介质阻挡放电活化过硫酸盐协同再生活性炭的方法与流程

本发明涉及环保技术领域，特别是废活性炭的再生方法。

背景技术：

活性炭具有极为发达的内部孔隙结构和较大的比表面积，吸附能力强，且其来源相对易得，成本相对低廉，是一种最常用的吸附剂之一，广泛应用于环境保护领域，用于废水和废气的吸附处理。但随着活性炭的应用范围日趋广泛，消耗量也迅速增加，应用过程中产生的废活性炭量多，如不回收活化再利用的话，不仅会对资源造成一种浪费，同时还会对环境造成二次污染。因此，无论是从经济的还是环保的角度考虑，推广活性炭的再生都很有必要。

传统的活性炭再生方法主要有热再生、化学再生及生物再生法。热再生法操作温度高，通常在800℃以上，能耗极大，同时再生过程中活性炭损耗达5％-15％。化学法反应较为迅速，效率稳定，但化学试剂用量大，且易在再生过程中产生毒性更大的中间产物，可能造成二次污染。生物法投资、运行费用低，但调试难度大，再生过程耗时长，受水质和温度的影响大。

近年来，出现了一批新兴的再生方法，如放电等离子体再生活性炭的方法(CN101530784A、CN1899685A)，其是利用放电等离子体产生诸多的强氧化活性物质如臭氧、羟基自由基及活性氧自由基等，氧化分解活性炭上吸附的有机污染物，继而实现活性炭的再生。但由于再生过程中活性炭填充床层厚度限制，放电产生的活性物质难以深入活性炭填充床层内部，影响其再生效果。

过硫酸盐是一种强氧化剂，其本身的标准氧化还原电位较强(E₀＝2.01V)，接近于臭氧(E₀＝2.07V)能够氧化多种污染物。其在热、紫外光、超声波、碱液及各种过渡金属离子等的物化作用下，还可以转化为硫酸根自由基(SO₄^·)，它的氧化性要强于过硫酸盐及羟基自由基，可广泛氧化降解有机污染物。对比文件(CN103240067A、105329976A)已应用其对活性炭进行再生，但此法需外加热量对过硫酸盐进行活化，且再生活性炭效率还有提升空间。

此外，对比文件(CN105174360A)已提出一种采用放电等离子体激活过硫酸盐来进行废水处理的方法，证明放电等离子体可作为一种激活过硫酸盐的方法用于环境污染治理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种再生效率高、再生时间短、二次污染少、活性炭损耗少的介质阻挡放电活化过硫酸盐协同再生活性炭的方法。

本发明的方法主要是采用放电等离子体活化过硫酸盐协同再生活性炭的方法，即同时利用放电等离子活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基以及放电等离子体自身产生的活性自由基，协同实现对吸附饱和有机物活性炭的再生。

本发明的技术方案具体步骤如下：

第一步，将吸附饱和颗粒状或粉末状活性炭装填于介质阻挡放电反应器的活性炭填充床中；

第二步，将含有过硫酸盐的溶液加入活性炭填充床中，活性炭与过硫酸盐的质量比范围为50：1至10：1，过硫酸盐浓度范围10g/L至50g/L，该过硫酸盐为可溶于水的过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵；

第三步，将空气或者氧气通过反应器通气孔通入填充床中，其气量范围为1L/min至3L/min；

第四步，打开放电反应器的高压电源，调节高压至7kV，此时已产生放电等离子体，对废活性炭进行上述方法的再生处理；

第五步，放电处理30至120min后，待过硫酸盐与放电等离子体及废活性炭充分反应，关闭高压电源，从活性炭填充床中取出再生后的活性炭。

本发明的工作过程大致如下：将吸附饱和废活性炭填充于介质阻挡放电等离子体反应器的填充床中，再将过硫酸盐加入填充床，与其中的废活性炭充分接触，利用高压放电产生的物理效应如：强电场、冲击波、紫外光及热等物理效应激活填充床中的过硫酸盐，生成强氧化性的硫酸根自由基，同时利用放电等离子体产生的强氧化活性物质如臭氧、羟基自由基及活性氧自由基等，两种方式产生的强氧化性活性物质共同并且均匀作用于废活性炭，产生协同作用，降解其吸附的有机污染物，实现废活性炭的再生。

