一种基于微波加热的活性炭再生装置的制作方法

1.本发明涉及一种基于微波加热的活性炭再生装置。


背景技术：

2.活性炭是一种良好的吸附剂，颗粒活性炭利用其丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，对水中的有机物表现出良好的吸附效果，并且还能够有效去除水体中引起嗅味和色度的物质，从而改善水质口感。活性炭在使用一段时间后，孔隙逐渐被堵塞，吸附达到饱和，从而失去吸附作用，变成固体废物，需进行专业的处置。为了提高资源重复利用率，降低运营成本，提高环保需求，活性炭的再生具有重要意义。
3.活性炭的再生是以不破坏活性炭本身性质和结构为前提，利用生物法、物理法和化学法等一系列手段去除活性炭吸附的污染物，从而恢复活性炭的吸附能力。传统的活性炭再生法包括加热再生法、化学药剂再生法、生物再生法和电化学再生法，现有活性炭再生方法存在易造成二次污染、再生能耗成本高等问题。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明针对现有活性炭再生方法存在的问题，提供一种基于微波加热的活性炭再生装置。
5.技术方案：本发明所述的基于微波加热的活性炭再生装置，包括筒体以及位于筒体上方的微波发生器；筒体内设有搅拌机构；还包括用于驱动搅拌机构转动的动力机构。
6.其中，所述微波发生器包括依次连接的微波控制器、变压器、二极管、电容器、磁控管和波导管。微波发生器较常规微波发生器功率可控范围为500～600w，确保精准定位活性炭再生功率，微波控制器依次连接变压器、二极管、电容器，它们将家用电流(220v)转化为高压电流，在其上方连接磁控管，由高压电流驱动磁控管产生微波，再由波导管将产生微波传递到筒体内。在微波发生器出口处设有旋转叶片，旋转叶片将微波发生器产生的微波扩散到整个筒体内。
7.其中，所述筒体上部侧壁上设有进料口，所述筒体下部侧壁上设有出料口。
8.其中，所述搅拌机构包括转动轴以及与转动轴固定连接的搅拌浆；搅拌浆包括搅拌主浆以及与搅拌主浆固定连接的呈u型设置的立叶；搅拌浆内设有横梁，横梁的两个端部分别通过螺栓与u型立叶固定连接；搅拌主浆和搅拌辅浆(立叶)均与横梁固定连接。搅拌浆设置立叶和横梁，扩大了搅拌浆对物料的搅拌范围及提高了搅拌浆的刚性。
9.其中，所述动力机构包括电机以及与电机驱动端固定连接的转轴，转动轴下端部伸出筒体通过传动履带与转轴传动连接；转动轴下端部与筒体接触处通过轴承固定连接。动力机构设置在筒体外侧支撑平台上，电机外侧设有可拆卸金属支架，便于对电机和传动履带拆卸检修。
10.其中，所述筒体底部设有带万向滑轮的支架。支架下端设置可拆卸的万向金属滑轮，可在小范围内实现筒体移动，提高了装置的使用范围。
11.其中，所述搅拌桨顶点距筒体底板的距离与进料口下端边沿距筒体底板的距离一致，即搅拌桨高度与进料口下端等高，搅拌桨半径为筒体内径的3/4。
12.其中，所述出料口处设有物料输送板，物料输送板与水平面的夹角为0～30
°
。
13.微波加热使活性炭再生的原理是：微波加热技术通过外加交变电磁场，物料内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，极性分子因频繁相互间摩擦损耗使电磁能转化为热能；活性炭和有机物均具有优良的微波吸收性能，高温可使活性炭吸附的杂质进行脱附并恢复其吸附性能。
