No processo de utilização, o carvão ativado pode ficar saturado e perder a sua capacidade de adsorção. O carvão pode ser utilizado várias vezes antes de precisar de ser substituído.
A regeneração do carvão ativado é a forma mais eficaz de aumentar a vida útil do seu carvão ativado. Este método não só lhe permite poupar dinheiro a longo prazo, como também diminui a sua pegada de carbono. Ao utilizar menos carbono virgem, está a contribuir para um planeta mais verde.
O que é a regeneração de carvão ativado
A regeneração do carvão ativado é um processo que remove materiais adsorvidos do carvão ativado sem destruir a estrutura original do carvão.
Antes de escolher o método de regeneração do carvão ativado, é importante ter uma compreensão clara do objeto tratado e da escala de tratamento.
As bases da regeneração do carvão ativado são as seguintes
- Carvão ativado Aquecimento externo para aumentar a temperatura para alterar as condições de equilíbrio, uma vez que a quantidade de massa adsorvida diminui - com o aumento da temperatura, dessorvendo assim a massa adsorvida.
- Alteração das propriedades químicas do adsorvato.
- Este é um método comum para remover um adsorvato de uma superfície. O adsorvato é extraído com um solvente que tem uma forte afinidade com ele. Isto pode ser feito lavando a superfície com o solvente ou passando o solvente sobre a superfície.
- Uma opção para regenerar o carvão ativado usado consiste em substituir o adsorvato por uma substância que tenha uma elevada afinidade com o carvão. Depois de a substância de substituição ter sido dessorvida, o carvão ativado pode ser regenerado. Este processo pode ser repetido várias vezes para prolongar a vida útil do carvão.
- Para diminuir a concentração (ou pressão) do soluto no solvente, pode-se utilizar uma variedade de métodos como a evaporação, destilação ou extração. Desta forma, o adsorbato é dessorvido da superfície do adsorvente e a concentração do soluto na solução é reduzida.
- A matéria orgânica pode ser removida das superfícies por decomposição ou oxidação. A decomposição é a quebra da matéria orgânica em pedaços mais pequenos, enquanto a oxidação é a reação química da matéria orgânica com o oxigénio. Ambos os processos podem ser utilizados para remover a matéria orgânica das superfícies de carvão ativado.
Métodos de regeneração do carvão ativado
Existem vários métodos de regeneração do carvão ativado, como o método de regeneração térmica, o método de regeneração biológica, o método de oxidação húmida, o método de regeneração por solvente, o método de regeneração eletroquímica, o método de oxidação húmida catalítica, etc. Cada método de regeneração tem as suas próprias vantagens e desvantagens, pelo que a escolha de um método de regeneração para o carvão ativado deve basear-se na situação específica. Se o carvão ativado estiver muito contaminado, pode ser necessário regenerá-lo com mais frequência, pelo que seria preferível um método de regeneração menos moroso e mais eficaz.
Método de regeneração térmica
O método de regeneração térmica é um dos métodos de regeneração de carvão ativado mais maduros da indústria. A principal vantagem deste método é a sua simplicidade e baixo custo. No entanto, é também um dos métodos mais intensivos em energia e pode potencialmente danificar o carvão ativado.
A fase de secagem consiste em remover a humidade do carvão ativado por aquecimento, e a fase de carbonização a alta temperatura consiste em aquecer o carvão ativado seco a uma determinada temperatura para decompor a matéria orgânica e tornar a superfície do carvão ativado mais porosa. O estágio de ativação é usar um agente oxidante para oxidar ainda mais a superfície do carvão ativado carbonizado a alta temperatura, de modo que a área de superfície específica do carvão ativado se torne maior e a capacidade de adsorção se torne mais forte.
Na fase de secagem da produção de carvão ativado, os componentes voláteis são principalmente removidos. Isto é feito aquecendo o carvão ativado a uma temperatura de cerca de 600 graus Celsius. Isto remove a água, o oxigénio e outros componentes voláteis, deixando o carbono para trás.
A fase de carbonização a alta temperatura é uma parte importante do processo de produção de carvão ativado. Nesta fase, parte da matéria orgânica adsorvida no carvão ativado entra em ebulição, vaporiza e dessorve, enquanto os componentes residuais permanecem nos poros do carvão ativado para serem carbono fixo. Para evitar a oxidação do carvão ativado, o processo é geralmente realizado sob vácuo ou atmosfera inerte.
Esta é a chave de todo o processo de regeneração. Na fase seguinte da ativação, o CO2, CO, H2 ou vapor de água são introduzidos no reator para limpar os microporos do carvão ativado e restaurar o seu desempenho de adsorção.
A regeneração térmica é um método de recuperação de calor residual que utiliza calor residual a alta temperatura para regenerar um adsorvente para utilização posterior. O processo de regeneração térmica requer normalmente energia adicional para aquecimento, o que pode resultar num aumento dos custos de investimento e de funcionamento. No entanto, o método tem as vantagens de uma elevada eficiência de regeneração e de uma ampla aplicabilidade.
