1、技術領域
該裝置是應用微波輻照分解處理吸附廢水中有機物的活性炭的再生方法及微波輻照再生裝置，用于處理有機廢水，尤其是難降解有機廢水。
2、技術背景
活性炭是一種無毒無味、具有發達細孔結構和巨大比表面積的優良吸附劑。目前，采用活性炭吸附法已經成為城市污水、工業廢水深度處理和污染水源凈化的一種有效手段。近些年來，采用顆粒活性炭處理工業廢水，不論是在技術上，還是在應用范圍和處理規模上都發展很快，如在煉油廢水、廢水、印染廢水、化工廢水和電鍍廢水處理等方面都已經取得了較大規模的應用，并取得滿意的效果。隨著活性炭的應用范圍日趨廣泛，活性炭的回收開始得到了人們的重視。如果用過的活性炭無法回收，除噸水處理費用大大增加外，還會對環境造成二次污染。因此，活性炭的再生具有格外重要的意義。
多年來，有許多活性炭再生方法被提出、評價和應用。這些方法或者是基于升高溫度引發解吸，或者用溶劑置換，或者是基于熱、化學、電化學火微生物過程的分解作用。目前用于活性炭再生的方法主要有熱再生法、生物再生法、濕式氧化和催化濕式氧化再生法、溶劑再生法、電化學再生法、超臨界流體再生法。
其中，熱再生法是目前應用最多、工業上的活性炭再生的方法。處理有機廢水后的活性炭在再生過程中，根據加熱到不同溫度時有機物的變化，一般分為干燥、高溫碳化及活化三個階段在干燥階段(低于200℃)，主要去除活性炭上可揮發成分。高溫碳化是使活性炭吸附的一部分有機物沸騰、氣化脫附，一部分有機物發生分解反應，生成小分子烴脫附出來，殘余成分溜在孔隙內成為“固定炭’。在這一階段，溫度將達到800-900℃，為避免活性炭的氧化，一般在抽真空或惰性氣氛下進行。接下來的活化階段中，往反應釜內通入CO2、H2或水蒸氣等氣體，以清理活性炭微孔，使其恢復吸附性能，活化階段是整個再生工藝的關鍵 。
熱再生由于需要高溫加熱設備，一般無法進行原位再生，需要將廢炭轉運到特定的再生單元如多膛爐或轉窯。一般熱再生會導致每個再生循環中吸附容量和表面積損耗5-15%。這是由于高溫破壞了炭結構以及小孔被堵塞。甚至在幾個循環后吸附容量降到零。盡管熱再生可被用于所有類型的廢炭再生，但其僅對于年處理量大于50萬噸的大系統是經濟可行的。在再生過程中，會產生大量污染氣體，容易造成二次污染。
近年來，人們也將微波輻照用于活性炭再生技術，但是大多數仍然把微波作為常規加熱方式的簡單替要通入載氣或蒸汽，沒有充分考慮微波的加熱原理。我們在該裝置中充分利用了微波的偶極極化和空間電荷極化兩種加熱原理，將活性炭濕度控制在35-55%,環境處于真空狀態下，微波啟動后，活性炭孔隙內的水會在偶極化作用下迅速形成大量水蒸氣噴涌而出，可有效地清理活性炭微孔，使其恢復吸附性能，完成活化;在水蒸氣排放過程中，反應器的氧氣被排擠掉，形成近惰性環境，可以阻止活性炭在高溫炭化階段燒毀。水分蒸發到一定程度后，活性炭在空間電荷極化的作用下溫度迅速升高進入高溫炭化階段。在該裝置中活性炭的活化和高溫炭化是在很短時間內完成的，活化階段先于炭化階段，并且不需要通入載氣或活化氣體。另一特點是，對廢水中難降解有機物的吸附和活性炭的再生是在同一裝置中完成的，并可連續運行，實現原位再生。
3、裝置特點
傳統的熱再生法主要存在如下幾個缺陷：(1)再生過程中活性炭損失往往較大;(2)再生后活性炭吸附能力會有明顯下降;(3)再生時產生的尾氣會造成空氣的二次污染;(4)再生所需要時間長;(5)不能實現原位再生。
造成這些缺點的主要原因是常規加熱是通過傳導、對流、輻射等外部加熱過程實現的，溫度梯度是由外指向內，外部溫度高，內部溫度低;而活性炭再生過程中，活性炭內部污染物脫附的傳質方向是由內指向外，這樣造成傳熱和傳質方向相反，不利于活性炭上吸附的污染物脫附，因此需要通入載氣促進傳質過程，載氣促進傳質一方面效率不高，另一方面造成活性炭顆粒之間的劇烈摩擦，導致炭損耗。通入的大量載氣將脫附下來的污染物帶出，會造成二次污染。傳統的外部加熱速度慢，因此需要的再生時間長。傳統加熱再生操作工作環境差，溫度無法靈活控制，難以實現原位再生。
我們采用該裝置的基本構思主要是基于兩個方面：
1、利用微波內加熱、加熱速度快的優點。微波加熱通過偶極極化和空間電荷極化兩種加熱原理，對物料內外同時加熱，不需要熱傳導的過程，能在短時間內達到加熱效果;微波加熱的另外一個重要方面是，它形成與常規加熱方向相反的溫度梯度。也就是說，的溫度在物體的中心，熱由中心向外傳遞，對于活性炭這樣的操作，這種作用是非常有益的。
2、根據對影響吸附或脫附的因素試驗結果：吸附過程與壓強有關，壓力高時，吸附進行的快，當壓力降低時脫附占優勢。我們在裝置設計中通過調節進水口和出水口的流量差來調整吸附過程中，反應器中液體的壓力，以達到吸附壓力。而在再生過程中，采用真空泵使容器處于近真空狀態;主要由以下好處：(1)可以使活性炭內部的液態水在較低的溫度下以蒸汽的形式迅速向外噴出，可有效清理活性炭微孔，使其恢復吸附性能，完成活化。(2)大幅度降低反應器中的氧氣，形成惰性環境，可以阻止活性炭在高溫炭化階段燒毀。
