CN108439669A - 一种水中二氧化硅去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水中二氧化硅去除方法，主要包括：(1)加碱预处理，使水中二氧化硅及钙、镁杂质胶体化；(2)电絮凝反应沉淀：利用铝板、铁板或铝铁混合极板作为阳极板电解产生氢氧化铝或氢氧化铁絮凝体，吸附加碱处理后形成的二氧化硅和钙、镁杂质胶体颗粒，并共同沉淀；(3)气浮除杂：将经步骤2处理后的废水进行气浮除杂，去除水中难以沉淀的细微二氧化硅颗粒及其他杂质颗粒；(4)膜过滤：将步骤3处理后的废水用膜过滤装置进行过滤，实现对水中二氧化硅杂质的深度过滤处理。整体工艺去除二氧化硅彻底、成熟、流程设计合理、连贯，还能有效除去水中钙、镁杂质，改善处理后清水水质，提高处理后清水回收应用价值，耐冲击负荷能力强，具有较好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及一种水中二氧化硅去除方法。
背景技术
随着社会进步、工业发展和人口的激增，环境污染问题不断加重，尤其是水资源的污染，使得人类可利用的淡水资源少之又少。科学家预计至2025年，世界上将会有2/3的人口面临严重的水资源短缺问题，甚至受到生活供水不足的危险。为了解决水资源的短缺问题，针对水资源的整体战略，世界各国都转向了全方位的、可持续的水资源利用。如何提高水的一次利用效率和水的重复利用效率，已经成为各行各业一项重要任务。
在工业用水中，很多行业都受到水中二氧化硅的限制，从用水量最大的冷却系统到高精度的电子行业，以及反渗透的浓水排水中二氧化硅的含量通常达到40-100mg/L，要想达到废水的零排放和回用，必须对废水中的二氧化硅进行深度去除。
目前，对于这类废水处理，国内外还没有资源化的例子，现有的方法包括混凝除硅、化学絮凝除硅、离子交换膜除硅等单一去除方法。其中，传统的化学絮凝法容易引起二次污染，无法达到深度去除二氧化硅的目的，离子交换膜法处理不仅价格昂贵而且对进水水质要求较高。并且，上述单一处理方法因实际水处理过程中水中二氧化硅及其他杂质含量变化不定，导致二氧化硅去除装置运行负荷大，耐冲击负荷能力弱，导致最终二氧化硅去除效果不理想问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述不足，本发明目的在于提供一种水中二氧化硅去除方法，依据本发明所述去除方法，可灵活适应各类水质待处理废水中二氧化硅的深度去除，并同时有效去除废水中钙、镁杂质，降低水硬度，实现对废水有效回收利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种水中二氧化硅去除方法，包括如下步骤：
(1)加碱预处理：向待处理废水中加入碱性试剂，使水中二氧化硅及钙、镁杂质胶体化；
(2)电絮凝反应沉淀：将步骤1处理后的废水进行电絮凝处理，利用铝板、铁板或铝铁混合极板作为阳极板电解产生氢氧化铝或氢氧化铁絮凝体，所述氢氧化铝或氢氧化铁絮凝体吸附加碱处理后形成的二氧化硅和钙、镁杂质胶体颗粒，并共同沉淀；
(3)气浮除杂：步骤2处理后的废水用气浮除杂装置进行气浮除杂，继续将水中未来得及沉淀的胶体颗粒进一步去除，其中，在所述电絮凝反应沉淀处理过程中，未完全絮凝沉淀的二氧化硅及钙、镁杂质胶体颗粒可在气浮装置底部进一步沉淀；
(4)膜过滤：将步骤3处理后的废水用膜过滤装置进行过滤，实现对水中二氧化硅杂质的深度过滤处理。
