浅谈活性炭吸附工艺的十大问题

活性炭工艺现场示意图

使用方法：通过活性炭的自然吸附能力吸附废气，当吸附饱和后，活性炭脱附再生或交给专业危废公司处理。

原理：活性炭净化空气的物理吸附，如图所示四种情况：

1.分子直径大于孔的直径，由于空间位阻，分子不能入孔，因此不吸附；

2.分子直径等于孔的直径，吸附剂的捕捉力很强，非常适合低浓度吸附；

3.分子直径小于孔的直径，孔内发生毛细管冷凝，吸附容量大；

4.分子直径远小于孔的直径，吸附分子很容易解吸，解吸速率高，低浓度下的吸附量较小。

国内运用活性炭吸附的治污工艺设备，制造其的环保公司对设备的除污参数，基本上都会提到这类设备的除污效率达到90% 以上， 但是事实呢? 经专家和实验数据表明，在实际除污应用过程中，除污效率达到90%以上只是理论值。但是，在不同的工作环境下，其除污效率远比这个理论数值低。那这是什么原因呢？

活性炭的吸附作用，主要是与活性炭的结构有关。活性炭表面原子通过络合作用、氢键、离子交换等多种方式结合起作用。活性炭虽然吸附速率快，但对有机气体吸附的选择性低，同时，活性炭对有机气体的吸附过程也受多种因素的影响，主要包括温度、工作环境湿度、水雾、酸度、灰尘及被吸附气体之间的相互作用等。

1、吸附量小

物理吸附存在吸附饱和问题，随着吸附剂的消耗，吸附能力也变弱，使用一段时间后可能会出现吸附量小或失去吸附功能，不适用于高浓度废气。吸附时，存在吸附的专一性问题，对混合气体，可吸附性会减弱，同时也存在分子直径与活性炭孔径不匹配，造成脱附现象；更为明显的是，从原理上看活性炭吸附只是将有毒害气体转移，并没有达到分解有害气体的功效。

2、温度影响

在通常情况下，活性炭吸附设备在温度方面，一般要求废气的温度低于40℃，25℃的吸附条件比较好，原则上需要对VOCs 气源进行冷却才能达到这个温度，而在实际的工作环境中很难做到恒温吸附VOCs,如果废气的温度超过400℃，活性炭的吸附效率就会急速下降。而且，当活性炭吸附一定量的VOCs 后暂停工作，则已经吸附VOCs 的活性炭会因气温或气压的改变又释放脱附VOCs。

温度对VOCs吸附影响关系图

3、相对湿度影响

相对湿度也会对活性炭吸附设备的 吸附效率产生影响。

VOCs在不同湿度下的吸附效果

从我国华南地区的一个沿海大省气象局发布的环境数据看到，自2016年4月，该省白天气温已经出现30℃以上的温度，甚至在7-9月份，频繁地出现白天气温超过35℃的极端气候，碳箱蓄热近50℃。另外，该省自2016年3月开始，平均湿度长期超过70%了。再加上企业生产过程中产生的VOCs 的温度长期偏高，所含的湿气也超过了50%。因此，室外环境条件和废气环境条件共同作用下，导致了活性炭吸附效率大为降低。活性炭吸附设备的整体吸附效率不到其设计标准的50%。可想而知，在这种情况下，排出的气体，所含的VOCs肯定是超出了国家规定的可排放标准，直接对大气产生了污染。

4、气压影响

活性炭吸附VOCs过程，如果从低浓度向高浓度吸附，需要确保活性炭在负压环境下才能进行，在工厂生产实际应用中，设备不可能不停运作。当停止工作不再形成负压的环境，活性炭已经吸附的VOCs会脱附释放，再次污染环境。

5、酸性气体影响

活性炭表面酸性与吸附平衡有着密切的关系。活性炭表面酸性增加，则对酸性及中性有机物的吸附能力大幅降低，而大部分VOCs均显酸性。

6、粉尘影响

活性炭对VOCs 的吸附则主要受活性炭比表面积、孔径大小等物理特性的影响。因为活性炭的吸附是无选择性的，除了吸附VOCs,也会吸附粉尘，随着活性炭表面粉尘量的增加，活性炭的微孔被堵塞，比表面积降低，降低活性炭对VOCs的吸附能力，致使活性炭“中毒”失活。