14.有益效果：相比于现有技术，本发明的显著效果为：(1)本发明装置中的筒体和搅拌机构均采用金属不锈钢材料制备而成，金属材料对微波的反射系数接近于1，不断反射微波减少微波能量的透出，提高了微波的使用效率；(2)本发明装置采用微波产热对活性炭进行再生，微波加热具有方向选择性加热特点，有效解决了传统热再生方式存在的加热传导方向没有选择性，热量分散导致热利用效率低，温度过高处易并产生碎炭堵塞活性炭孔道，再生效果差的问题，微波再生法能使活性炭恢复活性且再生能力强，并且活性化后的活性炭吸附性能较强；(3)装置中的搅拌浆能够将微波完全散布开，可避免微波随距离延长能量衰减导致失效活性炭再生效果变差，甚至发生静态下活性炭板结的状况，同时搅拌桨可进一步扩散微波，提高能量利用率以及活性炭的再生效率和再生效果。
附图说明
15.图1为本发明活性炭再生装置的结构示意图；
16.图2为微波发生器的局部放大图；
17.图3为搅拌机构的局部放大图。
具体实施方式
18.如图1～3所示，本发明基于微波加热的活性炭再生装置，包括筒体2以及位于筒体2上方的微波发生器3；筒体2内设有搅拌机构；再生装置还包括用于驱动搅拌机构转动的动力机构，动力机构设置在筒体2外侧的支撑平台4上，支撑平台4与筒体2固定连接。
19.微波发生器3位于筒体2上方的腔体12内，微波发生器3包括依次连接的微波控制器24、变压器17、二极管16、电容器15、磁控管14和波导管13；在微波发生器3出口处设有旋转叶片11。旋转叶片11将微波发生器3产生的微波扩散到整个筒体2内。
20.筒体2上部侧壁设有进料口1，筒体2下部侧壁设有出料口9。进料口1和出料口9均设有闭合盖板或采用滑动板滑动启闭，出料口9处设有物料输送板8，物料输送板8与水平面的夹角为0～30
°
。筒体2底部设有带万向滑轮22的支架28，支架28下端设置可拆卸的万向金属滑轮22，可在小范围内实现筒体2移动，提高了装置的使用灵活性。
21.搅拌机构包括转动轴23以及与转动轴23固定连接的搅拌浆；搅拌浆20包括搅拌主浆20以及与搅拌主浆20固定连接的呈u型的立叶21；搅拌浆内设有横梁18，横梁18的两个端部分别通过螺栓19与u型立叶21固定连接；搅拌主浆20和搅拌辅浆(立叶)21均与横梁18固定连接。搅拌桨20顶点距筒体2底板的距离与进料口1下端边沿距筒体2底板的距离一致，搅拌桨直径(横梁18的长度)为筒体2内径的3/4。立叶21可以提高搅拌桨的搅动效率，可以保证在热再生过程中底部与内部的活性炭处于运动状态，活性炭受热更均匀，也避免上部与
外部活性炭温度过高而粘连和板结，甚至引发火灾等问题，同时不停的搅拌可以保证产生的污染性气体及时流通，避免污染物分解成气态后长时间停留活性炭微孔内部，影响活性炭再生效率，横梁能提高搅拌桨的刚性，避免搅拌桨高速搅拌过程中发生变形。
22.动力机构包括电机5以及与电机5驱动端固定连接的转轴7，转动轴23下端部伸出筒体2通过传动履带6与转轴7传动连接；转动轴23下端部与筒体2接触处通过轴承固定连接。动力机构设置在筒体2外侧支撑平台4上，电机5外侧设有可拆卸金属支架，便于对电机5和传动履带6拆卸检修。
23.采用本发明装置对活性炭再生的具体过程为：将装置移动到指定位置后固定，通过滑动槽打开进料口1，投入失效活性炭，为保证失效活性炭最大再生效率，活性炭的填充高度高于筒体高度的1/2，低于筒体高度的2/3，封闭进料口1；启动动力机构，带动搅拌桨转动，转动2min，打散相互粘结的炭粒；启动动力机构，依据失效活性炭品质，通过面板控制或远程遥控选定微波控制器24的微波发生功率和微波发生时间(当活性炭碘值≤150mg/g时，功率为500w，微波发生时间为10min，当活性炭碘值>150mg/g时，功率为400w，微波发生时间为8min)，启动微波发生器，旋转叶片11开始工作；待运行10min关闭微波发生器，搅拌桨继续转动2min，降低筒体2内温度，关闭动力机构；通过滑动槽打开出料口9，物料输送板8与筒体2铰接，物料输送板8两侧通过铁链26固定在筒体2上；调节物料输送板8角度，输送角度依据物料收集容器高度确定，原则为当出料口打开时，物料能缓缓顷落入物料收集容器，避免发生物料大量涌出的现象，完成再生活性炭的收集。
