穿过上端盖后与进水区连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述进水区中设置有过滤网格，所述过滤网格将进水区内部分隔成上部的原始清液区和下部的过滤清液区，所述污水进水管的出水口位于原始清液区。

作为上述技术方案的进一步改进，所述碳柱筒的侧壁上布置有用于添加混合活性炭的添加管道，所述添加管道与过滤清液区连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述排出管的排出端上布置有出水口和出气口。

本发明的有益效果是：

本发明的易于再生的混合活性炭再生后损失率较小(≤0.05％)，COD吸附性能恢复率高(≥98.5％)，能有效吸附水中的有机污染物，对氨氮、总磷、色度也有一定的去除效果，并且制备方法简单，成本低廉。

本发明的有效降解COD的水处理系统具备以下优点：

1)工艺简单，可通过电路控制箱控制后实现全自动化运行和混合活性炭的再生控制；

2)再生效率高，混合活性炭重量损失率小；

3)COD去除率高，且氨氮、总磷也有较好的去除率；

4)相比传统活性炭化学再生法，减少二次污染；

5)不需要更换活性炭，只需定期补充损失量；

6)占地面积小，处理效率高；

7)污泥量少，不产生污泥；

8)节能，不需要更多的动力设备；

9)pH值范围广，pH值在3～11均有较好的吸附性能。

附图说明

图1：本发明的有效降解COD的水处理系统；

图2：实施例1制备的易于再生的混合活性炭外观图；

图3：填充易于再生的混合活性炭的有效降解COD的水处理系统循环运行3次的COD吸附率变化图。

具体实施方式

一种易于再生的混合活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将椰壳、核桃果壳、煤按重量比(1～4)：(1～2)：(1～2)混合，500～650℃碳化，粉碎至300～500目，制得活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与纳米级的金属单质或金属氧化物按重量比(1000～200)：1混合，850～950℃高温活化，制备出0.5～1.0mm的柱状活性炭；

(3)将步骤(2)制得的柱状活性炭和1～2mm椰壳活性炭按重量比1：(1～3)混合，添加粘结剂挤压成型，制得混合活性炭。

所述的金属单质或金属氧化物为锰、铁、锌或其氧化物中的一种。

图1为一种有效降解COD的水处理系统，包括内部中空且两端敞口的碳柱筒3、蒸汽扩散管4、排出管37、蒸汽发生器以及污水提升单元，所述碳柱筒3的两端分别通过上端盖30和下端盖31将碳柱筒3的两端封堵后形成填充腔，所述填充腔的中下部填充有易于再生的混合活性炭后将碳柱筒内部分成上部的进水区和中下部的过滤区36，所述蒸汽扩散管4的扩散端穿过上端盖30伸入易于再生的混合活性炭中后扩散端的下端靠近下端盖31，位于过滤区36中的所述扩展端外表面布置有多个连通蒸汽扩散管4内部的排气孔，所述蒸汽发生器通过管道和第一单向阀13与蒸汽扩散管4的进气端连通，所述污水提升单元通过污水进水管2穿过上端盖30后与进水区连通，所述排出管37的一端穿过下端盖31后与过滤区36的下部连通。

所述蒸汽发生器包括电热锅炉6、与电热锅炉6连接的供水箱7、电路控制箱5、高温炉8、置于高温炉8内部的电热器9、一端插入高温炉8内部的第一温度感应器10以及一端穿过碳柱筒3侧壁伸入过滤区36的第二温度感应器11，所述电热锅炉6的出蒸汽端通过管道以及第二单向阀12与高温炉8的内部连通，所述高温炉8的出口端通过管道和第一单向阀13与蒸汽扩散管4的进气端连通，所述电热锅炉6、电热器9、第一温度感应器10和第二温度感应器11通过导线和电路控制箱5连通。

所述污水提升单元包括提升泵1，所述提升泵1的进水端通过管道与污水储存器连通，所述提升泵1的出水端通过污水进水管2穿过上端盖30后与进水区连通。

所述进水区中设置有过滤网格34，所述过滤网格34将进水区内部分隔成上部的原始清液区33和下部的过滤清液区35，所述污水进水管2的出水口位于原始清液区33，通过过滤网格34对污水进行初步过滤，避免一些大的杂质进入到过滤区36中。清洗时，两上端盖30打开后，可以将过滤网格34取出清洗。

所述碳柱筒3的侧壁上布置有用于添加易于再生的混合活性炭的添加管道32，所述添加管道32与过滤清液区35连通，通过添加管道32定时添加易于再生的混合活性炭，当重复循环运行后，总重量损失率≥10％，则应通过添加管道32立即补充相应重量的混合活性炭。

