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国外在环境保护方面活性炭的应用概况

发布时间:2021-11-29点击:

七十年代以来,随着现代工业的发展,用于工业、农业和家庭的复杂化学品大量增加,同时又大量耗用能源(主要是煤和石油)。这些化学物质的流失和燃烧气体弥漫于大气,造成了水源和大气的严重污染,直接影响人类的健康。因此引起人类对环境科学和节约能源的研究,尤其是在80年代应用活性炭将在这方面发挥重要作用,例如:饮水处理、工业废水处理和空气净化等方面。

1979年美国用于环境治理的总投资为88亿2千万美元(其中水处理用炭和空气净化用炭量为8万吨/年),计划于1983年在美国的俄亥俄州以300万美元投资建立一座利用旧橡胶轮胎为原料的活性炭制造厂,每年可回收300万只以上的旧轮胎,估计可年产活性炭1万吨。近年来,美国又出现了三个新牌号的水处理活性炭:“Anthra Sorb”牌和“Ness Anthra Sorb”牌颗粒灰以及Ang1o-Dutch公司的ADC牌活性炭(粉状)。

日本水处理用炭需要14200吨/年、气体吸附用炭量为13800吨/年、溶剂回收用炭量1000吨/年,这表明日本近来十分重视环境保护和治理。

八十年代,用于环保治理的活性炭在几个工业发达国家中,每年将保持在20-25万吨之间;发展中国家由于工业、农业和人民生活的逐渐提高,其环保用炭到1985年将上升到10万吨。具体应用于以下方面:

一、饮水处理

七十年代初,在美、日德、英、法几个发达国家对饮水的危害已引起公众舆论的注意和重视。1973年-1974年期间,美国活性炭产量一度下降,1974年以后才缓慢回升。当人们发现饮水中有三氯甲烷和三卤甲烷存在以后,美国环保局于1976年提出了进一步注意水质的建议。几年内,许多活性炭厂形势大变,扩大设备,进行新的投资,建立新的试验工厂。如:West-Vaco公司淘汰了一些旧设备,增设了较新的高效率的窑,生产能力增加1820吨/年;ICI公司投资1000万美元扩建工厂,使生产能力提高40%。美国环保局决定饮水中采用活性炭过滤。

德国用生物降解进行水处理,用臭氧法和颗粒活性炭的氧化-吸附法的水处理进行比较试验。结果表明氧化-吸附法对水的脱臭、除味的成本比单独使用臭氧的氧化法便宜。后来发展了活性炭生物膜来进行水处理。德国已有50个水厂使用活性炭吸附除去水中的氯化物。

日本活性炭产量仅次于美国,和西欧相当。大量活性炭被用于饮水处理。如:河水用C1O2预处理,再用活性炭处理,可以除去藻类产生的味道,还可除去氯和三卤代甲烷。

二、工业废水处理

工业废水处理,目前已成为分重视而需要严格控制的问题,美国为了改进水质,着重对活性炭生物长期吸附法进行改进,选择水处理用活性炭的品种以及对活性炭表面进行改性。通过活性炭吸附工艺可进一步改进工业废水的水质,减低COD和BOD和特殊的有机成分。从环保和回收公害物质考虑,处理工业废水的方式:大厂可设立废水处理站专门处理。规模较小的工厂,则可由市政机构建立各种不同类型的废水处理站集中处理,这样既解决了污染水质的问题,同时还可回收物质。

日本在环境保护方面,采用粉状或粒状活性炭处理废水。在处理含有机物的废水时,一般是将经过物理及生物化学处理后的二级处理水,进一步用活性炭作三级处理,以提高水质,达到再用或排放的要求。如把经生物学硝化脱氮后的废水,进一步用活性炭处理,可对废水中剩余的有机物处理得更好,并能有效地除去剩余的活性污泥。也有人直接把粉状活性炭以一定比例定期地加入处理污水的通气池中,让活性炭和活性污泥联合作用,据说可显著地减少活性炭的用量。原子能发电产生的污染废水中,含有表面活性剂及洗涤剂等物质,调整pH值后,用活性炭及沉淀剂沉淀净化,再用混合填料层过滤,处理后的废水可以再用。活性炭处理含有农药的废水时,先用凝聚剂及辅助凝聚剂使农药凝聚沉淀,而后再用活性炭吸附除去剩余的农药,便可完全除去水中残存的农药。此外,在某些废水处理中,利用活性炭作为催化剂或催化剂载体,可有效地将有机物,磷酸根离子、氟离子及其它污染物质除去。

