《活性碳处理》PPT课件

1、1,活性碳處 （activated carbon treatment）,2,大綱,一、前言 二、什麼是活性碳處理? 三、何謂活性碳？ 四、活性碳的種類 五、活性碳的製造 六、活性碳過濾原理 七、它是否安全? 八、它需時多久? 九、為何使用它? 十、結論 十一 、參考文獻,3,一、前言,早在18世紀前人類即發現到炭的吸附性能，而利用於糖的脫色。20世紀時因活性碳製造技術開發成功，活性碳遂取代炭而逐漸廣泛應用在工業上。 活性碳具有優異的吸附特性，廣為各種工業採用，例如產品純化、脫色、去毒、除氯及金的回收等。 近年來社會對環保的意識抬頭，活性碳更被大量用於廢水及廢氣的處理，尤其是環保法規較為嚴苛的國

2、家，活性碳的用量也越大。以先進國家為例，日本每人每年約需用0.5公斤的活性碳，美國則為0.4公斤，相較於其他未開發國家或開發中國家，每人每年的耗用量僅在0.03公斤，要高出十倍以上。,4,二、什麼是活性碳處理呢?,就是一種利用活性碳來吸收有害物質的處理空氣或水的方式。當污染的空氣和水通過活性碳過器，化學物質吸附或黏在碳體表面。 家中的自水過器和水族箱也皆以這種活性碳處的方式過。 在抽取處系統（pump-and-treat system）中，受污染的地下水也會用活性碳吸附法加以處後，達到去除地下水污染物質的目的。,5,三、何謂活性碳?,活性碳（activated carbon）的外觀就像是黑色粉

3、末的微小顆，其最常被用於過出受污染的空氣和水中有害化學物質。 活性碳是一種多孔性的含碳物質，它具有高度發展的孔隙構造，是一種極優良的吸附劑，每克活性碳的吸附面積更相當於八個網球場之多，而其吸附作用是藉由物理性吸附力與化學性吸附力達成。 其組成物質除了碳元素外，尚含有少量的氫、氮、氧及灰份，其結構則為碳形成的六環物堆積而成。 由於六環碳的不規則排列，造成了活性碳多微孔體積及高表面積的特性。,6,四、活性碳種類,活性碳依來源及製法不同，其所產生之孔洞特性及表面積大小也各異。 依活性碳之外形，大概可以分為四大類： （1）粉末活性碳 （2）粒狀活性碳 （3）纖維狀活性碳 （4）表面塗佈之基材活性碳,7

4、,（1）粉末活性碳,通常粉末活性碳所指就是直徑小於300mesh的微粒碳粉，由於顆粒小，很容易造成壓力降低及粉塵問題，除非將其固定於纖維不織布上，否則很少作廢氣處理用。 在水處理方面，則因吸附速度較快，有用於脫色、脫臭等，但近年來由於廢活性碳處理問題，也逐漸少被採用。,8,（2）粒狀活性碳 ,粒狀活性碳依形狀之不同又可分為破碎狀、圓柱狀及球形等三種 粒狀之吸附力較粉末活性碳小，因顆粒大減少壓力降低的問題，而且具有可以再生的優點，所以一直為使用最廣泛的一種。 圓柱狀常用的規格是直徑1-3mm、 長3-10mm，而破碎狀大約在4-40mesh範圍，圓柱狀與破碎狀之活性碳裝置大都採用固定床方式，有單

5、塔、雙塔甚至多塔之處理系統，其中雙塔系統應用實例最多。,9,（2）粒狀活性碳 ,商業上有並聯及串聯兩種結合方式，並聯形最常使用的是有機溶劑回收系統，當一塔吸附達某一操作值後即將廢氣轉換至另一塔處理，而該塔即以改變壓力、溫度或通入蒸汽的方式進行再生，如此雙塔交互使用，屬於線上再生型(in-site regeneration model) 串聯型常使用於臭氣等較難處理之廢氣系統，各塔可以填充不同種類的活性碳分別處理吸附力不同之物質，通常其再生技術也比較麻煩，所以常取出外送至再生處理廠的方式來處理飽和碳。 球形活性碳具有壓降小，磨耗率低且容易操作之優點，正常狀況下磨耗量約0.3g/m2。hr，大都利