7、企业易造假，存在着巨大环保风险

活性炭虽然便宜，但使用活性炭吸附法处理VOCs达标排放实际运维费用是十分高昂的，同时自然吸、脱附管理难、适用性受多种因素影响，不适合含粉尘、水汽、乳状物等废气处理，难稳定环保达标。且大量饱和后的活性炭处理更耗费巨大，该方法仅是将污染物吸附转移，如对饱和后活性炭转移过程无严格把关跟踪，则极易造成二次污染。但因前期投资少，企业自然选用较多，现虽监管难（炭箱内没有活性炭，活性炭设施过于简陋、几乎不换炭，活性炭选用与实际设计不符，使用量过少等），但环保部门终会有所行动的，存在着巨大环保风险。而且容易造假应付环保管理。（如：炭箱内没有活性炭，活性炭设施过于简陋、几乎不换炭，活性炭实际工程与设计不符，使用量过少等。）

图为广东某企业仅放少许活性炭并长期不更换、造假

6月12日，督查组对北京市东城区典盛经贸有限公司现场检查时发现，该公司调漆房作业期间门窗敞开，废气直排，VOCs收集处理设施闲置；打磨、抛光工序无抑尘设施；喷漆房底棉、活性炭长期未更换；大量废机油滤芯、废机油桶、废漆桶堆放在维修车间未转移处置。督查组已将检查发现的问题移交当地环保部门调查处理。

有机废气处理设施内部无活性炭吸附装置

6月14日夜，督查组对济南市长清区济南艺高数控机械有限公司现场检查时发现，该公司喷漆房中漆雾和有机废气未经过滤棉和活性炭吸附直排，废气处理设施中有大量粉尘，活性炭吸附装置未安装到位。督查组已将检查发现的问题移交当地环保部门调查处理。

废气治理设施无活性炭

8、使用过后的废活性炭是危险废物

性炭形状不定，通常是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状，通过加工处理所获得。由于活性炭本身具有的吸附性能，能够吸大多数大气污染物，吸附效率较为理想，因此在生活中常被当作吸附剂使用。活性炭本身不具备危险性，因此被抛弃的纯活性炭不属于危险废物。

吸附VOCs后的废活性炭是不是危废？

根据《国家危险废物名录》中关于HW12、HW49大类危险废物的定义，涂装行业和化工行业的吸附VOCs后的废活性炭（以下简称“VOCs废活性炭”）可明确认定为危险废物；

那么有的企业要问了：“我们不涉及上述两个行业，在生产过程中产生的VOCs活性炭可不可以按一般固废的要求处置呢？”答案是：绝对不行。

可见，其他行业的VOCs废活性炭属于HW49其他废物900-041-49的描述“含有或沾染毒性、感染性危险废物的过滤吸附介质”，故也应该被认定为危险废物。

VOCs废活性炭也没有在危险废物豁免管理清单之列。

可以确认，VOCs废活性炭不存在豁免情形，而是直接按照危险废物进行管理。

9、后期处理及其麻烦

产生了VOCs废活性炭该如何处理？

首先，废活性炭的管理计划必须向环保部门备案。

其次，企业不得擅自处置废活性炭。

最后，企业必须委托具资质单位或个人进行处置。

禁止将废活性炭交给供货商带回。（这是实务工作常见的违法情形）

违法处置VOCs废活性炭，该承担民事、行政、刑事责任。

10、安全性低

虽然活性炭吸附技术的设备相对简单，只需将一定量的活性炭颗粒固定在载体上就可以使用，且活性炭吸附在VOCs的稳定气流中，短时间内活性炭横截面积的吸附效果也显著，但是，对于源源不断的废气气流，这只是很小的一部分吸附，容易达到饱和，对于总体的吸附效率很低；再者，对废气中的臭氧、氮氧化物需要特种吸附材料吸附，常用的活性炭吸附材料不能满足。此外，由于VOCs绝大部分是易燃、易爆的化合物，VOCs处理工程在设计时要充分考虑安全。

总结：

1、活性炭吸附量小，不适用于高浓度以及混合气体废气

2、活性炭吸附只是将有毒害气体转移，并没有达到分解有害气体的功效。

3、 运维费用十分高昂。

4、 受温度、湿度、气压、PH值及粉尘的影响极大，难稳定环保达标。

5、 企业易造假，存在着巨大环保风险。

6、使用过后的废活性炭是危险废物。

7、后期处理及其麻烦。

8、安全性低，易燃易爆