活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附處理水晶玻璃生產廢水

　　近期源自冶金廠、紡織業、玻璃生產、化學品和顏料制造、金屬沉積設施、采礦活動、制革和石油精煉等的快速增長的工業廢水嚴重影響了環境。它們含有多種來源和性質不同的污染物，包括化學物質、有機物、重金屬和具有升高有機參數的有色化合物的混合物等。我們研究了幾種吸附劑如活性炭和泥炭、沸石等材料，以及它們去除過量離子的潛在能力水晶玻璃工業產生的實際廢水中的鉛、銻、硫酸鹽和氟化物等去除效果。

　　玻璃制造行業規模龐大且分布廣泛，像容器玻璃、建筑玻璃、汽車玻璃和太陽能玻璃(平板玻璃)、連續長絲玻璃纖維、家用玻璃和特種玻璃五個不同的行業包括各種特定產品。再經過不同的加工設施，如洗滌、冷卻、碎玻璃分離、研磨和拋光，會產生很多高危廢水。它們由玻璃固體、重金屬、油、潤滑劑、可溶性和不溶性二氧化硅顆粒、溶解鹽等組成。特別是水晶玻璃生產廢水中含有大量有害重金屬，因為典型的水晶玻璃由54-65%的SiO2、25-30%的PbO、13-15%的Na2O或K2O組成，以及不同的添加劑。

　　活性炭等和吸附劑的參數

　　我們評估了幾種市售吸附劑，即一種天然沸石和兩種合成沸石、泥炭和活性炭，用于水晶玻璃生產廢水的后處理，特別關注重金屬的減少。選擇凝灰巖和泥炭是因為它們的成本低，活性炭是因為它被證明具有高效率和對多種污染物的廣泛適用性，以及兩種合成沸石由于它們的特定結構，目的是將它們的去除能力與前面提到的吸附劑進行比較。為了提供可能影響吸附和過濾能力以及離子交換能力的吸附劑的化學成分、表面形態和pH值，采用了多種分析技術。SEM下的吸附劑表面如圖所示圖1。

　　圖1：所選吸附劑的SEM(a)混合沸石、(b)沸石、(c)凝灰巖、(d)活性炭、(e)泥炭。

　　活性炭對水晶玻璃廢水處理測試

　　在擬議研究的第一階段進行了活性炭等吸附劑的篩選(圖2)。其中，測定了初始結晶玻璃廢水中和經過24小時搖瓶實驗后處理過的廢水中兩種金屬離子(鉛、銻)、TOC、硫酸鹽、氟化物和pH的存在。發現活性炭去除鉛的效率從80.6%到100%不等，使用不同的天然沸石從55%到99%不等。具有內部通道的凝灰巖的三維晶體結構允許無機和有機離子滲透到結構中，因此被認為是一種低成本且非常有效的金屬和無機離子以及有機污染物(TOC)吸附劑。另一方面，當同時使用沸石和活性炭時，當pH高于8時，氟化物的去除能力降低，這是由于吸附劑表面帶負電荷，因此溶液中與F競爭的OH離子濃度更高−用于吸附的離子。還發現硫酸鹽共存離子對F的影響可以忽略不計，盡管在本研究中存在帶正電的重金屬離子，以及高濃度的硫酸鹽可以相互影響單個吸附劑的吸附能力。

　　圖2：活性炭等吸附劑的篩選。廢水中污染物的數量顯示在主y軸上的列中，污染物減少量顯示為次要y軸上的黑點。橙色線是水道排放的限值。

　　活性炭對水晶玻璃生產實際廢水的混合物，即水晶玻璃研磨磨料的冷卻水(在工業絮凝廠現場處理)和玻璃制品酸拋光的水(預先中和)，經過后處理成功地利用了吸附方法。我們對這幾種吸附劑進行了定性分析，然后篩選了可能減少的超標鉛、銻、硫酸鹽和氟化物的值，使用批量吸附實驗。作為成功減少選定污染物的有希望的候選者，特制的活性炭被進一步用于固定床塔。實驗數據活性炭將鉛降低了97%，銻降低了80%，氟化物降低了96%，具體取決于流速。速度越高，保留時間越短，因此污染物的減少量越低，盡管這種現象不是線性的。需要進一步的工作，結合不同的低成本吸附劑，以提高廢水的處理效率，同時增加流速。此外，柱實驗所得結果將通過現場全尺寸系統進行驗證，活性炭使水晶玻璃制造過程中處理后的出水可回收再利用，從而有助于淡水資源的保護和降低玻璃行業的運營成本。

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