6、用於流體化床的系統。,10,（3）纖維狀活性碳,利用酚系、丙烯晴系等原料合成之纖維活性碳，主要目的是揉和粉末活性碳高面積、高吸附力及粒狀活性碳壓降小、可再生的優點，而且具有獨特的強度，可二次加工，通常其吸脫附性能也頗良好。 應用上有固定床式及轉輪式兩種，固定床之裝置主要應用於溶劑回收。 與粒狀活性碳吸附床比較，纖維活性碳之填充重量大概只有1/151/100，由電子顯微鏡可以觀察到其孔洞大小較為均一，所以吸脫附性能較粒狀碳高，一般可以降低纖維層厚度約（粒狀活性碳之1/51/10），間接減少碳床熱累積所造成著火的危險，脫附性能佳。 目前市面上已有表面積高達2500m2/g產品推出，綜括而言其優點甚

7、多，惟對於易聚合氣體教不適用且價格偏高。,11,圖:活性碳的孔洞分佈,12,（4）表面塗佈之基材活性碳 ,表面塗佈之基材活性碳多用於微量污染物之去除，如潔淨室之淨化等。 目前市售的基材活性碳可分為直接塗佈形、三明治形及混紡形三種。 直接塗佈形，大都以陶瓷纖維紙或玻璃纖維紙等耐燃性物質為基材，先成型為蜂巢狀，再將含有黏合劑之碳粉塗佈分散於基材表面，此產品由於屬於較均一之薄薄一層，效率較高，且在高風速流量時，例如；面速度2.5m/s壓降最低（70Pa）。,13,（4）表面塗佈之基材活性碳 ,三明治形，主要以不織布將微粒狀之活性碳夾在中間，此多做成折疊狀之濾材成品。 由於碳粒與碳粒之間無法緊密結合，

8、一般而言，此類型之產品效率較差，無達到極低濃度的去除效果，且使用時，壓降也較大。 混紡形則為將碳粉加入高分子材料中，再製成絲後織成產物，亦有混入紙漿內，再進行抄紙等製成產品，由於可添加之量有限，使用之壽命較短，且價格較貴。,14,五、活性碳的製造 1/2,活性碳種類繁多，以原料來分，可概分為煤質碳、木質碳、果殼碳及椰殼碳等。 可分爲 炭化 和 活化 兩個過程: 經過活化的碳才能稱為活性碳-因為活化處理前後的功效差了10-20倍,15,1. 碳化過程,碳化是在缺氧及高溫 500 - 750 的條件下，將原料熱解 ( Pyrolysis ) 形成多裂孔性的炭結構體。 在碳化期間，大部分的非碳元素，

9、例如氫氧藉由原料之裂解程式而以揮發性氣體産物被去除，如此碳化産物炭原子組合芳香族環之片狀結構，由於非常不規則，故會形成一些裂隙，這些裂隙將會在活化程式中，形成更發達的微孔結構。,16,17,2. 活化過程,活化的目的是利用蒸汽或化學物質來清除碳化過程中，積蓄在孔隙結構中的焦油物質及裂解産物及與碳原子氧化，擴大碳化料裂孔隙及創造微孔以提高孔洞體積或比表面積，産生高吸附量的活性碳。 使用水蒸汽活化法，碳化過程中，經常會有碳氫化合物形成而附著活性碳邊緣的碳原子上，堵塞了部份孔隙，進而影響其吸附能力。 于熱解時借著活化劑的氧化作用，來增加孔隙生成。此程式是將碳化産物，於高溫750-1000下，通以水蒸

10、氣、二氧化碳或空氣與碳質做選擇性的氧化，以形成微孔發達的反應生成物。,18,19,六、活性碳過濾原理 1/3,吸附主要乃將目標物質，通過一多孔固體，使之附著於其固體表面上，來達到去除之目的。吸附的機制一般依鍵結作用方式可分為物理吸附及化學吸附兩種。 活性炭的吸附能力與水溫的高低、水質的好壞等有一定關係。水溫越高，活性炭的吸附能力就越強；若水溫高達 以上時，吸附能力達到極限，並有逐漸降低的可能。 當水質呈酸性時，活性碳對陰離子物質的吸附能力便相對減弱；當水質呈鹼性時，活性碳對陽離子物質的吸附能力減弱。 所以，水質的不穩定，也會影響到活性碳的吸附能力。,20,21,六、活性碳過濾原理 2/3,活性

11、碳過器是由一至個含有活性碳的圓桶，而這些圓桶設計主要是用吸附一場址中有害的化學物質，其通常先將污染的水或空氣抽至圓桶頂端再讓其至圓桶內，其經過圓桶內化學物質會吸附在多孔介質的活性碳顆上，過出的空氣或水沒有達到符合標準，將會再被抽進另一圓桶內或是用其他方法進處，以達到符合標準。,22,六、活性碳過濾原理 3/3,當用過的活性碳已完全吸附化學物質，就需要被置換新及清，因此過器是可以被回收的。 而置換掉的活性碳與吸附其上的化學物質必須燃燒且置放於合法的掩埋場中。 對於用過的活性碳進清，首先需要對碳加熱，使化學物質與其分，再抽入乾淨的空氣，讓空氣清除這些碳使其開圓桶。最後再由空氣污染防治設備收集化學物

