1、技术领域

　　该装置是应用微波辐照分解处理吸附废水中有机物的活性炭的再生方法及微波辐照再生装置，用于处理有机废水，尤其是难降解有机废水。

　　2、技术背景

　　活性炭是一种无毒无味、具有发达细孔结构和巨大比表面积的优良吸附剂。目前，采用活性炭吸附法已经成为城市污水、工业废水深度处理和污染水源净化的一种有效手段。近些年来，采用颗粒活性炭处理工业废水，不论是在技术上，还是在应用范围和处理规模上都发展很快，如在炼油废水、废水、印染废水、化工废水和电镀废水处理等方面都已经取得了较大规模的应用，并取得满意的效果。随着活性炭的应用范围日趋广泛，活性炭的回收开始得到了人们的重视。如果用过的活性炭无法回收，除吨水处理费用大大增加外，还会对环境造成二次污染。因此，活性炭的再生具有格外重要的意义。

　　多年来，有许多活性炭再生方法被提出、评价和应用。这些方法或者是基于升高温度引发解吸，或者用溶剂置换，或者是基于热、化学、电化学火微生物过程的分解作用。目前用于活性炭再生的方法主要有热再生法、生物再生法、湿式氧化和催化湿式氧化再生法、溶剂再生法、电化学再生法、超临界流体再生法。

　　其中，热再生法是目前应用最多、工业上的活性炭再生的方法。处理有机废水后的活性炭在再生过程中，根据加热到不同温度时有机物的变化，一般分为干燥、高温碳化及活化三个阶段在干燥阶段(低于200℃)，主要去除活性炭上可挥发成分。高温碳化是使活性炭吸附的一部分有机物沸腾、气化脱附，一部分有机物发生分解反应，生成小分子烃脱附出来，残余成分溜在孔隙内成为“固定炭’。在这一阶段，温度将达到800-900℃，为避免活性炭的氧化，一般在抽真空或惰性气氛下进行。接下来的活化阶段中，往反应釜内通入CO2、H2或水蒸气等气体，以清理活性炭微孔，使其恢复吸附性能，活化阶段是整个再生工艺的关键 。

　　热再生由于需要高温加热设备，一般无法进行原位再生，需要将废炭转运到特定的再生单元如多膛炉或转窑。一般热再生会导致每个再生循环中吸附容量和表面积损耗5-15%。这是由于高温破坏了炭结构以及小孔被堵塞。甚至在几个循环后吸附容量降到零。尽管热再生可被用于所有类型的废炭再生，但其仅对于年处理量大于50万吨的大系统是经济可行的。在再生过程中，会产生大量污染气体，容易造成二次污染。

　　近年来，人们也将微波辐照用于活性炭再生技术，但是大多数仍然把微波作为常规加热方式的简单替要通入载气或蒸汽，没有充分考虑微波的加热原理。我们在该装置中充分利用了微波的偶极极化和空间电荷极化两种加热原理，将活性炭湿度控制在35-55%,环境处于真空状态下，微波启动后，活性炭孔隙内的水会在偶极化作用下迅速形成大量水蒸气喷涌而出，可有效地清理活性炭微孔，使其恢复吸附性能，完成活化;在水蒸气排放过程中，反应器的氧气被排挤掉，形成近惰性环境，可以阻止活性炭在高温炭化阶段烧毁。水分蒸发到一定程度后，活性炭在空间电荷极化的作用下温度迅速升高进入高温炭化阶段。在该装置中活性炭的活化和高温炭化是在很短时间内完成的，活化阶段先于炭化阶段，并且不需要通入载气或活化气体。另一特点是，对废水中难降解有机物的吸附和活性炭的再生是在同一装置中完成的，并可连续运行，实现原位再生。

　　3、装置特点

　　传统的热再生法主要存在如下几个缺陷：(1)再生过程中活性炭损失往往较大;(2)再生后活性炭吸附能力会有明显下降;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染;(4)再生所需要时间长;(5)不能实现原位再生。

　　造成这些缺点的主要原因是常规加热是通过传导、对流、辐射等外部加热过程实现的，温度梯度是由外指向内，外部温度高，内部温度低;而活性炭再生过程中，活性炭内部污染物脱附的传质方向是由内指向外，这样造成传热和传质方向相反，不利于活性炭上吸附的污染物脱附，因此需要通入载气促进传质过程，载气促进传质一方面效率不高，另一方面造成活性炭颗粒之间的剧烈摩擦，导致炭损耗。通入的大量载气将脱附下来的污染物带出，会造成二次污染。传统的外部加热速度慢，因此需要的再生时间长。传统加热再生操作工作环境差，温度无法灵活控制，难以实现原位再生。

　　我们采用该装置的基本构思主要是基于两个方面：

　　1、利用微波内加热、加热速度快的优点。微波加热通过偶极极化和空间电荷极化两种加热原理，对物料内外同时加热，不需要热传导的过程，能在短时间内达到加热效果;微波加热的另外一个重要方面是，它形成与常规加热方向相反的温度梯度。也就是说，的温度在物体的中心，热由中心向外传递，对于活性炭这样的操作，这种作用是非常有益的。

　　2、根据对影响吸附或脱附的因素试验结果：吸附过程与压强有关，压力高时，吸附进行的快，当压力降低时脱附占优势。我们在装置设计中通过调节进水口和出水口的流量差来调整吸附过程中，反应器中液体的压力，以达到吸附压力。而在再生过程中，采用真空泵使容器处于近真空状态;主要由以下好处：(1)可以使活性炭内部的液态水在较低的温度下以蒸汽的形式迅速向外喷出，可有效清理活性炭微孔，使其恢复吸附性能，完成活化。(2)大幅度降低反应器中的氧气，形成惰性环境，可以阻止活性炭在高温炭化阶段烧毁。