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活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

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活性炭處理洗滌廢水回收碳酸鈣
文章作者:韓研網絡部 更新時間:2025-6-11 15:07:07

  活性炭處理洗滌廢水回收碳酸鈣

  本文介紹了一種處理飛灰洗滌廢水的創新方法,通過結合活性炭吸附和CO2碳酸化技術,有效去除廢水中的鈣和重金屬,同時回收高純度碳酸鈣(CaCO3)。該方法不僅解決了環境污染問題,還通過資源回收和CO2封存提供了經濟和環境雙重效益。本文澄清,“洗滌廢水”在此特指飛灰洗滌廢水,而非洗滌劑廢水,但類似技術可能適用于其他含鈣廢水。

  飛灰是燃煤電廠或垃圾焚燒過程中產生的固體殘留物,富含氧化鈣(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氯化鈉(NaCl)和氯化鉀(KCl),但因含有重金屬、氯化物和有毒有機物而具有危險性。為去除可溶性氯化物(>90%)和硫酸鹽(30%-80%),飛灰需用水洗滌,生成高堿性(pH約11.8)、高鹽度和高硬度的廢水。廢水中鈣化合物(如Ca(OH)2、CaSO4、CaCO3)濃度高,鈉、鉀、氯化物可達10,000mg/L,重金屬(如鉛、鋅)濃度為數至數十mg/L。

  傳統處理方法,如化學沉淀、膜分離、離子交換和電去離子化,存在效率低、成本高或資源回收不足的問題。研究提出了一種結合活性炭吸附和CO2碳酸化的方法,通過沉淀鈣為碳酸鈣并去除重金屬,實現了污染物去除與資源回收的雙重目標。該方法還通過碳酸化過程封存CO2,助力碳捕集與利用。

  方法

  廢水特性

  實驗使用來自上海某設施的飛灰洗滌廢水,初始pH約為11.8,含有高濃度鈣、鈉、鉀、氯化物及少量重金屬。

  活性炭吸附

  采用煤基活性炭(粒徑1.4×0.38mm),以50wt%純度的十二烷基二甲基溴化銨(DDA)改性。改性活性炭通過10wt%DDA溶液循環12小時制備,用于吸附鉛(Pb)、鋅(Zn)等重金屬。廢水通過活性炭柱處理,每4小時收集流出液。

  CO2碳酸化

  碳酸化實驗在100mL廢水中進行,通過10µm孔徑曝氣器通入99.99%純度CO2。初始pH用1mol/LNaOH調整至12.0、12.5或13.0,CO2流率為30、60或100mL/min,反應時間為5、10、15、20、40、60或120分鐘。pH通過高精度儀器(±0.02)實時監測。沉淀物經0.45µm過濾、洗滌并在105°C干燥24小時。

  分析與表征

  化學分析:鈣、硫酸根、碳酸根等通過國家標準方法測定,重金屬(Pb、Cr、Zn、Cd、Ni、Cu)用ICP-OES分析,總有機碳(TOC)用多功能分析儀測定。

  表征:沉淀物通過X射線衍射(XRD)、X射線熒光(XRF)、粒徑分析和掃描電子顯微鏡(SEM)分析。

  結果

  鈣去除效率

  鈣去除率隨初始pH顯著變化:

  pH11.8:10分鐘時去除率10.3%,60分鐘降至4.9%,pH降至6.7,沉淀量僅4.2g/L。

  pH12.0:5分鐘去除率54%,20分鐘達61%,pH降至6.7,沉淀量35g/L。

  pH12.5:5分鐘去除率90%,40分鐘達93%,鈣濃度降至820mg/L,沉淀量60g/L。

  pH13.0:5分鐘去除率>99%,30分鐘達100%,鈣濃度<40mg/L,沉淀量73g/L,120分鐘保持穩定。

  最佳條件為pH13.0、CO2流率30mL/min、30分鐘,鈣濃度降至28mg/L,沉淀量73g/L。

  CO2流率影響

  在pH13.0下,CO2流率30、60、100mL/min均將鈣濃度降至<40mg/L,沉淀量分別為73g/L、75g/L和65g/L,表明30mL/min為最優流率。

  沉淀物特性

  成分:XRD顯示30分鐘時主要為CaCO3(方解石),含少量NaCl、KCl、CaSO4。XRF表明鈣含量>38wt%,鉛0.489-0.612wt%,鋅0.016-0.020wt%,其他雜質(如Fe、S、Si)含量低,Cu、Ni、Cd、Cr、Mn未檢出。

  形貌:SEM顯示沉淀物為立方形方解石,粒徑40-100µm,中值47µm,均勻性1.13,表面積0.48m²/g。

  重金屬去除

  改性活性炭顯著增強了鉛和鋅的吸附,吸附床體積為原體積的4倍,流出液中鉛、鋅<0.01mg/L,Cd9.32mg/L,Ni2.50mg/L,Cu0.33mg/L,Cr0.05mg/L,TOC從52.5mg/L降至10.1mg/L。碳酸化后,沉淀物無重金屬,鈣含量38.29wt%。

  處理后水質

  處理后水中鈣濃度約28mg/L,鈉21,250mg/L,鉀18,920mg/L,氯化物63,530mg/L,碳酸根4,250mg/L,適合進一步回收這些資源。碳封存率約80%。

  討論

  技術優勢

  高效去除鈣:在pH13.0下,鈣去除率>99%,滿足嚴格的排放標準。

  高純度碳酸鈣:活性炭預處理確保沉淀物無重金屬,鈣含量>38wt%,粒徑和形貌適合工業應用。

  CO2封存:約80%的CO2以碳酸鈣形式固定,助力碳中和目標。

  資源回收:處理后水中保留的鈉、鉀、氯化物可進一步結晶回收,增加經濟效益。

  關鍵因素

  pH影響:高pH促進碳酸鈣沉淀,pH13.0為最佳。

  活性炭作用:去除重金屬是確保碳酸鈣純度的關鍵步驟。

  CO2流率:30mL/min平衡了效率和成本。

  潛在應用

  雖然研究針對飛灰洗滌廢水,但該方法可能適用于其他含鈣廢水,如洗滌劑廢水或電石廢水。洗滌劑廢水若含高鈣,可能通過類似碳酸化過程回收碳酸鈣,但需實驗驗證其重金屬含量和pH特性。

  局限性與未來研究

  成本:pH調整和活性炭改性可能增加成本,需優化工藝以降低能耗。

  規;實驗室結果需在工業規模驗證。

  其他廢水:需研究方法對洗滌劑廢水等其他廢水的適用性。

  結論

  活性炭吸附結合CO2碳酸化是一種可持續的飛灰洗滌廢水處理方法,可高效去除鈣和重金屬,回收高純度碳酸鈣,并封存CO2。該技術兼具環境和經濟效益,適合工業應用。未來研究應聚焦工藝優化、規模化應用及對其他廢水(如洗滌劑廢水)的適應性,以進一步推廣其應用。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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