12、質，再將收集的化學物質進而清除或破壞。,23,24,活性碳於水處理,活性碳應用於產業廢水，主要為有機物、氯鹽及微量不純物之去除，其亦常與離子交換樹脂組合以製造超純水。用於廢水處理，主要是去除一般難處理之有機化合物、鹵化物、酚類、水銀及一些無機金屬離子，如：Sb, As, Bi, Cr及Sn等。活性碳的選擇依處理的水別及目的其也各不相同。 （1） 飲用水水源之淨化，包括水內含色、臭、合成洗劑及農藥等之去除 （2） 工業及產業用水之處理 （3） 家庭廢水之處理及再利用 （4） 工業及產業廢水之處理及再利用 （5） 垃圾滲出水處理,25,除了形態差異外，活性碳的各種物理及化學性質亦深深的影響到活性碳

13、應用的領域。 例如除臭用之活性碳以微孔含量高者為佳，但此種活性碳不見得適合工業上之脫色程序所用。 又如在處理混合且含有各種大小分子的廢氣或廢水時，則以具有各種孔徑分佈之活性碳為佳。,26,七、活性碳處理是否安全?,活性碳處系統是相當安全的。 在活性碳處系統的圓桶內裝有一個偵測器，它可以偵測圓桶(1)是否有和(2)置換活性碳的時間，因此就能有效防止化學物質殘於圓桶中。 然而大型的過器含有多活性碳子，因此置換活性碳的次也會較小型的過器少。,27,八、活性碳處理需時多久?,完成活性碳處所需要時間，決定在幾項因素上： 1. 受污染的水和空氣總。 2. 既有有害化學物質的種及。 3. 圓桶的目和大小。

14、4. 活性碳處法通常和其他的處法搭配使用，而所需時間往往是要依據其他處法的工作時間。,28,九、為何使用活性碳? (1/2),活性碳處對於處大範圍的化學物質像燃、多氯苯(PCBs)、戴奧辛(dioxins) 、 放射性廢棄物，有著相當顯著的成果。它也可以移除一些少形式的屬物質。 而活性碳處也較其他方法所需的經費宜，且活性碳處也會破壞化學物質，這些化學物質會用其他方法進處，處後的化學物質最後再和用過的活性碳會處置於合法的掩埋場中或用其他方法破壞。,29,九、為何使用活性碳? (2/2),焚化爐對於廢氣中戴奧辛的處理方式是於袋濾集塵器和半乾式洗煙塔之間的煙道中噴入活性碳粉，因濾袋能夠提供活性碳較長

15、之停留時間，使得吸附作用可於 濾袋之表面進行，附著於濾袋表面之活性碳經一段時間之後隨著袋濾集塵器之洗滌作用而落入灰漏斗中，隨著輸送帶之運送而送至飛灰固化廠進行 固化處理。,30,十、結論 (1/2),活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機物質雜質吸附到活性炭顆粒內，使用初期的吸附效果很高。 但時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。 如果水族箱中水質混濁，水中有機物含量高，活性炭很快就會喪失過濾功能。 所以，活性炭應定期清洗或更換。 活性炭顆粒的大小對吸附能力也有影響。 活性炭顆粒越小，過濾面積就越大。 所以，粉末狀的活性炭總面積最大，吸附效果

16、最佳，但粉末狀的活性炭很容易隨水流入水族箱中，難以控制，很少採用。 顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動，水中有機物等雜質在活性炭過濾層中也不易阻塞，其吸附能力強，攜帶更換方便。,31,十、結論 (2/2),良好的吸附劑一般必須具有較大的表面積，對於待處理之有機溶廢氣最好有選擇吸附的能力，且必須具有良好的機械強度，不易破碎；此外化學性質穩定容易再生，且價格便宜。 由於活性碳之品質影響吸附能力甚巨，各廠最好能按所需的功能制定活性碳的規範，或依各案所需處理之氣體擬定相關之吸附能力指標。 活性碳在環保領域之應用，尤其市空氣污染防治方面的成長極為可觀。,32,十一、考文獻 (1/2),本報告A Citizens Guide to Activated Carbon Treatment(EPA 542-F-01-020)，為美國環保署於2001發之Citizens Guides to Cleanup Methods系報告（共21篇）中之1篇，http: