一种废弃粉末活性炭的再生利用方法

摘要

本发明公开了一种废弃粉末活性炭的再生利用技术，其关键技术是将谷氨酸钠精制过程中产生的废弃粉末活性炭在酸洗池内经盐酸浸泡，除去部分灰分和铁盐杂质，在电场的作用下添加微生物进行生物再生，最后制得再生活性炭。本发明解决了谷氨酸钠生产中废弃粉末活性炭的处理问题，实现了资源的循环利用，降低了生产成本，取得了显著的经济效益和环保效益。

说明书

 

技术领域

 本发明涉及生物活性炭再生领域，具体提供一种废弃粉末活性炭的再生利用方法。

 

背景技术   

活性炭又称活性炭黑，是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，它是由含炭为主的物质作原料，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效地去除色素、臭味以及大多数有机污染物和某些无机物。活性炭是一种具有高度发达的孔隙结构和极大比表面积的炭质吸附材料，它的主要性能是对分子具有极强的吸附能力，活性炭在很多领域得到了广泛的应用，如可用于食品工业的液相脱色、去除异味等，可以作为原电池的组成部分、双电层电容器的电极、军用和民用的防毒面具、天然气和乙炔的储存器等，活性炭在医疗上可以治疗创伤、肠胃失调、腹部脓毒症、降低血液中的酒精含量、降低血脂等。由此产生的大量废炭如果不进行处理，不仅会造成资源的浪费，还会引起环境污染。因此，无论从经济效益还是从环保角度考虑，进行活性炭的再生都很有必要。活性炭的再生，就是恢复使用过的活性炭的吸附能力，使其达到能够再次使用状态的操作，国内外学者对活性炭的再生进行了大量的研究，提出了各种活性炭再生工艺技术，如热再生法、化学药品再生法、电化学再生法、光催化再生法、超临界萃取再生法和生物再生法等。

目前，在谷氨酸钠（味精）的生产过程中，谷氨酸变晶中和液进入脱色罐内，加入食品添加剂碳酸钠进行中和，使谷氨酸完全转变为谷氨酸钠，同时加入粉末状活性炭进行脱色吸附，以除去料液中存在的色素及杂质。随着反应的进行，当活性炭表面被吸附物质填满后，将失去进一步的吸附能力，因此生产上中和、脱色完成后进行板框过滤，产生废弃的粉末活性炭。如果吸附后的活性炭无法回收，不仅造成资源的浪费，还会对环境造成二次污染。

将吸附了有机物的废活性炭再生的办法是将有机物浸出、分解或者原位碳化。在众多的活性炭再生方法中，热再生工艺最为成熟，但它再生过程用时长，能耗高，产品质量不稳定。使用微生物降解的方法再生活性炭，可降低能耗、保证活性炭的孔结构和孔径分布。微生物法已经广泛的应用于污水处理、新材料制备等领域。随着现代科学技术的不断发展，微生物法在食品、航天、土壤重金属处理等众多领域得到应用。本发明使用微生物菌剂为深度处理活性炭的方法，结合化学浸出活性炭表面和大孔中的杂质的方法对谷氨酸钠生产过程的废活性碳进行再生，使微生物降解和溶剂再生有机结合，他们发挥各自的效能，且相辅相成， 提高了废活性炭的还原率，保证了活性炭原有的孔结构和孔径分布。

 

发明内容

本发明的目的是解决谷氨酸钠生产中废弃粉末活性炭的处理问题，提供一种废弃粉末活性炭的再生利用方法。生物再生在除去活性炭吸附的有机物的同时，还可以除去沉积在炭表面的无机盐，而且使炭的新微孔生成，使炭的活性得到根本的恢复。其大幅降低了成产成本，生产过程操作简便，产品质量稳定可靠。符合资源综合利用、节能减排的要求，带来了巨大的经济效益和环保效益。为了实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种废弃粉末活性炭的再生利用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）取谷氨酸钠生产过程废弃粉末活性炭，首先在酸洗池内加入少量水，倒入废弃粉末活性炭，再加入水使炭全部润湿后，加入等体积3.5－3.9波美度的盐酸溶液，浸泡，搅拌2.5h，以除去废炭中的部分灰分和铁盐杂质，过滤取滤饼备用； 