O equipamento utilizado neste processo é oforno elétrico de regeneração de carvão ativado e o forno de regeneração de carvão ativado a gás. Este processo utiliza temperaturas elevadas para remover os contaminantes do carvão ativado.
Método de regeneração biológica
Este método consiste na utilização de bactérias domesticadas para resolver a matéria orgânica adsorvida no carvão ativado e posteriormente digeri-la e decompô-la em H2O e CO2. A reativação do carvão usado por este método é designada por método de regeneração biológica do carvão ativado. A vantagem deste método é que pode atingir o objetivo de regeneração do carvão ativado, reduzindo simultaneamente o custo da eliminação dos resíduos.
O tamanho dos poros do carvão ativado é muito pequeno, normalmente apenas alguns nanómetros. Isto significa que os microrganismos não podem entrar nos poros e que a autólise celular (autodestruição celular) ocorre durante o processo de regeneração. As enzimas fluem para o espaço extracelular e o carvão ativado tem um efeito de adsorção nas enzimas, formando um centro enzimático na superfície do carvão. Este catalisa a decomposição dos poluentes e atinge o objetivo de regeneração.
O método biológico do carvão ativado é simples e fácil de implementar, com baixo investimento e custos operacionais. No entanto, demora muito tempo e é muito influenciado pela qualidade e temperatura da água.
Método de regeneração por oxidação húmida
O método de regeneração por oxidação húmida é uma escolha popular para a regeneração de carvão ativado. Sob alta temperatura e pressão, o oxigénio ou o ar é utilizado para oxidar e decompor a matéria orgânica adsorvida no carvão ativado. O carvão ativado é então retirado do reator e lavado. A matéria orgânica é completamente decomposta e o carvão ativado é enviado de volta para a unidade de adsorção. Todo o processo é completado num ciclo.
As melhores condições de regeneração do carvão ativado são as seguintes: temperatura de regeneração 230 °C, tempo de regeneração 1 h, PO de oxigenação 20,6 MPa, adição de carbono 15 g, adição de água 300 mL. A eficiência da regeneração atingiu 45±5% e, após 5 ciclos de regeneração, a eficiência da regeneração diminuiu apenas 3%.
A oxidação parcial dos microporos da superfície do carvão ativado é a principal razão para a diminuição da eficiência da regeneração. A eficiência de regeneração do carvão ativado diminui à medida que o carvão é parcialmente oxidado. A principal razão para a oxidação parcial do carvão ativado é a presença de oxigénio na atmosfera de regeneração.
Método de regeneração com solvente
O método de regeneração do carvão ativado por solvente é um processo de quebra do equilíbrio de adsorção através da alteração da temperatura, do valor do pH do solvente e de outras condições para dessorver o material adsorvido do carvão ativado. Este método utiliza o equilíbrio de fases entre o carvão ativado, o solvente e o material adsorvido em seu benefício. Ao alterar a temperatura e o valor do pH do solvente, o material adsorvido é forçado a deixar o carvão ativado e a ser recolhido no solvente.
As vantagens do método de regeneração do carvão ativado com solvente são que o semestre de regeneração é curto, a eficiência de adsorção é elevada e não produz poluição secundária. As principais desvantagens são que o custo de regeneração é elevado, o processo é complexo e o custo global do tratamento da água aumenta.
O método de regeneração do carvão ativado com solvente é mais adequado para a adsorção reversível, como a adsorção de águas residuais orgânicas com elevada concentração e baixo ponto de ebulição. É mais direcionado, muitas vezes um solvente só pode dessorver certos poluentes, enquanto o processo de tratamento de água de uma vasta gama de poluentes, variável, pelo que a aplicação de um solvente específico é estreita.
Método de regeneração eletroquímica
O método de regeneração eletroquímica do carvão ativado é um novo tipo de tecnologia de regeneração do carvão ativado. Neste método, o carvão ativado é colocado entre dois eléctrodos principais e é adicionado um campo elétrico de corrente contínua ao eletrólito. Sob a ação da oxidação e redução electroquímicas, a matéria orgânica adsorvida no carvão ativado é degradada ou decomposta, e o carvão ativado é regenerado. A vantagem deste método de regeneração é que pode ser realizado num curto espaço de tempo, e a eficiência de utilização do carvão ativado é melhorada. Este método é também mais amigo do ambiente do que outros métodos de regeneração, uma vez que não produz quaisquer subprodutos nocivos.
O carvão ativado é polarizado sob a ação de um campo elétrico, sendo uma extremidade o ânodo e a outra o cátodo, formando uma célula microelectrolítica.
O método eletroquímico de regeneração de carvão ativado é fácil de operar e tem uma elevada eficiência e um baixo consumo de energia, e o seu objeto de tratamento está sujeito a menos limitações, e se o processo de tratamento for perfeito, a poluição secundária pode ser evitada.
Método de oxidação húmida catalítica
O método tradicional de oxidação húmida para regenerar o carvão ativado tem uma eficiência relativamente baixa, mas um grande consumo de energia. A principal razão para a baixa eficiência de regeneração é a temperatura de regeneração. No entanto, o aumento da temperatura de regeneração também aumenta a oxidação da superfície do carvão ativado, reduzindo assim a eficiência da regeneração.
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