所述排出管37的排出端上布置有出水口370和出气口371。在过滤的过程中，通过出水口370将过滤后的水回收。在混合活性炭再生完成后，通过出气口371将CO₂以及少量高温挥发的尾气收集，或者将少量高温挥发的尾气经过废水喷淋。

在效降解COD的水处理系统运行过程中，当易于再生的混合活性炭吸附达到饱和后，停止进水，打开蒸汽发生器，电热锅炉6内蒸汽温度≥107℃经过高温炉8加热，继续被加热到450℃～500℃的蒸汽进入碳柱筒3内，碳柱筒3内温度逐渐上升，混合活性炭逐渐失去水分，当碳柱筒3内温度达到200～250℃时，有机物在金属或金属氧化物的催化下发生氧化分解，最终产物为CO₂和H₂O，而少量高温挥发的尾气经过废水喷淋，进行循环处理。有机物吸附饱和的活性炭重新恢复到初始多孔、吸附性强的状态，完成再生过程。高温炉8和碳柱筒3的温度分布通过第一温度感应器10和第二温度感应器11感应并反馈至电路控制箱5。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1

(1)椰壳、核桃果壳、煤按重量比2：1：1混合，经600℃碳化，粉碎至400目，制得活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与纳米级的三氧化二锰按重量比1000：1混合，经过900℃高温活化，制备出柱状活性炭，粒径为0.5～1mm；

(3)再把粒径为1～2mm的椰壳活性炭和柱状活性炭按照体积比1：1混合均匀，添加粘结剂挤压成型，制得易于再生的混合活性炭(如图2所示)；

(4)取广州市新塘某印染厂洗水加混凝剂、絮凝剂物化处理后沉淀池出水，作为原污水，水质如下：COD＝160.50mg/L、pH值＝7.2、N-NH₃＝17.30mg/L、色度＝70倍；

(5)在有效降解COD的水处理系统内分别放入步骤(3)制得的混合活性炭500g和普通活性炭500g，控制污水进水流量为120mL/min，连续运行直至活性炭吸附饱和后，停止进水，打开蒸汽发生器，开始再生1h，再生完成后继续进污水运行；如此循环运行、再生3次后，每次抽取运行30h水样进行对比分析。

表1填充易于再生的混合活性炭的有效降解COD的水处理系统处理印染厂洗水的情况

表2填充普通活性炭的有效降解COD的水处理系统处理印染厂洗水的情况

从表1和表2对比看出，易于再生的混合活性炭再生后损失较小(≤0.05％)，且对N-NH₃和色度也有一定的去除效果；再生后系统对COD吸附性能恢复率高(≥98.5％，吸附率见图3)，普通活性炭经过一次再生后，出水COD大幅提升，说明普通活性炭吸附性能明显下降，且再生后由于易碎，运行后损失较快。

实施例2

(1)椰壳、核桃果壳、煤按重量比2：1：1混合，经600℃碳化，粉碎至400目，制得活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与纳米锰按重量比200：1混合，经过900℃高温活化，制备出柱状活性炭，粒径为0.5～1mm；

(3)再把粒径为1～2mm的椰壳活性炭和柱状活性炭按照体积比1：3混合均匀，添加粘结剂挤压成型，制得已于再生的混合活性炭，添加粘结剂挤压成型，待用；

(4)取东莞某线路板公司综合废水加混凝剂、絮凝剂物化处理后沉淀池出水，用于可再生活性炭系统污水进水，水质如下：COD＝121.15mg/L、PH值＝7.2、N-NH₃＝21.30、TP＝1.57；

(5)在有效降解COD的水处理系统内分别放入步骤(3)制得的混合活性炭500g和普通活性炭500g，控制污水进水流量为120mL/min，连续运行直至活性炭吸附饱和后，停止进水，打开蒸汽发生器，开始再生1h，再生完成后继续进污水运行；如此循环运行、再生3次后，每次抽取运行30h水样进行对比分析。

表3填充易于再生的混合活性炭的有效降解COD的水处理系统处理综合废水的情况

表4填充普通活性炭的有效降解COD的水处理系统处理综合废水的情况

从表3和表4对比看出，已于再生的混合活性炭再生后损失较小(≤0.05％)，且再生后对COD吸附性能恢复率高，且对N-NH₃和TP有一定的去除效果；普通活性炭经过一次再生后，吸附性能下降明显，且再生后由于易碎，运行后损失较快。

以上实施例仅为介绍本发明的优选案例，对于本领域技术人员来说，在不背离本发明精神的范围内所进行的任何显而易见的变化和改进，都应被视为本发明的一部分。