三、空气净化

现今,污染大气的主要成分是来自煤和石油燃烧而发生的氧化氮、二氧化硫以及由汽车排出尾气中未燃尽的汽油烃类和加油站蒸发弥散于空间的烃类。活性炭吸附系统是空气净化的有效控制系统。

由烟囱排出的NOx和二氧化硫弥散于大气往往形成“酸雨”直按影响到人体、牲畜、森林、农作物和建筑文物,危害颇深。国外用活性炭治理这个公害的方法:将含有1.5%二氧化硫浓度以下的烟气通过活性炭吸附,藉炭触媒氧化而转化为三氧化硫,加水淋洗脱附而成稀硫酸排出或通过载有触媒的活性炭,再通入氨气形成硫酸氨加以利用。近年多趋向于后者方法。氧化氮也是采取活性炭吸附、淋洗、通氨还原而形成硝酸氨液排出。

70年代初美国约有4000万辆汽车遵照美国环保局的规定设有控制蒸发的节油装置,简称为“ELCD”。这“ELCD”装置每年可节约汽油占汽车总耗油量的三分之一,同时也消除了由此造成的公害。而用于“ELCD”装置中的活性炭每年就需3-4万吨。另外在干洗业、油漆喷涂业以及加油站的挥发性烃类和有机溶剂的回收等方面都采取活性炭的吸附、解吸、回收或燃烧的工艺,美国工业环境研究室、工业公害控制部为干洗业设计了一套用活性炭吸附回收溶剂的装置。新发展的一项用活性炭回收溶剂的操作包括5个步骤:活性炭吸附→水蒸气解吸→水蒸汽驱除溶剂蒸汽→干燥-→冷却。

日本为了消除机动车汽化器或油罐挥发的汽油,日本生产了一种蜂窝状活性炭,对丁烷的吸附量为17克/300毫升;日本专利报道用颗粒活性炭吸附回收被蒸发的烃类燃烧装置。在这个吸附装置中除活性炭外,还填充有穿透性的泡沫塑料;日本东洋纺织公司过去以粉状或粒状活性炭为原料制造布状、毡状或球状等具有纤维特点的高性能吸附材料,用于大气净化装置。该公司还以纸浆纤维素为原料加热炭化成吸附性能高的纤维活性炭,对除去空气中的有机溶剂和恶臭的效果很好。

日本用活性炭吸附除去排气中的硫化物方面的研究工作也相当活跃。在干式排烟脱硫中,常用低温干馏煤经活化处理制成的活性炭进行脱硫。吸附在活性炭上的硫酸能用各种方法解吸。

如用含氢的气体直接还原或用热解的方法使硫酸变成二氧化硫,再用含氢的气体还原,都可经济而高效率地脱硫。在用活性炭处理含有硫化物的排气时,有把排气和臭氧一同通过保持在高温状态下的活性炭层脱硫的。这样作的优点是能长时间地保持活性炭的吸附性和催化性。还有专利指出,用丙烯腈纤维制成的具有特定氮含量及比表面积的活性炭纤维,载有特定的金属化合物并经热处理后,具有卓越的除去气体中硫化物的性能。在日本,活性炭用于净化气体方面,主要是除去光气、臭氧等。近来活性炭还用于核空气的净化。

总而言之,活性炭用于环境保护方面的范围很广,为造福人类、节约能源产生巨大的作用。在我国,目前活性炭生产已初具规模,形成了一定的生产能力,年产二、三万吨,与国外相比,产量低、品种少、成本高、售价高。因此,活性炭在我国的应用领域没有打开。如果打开环境保护,水处理和节约能源的道路,我国活性炭工业,活性炭科研将能持续、稳步地前进,在国民经济和环境保护方面的作用将越来越大,而且必将日益有效地控制环境污染现象。