（2）将步骤（1）制得的滤饼与水混合得混合液，控制滤饼：水(质量比)为3－5：1，并加入混合菌剂，投加量为按每立方米混合液投加制剂50克，施加35－40 mA/cm²的电场，然后添加与混合液等体积的营养液，反应16－24h。

所述营养液组分如下（每升）：葡萄糖：5g；尿素：2g；三氯化铁：0.3g；磷酸氢二钾： 0.2g；磷酸二氢钾1.0g；硝酸钠3g；磷酸钠2g；微量元素母液0.5～5mL，余量为水；

所述微量元素母液每升所含成分如下：EDTA二钠2.5g，ZnSO₄.7H₂O 450mg，CoCl₂.6H₂O 225mg，MnCl₂ 600mg，CuSO₄.5H₂O 210mg，Na₂MoO₄.2H₂O 120mg，NiCl₂.6H₂O 135 mg，H₃BO₃ 15mg，余量为水。 

所述混合菌剂为的活性成分包括下列重量份的原料：

酵母菌5份，铜绿假单孢菌4份，脱氮副球菌3份，黑曲霉3份;

所述酵母菌具体为粘质红酵母（Rhodotorulamucilaginosa）CGMCC No：2257（参见文献CN101220336A）；

所述铜绿假单孢菌具体可为铜绿假单孢菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442（例如参见文献Adaptation of Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442 to didecyldimethylammonium bromide induces changes in membrane fatty acid composition and in resistance of cells，Journal of Applied Microbiology，2001）;

所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ATCC13543（参见文献Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificans genome, Archives of Microbiology，1998）；

所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillus niger）CCTCC No：M206034；(CN1924000A)

将以上酵母菌，铜绿假单孢菌，脱氮副球菌，黑曲霉按照常规培养浓度均控制在2×10⁸个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；

取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土（40－80目）为载体，按照菌剂：载体为3：1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。

(3)将步骤二制得的溶液过滤，取滤饼，用质量浓度为5％～15％的氢氧化钠溶液清洗活性炭，清洗后的活性炭经过脱水、干燥后即可得到再生活性炭。

本发明取得的有益效果：

1本发明生物再生联合化学法再生活性炭，由于使用混合菌降解和化学法相结合，对活性炭原有的孔结构和孔径分布进行了很好的保护，生产过程中无有毒有害物质排放，是一个资源节约型、环境友好型的成套技术。

2本发明的复合菌剂专门针对谷氨酸钠生产中废弃粉末活性炭，将各种能形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，将大量的适应该废水的微生物，并创造一个非常适合微生物繁殖、生长的环境按一定量投加到废弃活性炭处理系统中，加速微生物对污染物的降解，以提高系统的生物处理效率，保证系统稳定运行。其含有多种对难降解污染物有优良降解能力的微生物，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，对大分子、难降解物质有良好的降解效果，与其他处理方法相比，生化法具有能耗低、处理效果好、处理费用低以及不会产生二次污染等特点。

3发明人经过多次实验表明，电场作用对谷氨酸钠生产中废弃粉末活性炭废水的微生物生长代谢的影响试非常明显的，适当的电场作用可以有效地强化该废水中的生长代谢能力。在低电流密度1～10 mA/cm²作用下，电场对该类废水的生长速率基本没有影响；当电流密度为35～40 mA/cm²时，其生长速率明显提高；随着电流的继续升高至45～100 mA/cm²，电场开始抑制相应微生物的生长代谢，在电流为200 mA/cm²时，微生物从第32h出现负增长。

在电场的强化作用下，微生物降解速度得以提升，从而改进目前微生物再生活性炭效率不高的不足之处；再生后的活性炭因为不经高温处理或者后续工艺采用的是较短时间的热处理，因此损失不是很大，吸附能力也不会有较大的降低，可使活性炭使用周期比通常的吸附周期延长多倍。 