24.实施例1
25.本发明采用搅拌装置的微波加热再生活性炭：
26.(1)准备阶段，将江苏某水厂深度处理用废弃后的活性炭(碘值78.9mg/g，孔容积0.24cm/g)用清水浸泡，反复搅拌清洗，至出水清澈，将水洗后的活性炭过滤并自然风干，活性炭含水率40％左右，将干燥后的活性炭置于70℃的鼓风干燥箱中干燥，至活性炭含水率在5％左右。
27.(2)再生阶段，往筒体中投入干燥完成的失效活性炭，为保证失效活性炭最大再生效率，活性炭的填充高度略高于筒体高度的1/2，约1.3m，封闭进料口；启动动力机构，依据活性炭碘值，通过面板控制选定微波控制器的微波发生功率500w、微波发生时间10min，启动微波发生器；待运行10min关闭微波发生器，搅拌桨继续转动2min，降低筒体内温度，关闭动力机构，通过滑动槽打开出料口，配合尼龙编织袋高度调节物料输送板略倾斜约10
°
，用铁铲铲动再生活性炭帮助活性炭顷落至编织袋，完成再生活性炭收集。
28.(3)评估阶段，对不同高度活性炭性能测试得到，最低层活性炭碘值为811.5mg/g，孔容积为0.59cm/g，中层炭活性炭碘值为831.7mg/g，孔容积为0.61mg/g，上层活性炭碘值为846.3mg/g，孔容积为0.61mg/g，由于搅拌均匀，不同高度活性炭性能指标类似，即搅拌桨可提升活性炭再生的效率与品质。
29.对比例1
30.未采用搅拌装置的微波加热再生活性炭：
31.(1)准备阶段，选取实施例1同批次失效活性炭(碘值78.9mg/g，孔容积0.24cm/g)用清水浸泡，反复搅拌清洗，至出水清澈，将水洗后的活性炭过滤并自然风干，活性炭含水率40％左右，将干燥后的活性炭置于70℃的鼓风干燥箱中干燥，至活性炭含水率在5％左
右。
32.(2)再生阶段，往筒体中投入干燥完成的失效活性炭，为保证失效活性炭最大再生效率，活性炭的填充高度略高于筒体高度的1/2，约1.3m，封闭进料口；依据活性炭碘值，通过面板控制选定微波控制器的微波发生功率500w、微波发生时间10min，启动微波发生器；待运行10min关闭微波发生器，通过滑动槽打开出料口，配合尼龙编织袋高度调节物料输送板略倾斜约10
°
，用铁铲铲动再生活性炭帮助活性炭顷落至编织袋，完成再生活性炭收集。
33.(3)评估阶段，对不同高度活性炭性能测试得到，最低层活性炭碘值为504.8mg/g，孔容积为0.37cm/g，中层炭活性炭碘值为801.5mg/g，孔容积为0.51mg/g，上层活性炭碘值为722.6mg/g，孔容积为0.49mg/g，表层活性炭过烧严重，孔结构遭到破坏，碘值吸附量下降，而底层活性炭由于滤料厚度原因，活性炭吸附的物质挥发效果差，故活性炭再生效果差。
34.对比例2
35.采用现有的热再生法再生活性炭：
36.(1)准备阶段，选取实施例1同批次失效活性炭(碘值78.9mg/g，孔容积0.24cm/g)用清水浸泡，反复搅拌清洗，至出水清澈，将水洗后的活性炭过滤并自然风干，活性炭含水率40％左右，将干燥后的活性炭置于70℃的鼓风干燥箱中干燥，至活性炭含水率在5％左右。
37.(2)再生阶段，将干燥后的活性炭置于再生加热炉中，调节加热炉温度到300～400℃进入炭化阶段，保持温度4～6min，升温至800℃，保持温度5min，待温度降低至室温，用编织袋分层次完成再生活性炭收集。
38.(3)评估阶段，靠近炉壁部分活性炭已发生粘连板结现象，此部分活性炭无法再生，出现热再生法导致活性炭损失问题，未对其碘值和孔容积进行测试，中层的活性炭碘值为761.3mg/g，孔容积为0.45cm/g，内层的活性炭碘值为703.1mg/g，孔容积为0.42cm/g，推测中层活性炭再生效果好的原因为中层受热充分，污染物分解较彻底，而内层部分活性炭受热不均匀，故再生效果差。