活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附处理水晶玻璃生产废水

　　近期源自冶金厂、纺织业、玻璃生产、化学品和颜料制造、金属沉积设施、采矿活动、制革和石油精炼等的快速增长的工业废水严重影响了环境。它们含有多种来源和性质不同的污染物，包括化学物质、有机物、重金属和具有升高有机参数的有色化合物的混合物等。我们研究了几种吸附剂如活性炭和泥炭、沸石等材料，以及它们去除过量离子的潜在能力水晶玻璃工业产生的实际废水中的铅、锑、硫酸盐和氟化物等去除效果。

　　玻璃制造行业规模庞大且分布广泛，像容器玻璃、建筑玻璃、汽车玻璃和太阳能玻璃(平板玻璃)、连续长丝玻璃纤维、家用玻璃和特种玻璃五个不同的行业包括各种特定产品。再经过不同的加工设施，如洗涤、冷却、碎玻璃分离、研磨和抛光，会产生很多高危废水。它们由玻璃固体、重金属、油、润滑剂、可溶性和不溶性二氧化硅颗粒、溶解盐等组成。特别是水晶玻璃生产废水中含有大量有害重金属，因为典型的水晶玻璃由54-65%的SiO2、25-30%的PbO、13-15%的Na2O或K2O组成，以及不同的添加剂。

　　活性炭等和吸附剂的参数

　　我们评估了几种市售吸附剂，即一种天然沸石和两种合成沸石、泥炭和活性炭，用于水晶玻璃生产废水的后处理，特别关注重金属的减少。选择凝灰岩和泥炭是因为它们的成本低，活性炭是因为它被证明具有高效率和对多种污染物的广泛适用性，以及两种合成沸石由于它们的特定结构，目的是将它们的去除能力与前面提到的吸附剂进行比较。为了提供可能影响吸附和过滤能力以及离子交换能力的吸附剂的化学成分、表面形态和pH值，采用了多种分析技术。SEM下的吸附剂表面如图所示图1。

　　图1：所选吸附剂的SEM(a)混合沸石、(b)沸石、(c)凝灰岩、(d)活性炭、(e)泥炭。

　　活性炭对水晶玻璃废水处理测试

　　在拟议研究的第一阶段进行了活性炭等吸附剂的筛选(图2)。其中，测定了初始结晶玻璃废水中和经过24小时摇瓶实验后处理过的废水中两种金属离子(铅、锑)、TOC、硫酸盐、氟化物和pH的存在。发现活性炭去除铅的效率从80.6%到100%不等，使用不同的天然沸石从55%到99%不等。具有内部通道的凝灰岩的三维晶体结构允许无机和有机离子渗透到结构中，因此被认为是一种低成本且非常有效的金属和无机离子以及有机污染物(TOC)吸附剂。另一方面，当同时使用沸石和活性炭时，当pH高于8时，氟化物的去除能力降低，这是由于吸附剂表面带负电荷，因此溶液中与F竞争的OH离子浓度更高−用于吸附的离子。还发现硫酸盐共存离子对F的影响可以忽略不计，尽管在本研究中存在带正电的重金属离子，以及高浓度的硫酸盐可以相互影响单个吸附剂的吸附能力。

　　图2：活性炭等吸附剂的筛选。废水中污染物的数量显示在主y轴上的列中，污染物减少量显示为次要y轴上的黑点。橙色线是水道排放的限值。

　　活性炭对水晶玻璃生产实际废水的混合物，即水晶玻璃研磨磨料的冷却水(在工业絮凝厂现场处理)和玻璃制品酸抛光的水(预先中和)，经过后处理成功地利用了吸附方法。我们对这几种吸附剂进行了定性分析，然后筛选了可能减少的超标铅、锑、硫酸盐和氟化物的值，使用批量吸附实验。作为成功减少选定污染物的有希望的候选者，特制的活性炭被进一步用于固定床塔。实验数据活性炭将铅降低了97%，锑降低了80%，氟化物降低了96%，具体取决于流速。速度越高，保留时间越短，因此污染物的减少量越低，尽管这种现象不是线性的。需要进一步的工作，结合不同的低成本吸附剂，以提高废水的处理效率，同时增加流速。此外，柱实验所得结果将通过现场全尺寸系统进行验证，活性炭使水晶玻璃制造过程中处理后的出水可回收再利用，从而有助于淡水资源的保护和降低玻璃行业的运营成本。

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