本发明与现有技术相比具有如下优点：将新兴高级氧化技术中的介质阻挡放电等离子体氧化与过硫酸盐氧化技术相结合，利用其协同作用，高效再生活性炭、分子筛等吸附剂，该方法再生效率高，再生时间短，且二次污染低，活性炭损耗少。

附图说明

图1为介质阻挡放电活化过硫酸盐协同再生活性炭方法的示意图。

图2为10g/L过硫酸钠氧化、单独放电处理及放电等离子体活化过硫酸盐协同再生活性炭效果对比图。

图中：1空气泵；2转子流量计；3玻璃介质；4高压电极；5低压电极；6活性炭反应器填充床；7交流电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

在图1所示介质阻挡放电反应器示意简图中，本示例所采用的介质阻挡放电系统为双介质介质阻挡放电形式，采用200mm×200mm×3mm的普通玻璃3作为放电介质，高压电极4与低压电极5均为150mm×150mm×2mm的不锈钢板，其高压电极与交流电源相连，其低压电极接地。活性炭填充床6为塑料材质，为方框形状，其中间用来装填活性炭，其外框尺寸为150mm×150mm×8mm；活性炭填充床固定于低压电极上；所用活性炭为柱状煤质活性炭，直径3-5mm,平均长度5-10mm；空气泵1通过直径5mm的通气管与反应器活性炭填充床一侧开孔相连，在反应器活性炭填充床与空气泵之间设有转子流量计2。在填充床入口对向开一同孔径小孔作为气体出口，该气体出口与导管相连使气体排出。

例1

取吸附饱和苯酚废水的废活性炭经过风干，含水率约为20％，其质量为5.0g，装填于介质阻挡放电反应器的活性炭填充床中，填满整个床层。将50g/L的过硫酸钠溶液10mL均匀加入已填满废活性炭的填充床中，此时活性炭与过硫酸钠的质量比约为10：1。通过气泵通入空气作为放电反应器气源，调节转子流量计，保持通气流量为3L/min。打开高频交流电源，频率固定为7kHz，电压调节到7kV，放电处理120min。关闭电源，从活性炭填充床中取出活性炭。

将再生后的活性炭进行再吸附实验，测定其吸附效果，计算再生效率。结果发现，单独加入过硫酸盐不进行放电处理的活性炭再生率为8.7％，单独放电处理不加入过硫酸盐的活性炭再生率为67.5％，而放电活化过硫酸盐再生活性炭的再生率达到了81.7％，如图2所示，协同效果明显。

例2

取吸附饱和苯酚废水的废活性炭经过风干，含水率约为20％，其质量为5.0g，装填于介质阻挡放电反应器的活性炭填充床中，填满整个床层。将10g/L的过硫酸钾溶液10mL均匀加入已填满废活性炭的填充床中，此时活性炭与过硫酸钾溶液的质量比约为50：1。通过气泵通入空气作为放电反应器气源，调节转子流量计，保持通气流量为1L/min。打开高频交流电源，频率固定为7kHz，电压调节到7kV，放电处理120min。关闭电源，从活性炭填充床中取出活性。将再生后的活性炭进行再吸附实验，测定其吸附效果，其再生率达到了75.2％，此时单独放电效果仅为66.8％。

例3

取吸附饱和苯酚废水的废活性炭经过风干，含水率约为20％，其质量为5.0g，装填于介质阻挡放电反应器的活性炭填充床中，填满整个床层。将25g/L的过硫酸铵溶液10mL均匀加入已填满废活性炭的填充床中，此时活性炭与过硫酸铵的质量比约为20：1。通过气泵通入空气作为放电反应器气源，调节转子流量计，保持通气流量为1.5L/min。打开高频交流电源，频率固定为7kHz，电压调节到7kV，放电处理60min。关闭电源，从活性炭填充床中取出活性炭。将再生后的活性炭进行再吸附实验，测定其吸附效果，其再生率达到了80.3％，此时单独放电效果仅为69.8％。