 

具体实施方式：

一种废弃粉末活性炭的再生利用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）取谷氨酸钠生产过程废弃粉末活性炭，首先在酸洗池内加入少量水，倒入废弃粉末活性炭，再加入水使废弃粉末活性炭全部润湿后得到混合物A，加入与混合物A等体积的3.5波美度的盐酸溶液，浸泡，搅拌2.5h，以除去废弃粉末活性炭中的部分灰分和铁盐杂质，过滤取滤饼备用； 

（2）将步骤（1）制得的滤饼与水混合得混合液，控制滤饼：水(质量比)为3：1，并加入混合菌剂，投加量为按每立方米混合液投加菌剂50克，同时施加电流密度为35mA/cm²的电场，然后添加与混合液等体积的营养液，反应16－24h。

所述营养液组分如下（每升）：葡萄糖：5g；尿素：2g；三氯化铁：0.3g；磷酸氢二钾： 0.2g；磷酸二氢钾1.0g；硝酸钠3g；磷酸钠2g；微量元素母液0.5～5mL；余量为水；

所述微量元素母液每升所含成分如下：EDTA二钠2.5g，ZnSO₄.7H₂O 450mg，CoCl₂.6H₂O 225mg，MnCl₂ 600mg，CuSO₄.5H₂O 210mg，Na₂MoO₄.2H₂O 120mg，NiCl₂.6H₂O 135 mg，H₃BO₃ 15mg，余量为水。 

所述混合菌剂的活性成分包括下列重量份的原料：

酵母菌5份，铜绿假单孢菌4份，脱氮副球菌3份，黑曲霉3份;

所述酵母菌具体为粘质红酵母（Rhodotorula mucilaginosa）CGMCC No：2257（参见文献CN101220336A）；

所述铜绿假单孢菌具体可为铜绿假单孢菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 15442（例如参见文献Adaptation of Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442 to didecyldimethylammonium bromide induces changes in membrane fatty acid composition and in resistance of cells，Journal of Applied Microbiology，2001）;

所述脱氮副球菌具体为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ATCC13543（参见文献Genes coding for respiratory complexes map on all three chromosomes of the Paracoccus denitrificans genome, Archives of Microbiology，1998）；

所述黑曲霉具体为黑曲霉（Aspergillus niger）CCTCC No：M206034；(CN1924000A)

将以上酵母菌，铜绿假单孢菌，脱氮副球菌以及黑曲霉按照常规培养，浓度均控制在2×10⁸个/克，所培养的菌液按照质量比例混合得到液体菌剂；

取上述液体菌剂与载体搅拌混合，优选以硅藻土（40－80目）为载体，按照菌剂：载体为3：1的重量比混合。干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得固体菌剂。

(3)将步骤（2）反应获得的溶液过滤，取滤饼，用质量浓度为15％的氢氧化钠溶液清洗活性炭，清洗后的活性炭经过脱水、干燥后即可得到再生活性炭。

实施例1 最终获得的活性炭比表面积为1118.5m²/g，碘吸附值为808.1mg/g，亚甲基蓝吸附值为210.5mg/g，再生率为90％。

对回收前后活性炭的质量进行对比分析，如下表1所示：

                         表1

项目新炭回收后炭外观黑色细粉黑色细粉鉴别呈正反应呈正反应脱色力（0.1g脱0.15％无水次甲兰液）ml，≧10.010.0铁盐（％）≦0．100.10重金属（％）≦0.0030．003水溶性残渣0.320.39硫化物无反应无反应

呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司年产谷氨酸钠20万吨，工艺产生废弃粉末活性炭5000吨。采用本发明活性炭再生后，生产过程中产生的废弃粉末活性炭经处理再生后，回用于谷氨酸钠生产循环利用，每年节约成本近4000万元，并且避免了废弃粉末活性炭的二次污染，带来了显著的经济、社会和环保效益。

 

以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。