依据上述技术方案，本发明将加碱预处理、电絮凝化学反应沉淀法，与气浮除杂、膜过滤除杂物理分离法依次结合，先向待处理废水中加碱调节，将废水中大部分二氧化硅和钙、镁杂质胶体化，同时增加待处理废水中氢氧根含量，再与步骤(2)电絮凝反应沉淀步骤相协同，利用加碱处理后废液中氢氧根含量高，二氧化硅和钙、镁杂质胶体颗粒多的特点，有效促进电解过程中氢氧化铝或氢氧化铁絮凝体的生成，以及所述氢氧化铝絮凝体在生成过程中，对二氧化硅和钙、镁杂质胶体颗粒的吸附沉淀作用，提高对废水中大部分二氧化硅及钙、镁杂质絮凝沉淀效果。再将电絮凝反应沉淀处理后的废水，在步骤(3)中用气浮除杂装置进行气浮除杂，在气浮除杂过程中，一方面可将废水中无法絮凝沉淀的细微二氧化硅颗粒及其他杂质颗粒，进行气浮法去除；另一方面，在所述电絮凝反应沉淀处理过程中，未完全絮凝沉淀的二氧化硅及钙、镁杂质胶体颗粒可在气浮装置底部进一步沉淀处理。经气浮除去二氧化硅及其他杂质絮体颗粒后的废水，再经步骤(4)膜过滤，对水中二氧化硅杂质进行深度过滤处理，实现对废水的回收处理。整体工艺去除二氧化硅彻底、成熟、流程设计合理、连贯，还能有效除去水中钙、镁杂质，改善处理后清水水质，极大提高处理后清水回收应用价值。并且整个工艺对水中二氧化硅及其他杂质去除精度依次增加，相互配合使用，可灵活适应不同二氧化硅等杂质含量的废水处理，耐冲击负荷能力强，具有较好的工业应用前景。
进一步，所述加碱预处理步骤中，可选用的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或多种。
进一步，所述加碱预处理步骤中，控制加碱后水溶液的pH＝9-14，优选为pH＝10-12。破坏废水中二氧化硅水解平衡，使废水中二氧化硅及钙、镁等杂质在上述碱性条件下，转化为胶体颗粒状态，便于与步骤(2)电絮凝沉淀处理中，共同沉淀分离。若pH过高或过低，均导致二氧化硅部分溶解，从而降低二氧化硅去除率。
进一步，在搅拌作用下，进行加碱预处理。更有利于加碱处理后废水中二氧化硅及钙、镁等杂质胶体颗粒化。
进一步，在电絮凝反应沉淀步骤中，所述电解电流为40-50A、50-60V的直流电。
进一步，在所述气浮除杂步骤中，控制曝气流速为气水比＝10﹕1。
进一步，在所述膜过滤步骤中，控制水溶液以5-10m/h的流速通过膜过滤装置。
进一步，经所述电絮凝反应沉淀分离出的二氧化硅及钙、镁杂质沉淀，可通过排污管排放到污泥浓缩池中进行处理。
进一步，在所述气浮除杂步骤中，在气浮装置底部继续絮凝沉淀生成的二氧化硅及钙、镁杂质沉淀，可通过排污管排放到污泥浓缩池中进行处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、依据本发明所述的一种水中二氧化硅去除方法，将加碱预处理、电絮凝化学反应沉淀法，与气浮除杂、膜过滤除杂物理分离法依次结合，有效利用电絮凝反应吸附加碱处理后形成的胶体颗粒，并共同沉淀，便于后期分离操作，实现对废水中大部分钙、镁杂质及二氧化硅的有效分离；再进一步结合气浮除杂、膜过滤等高精度物理除杂方法，从而对水中二氧化硅及其他杂质进行深度去除，极大改善处理后清水水质状况，并提高其实际回收应用价值。
2、进一步，本发明所述一种水中二氧化硅去除方法，整体工艺去除二氧化硅彻底、成熟、流程设计合理、连贯，各步骤之间相互协同配合，可灵活适应于不同二氧化硅等杂质含量的废水处理，耐冲击负荷能力强，具有较好的工业应用前景。
3、与现有的其它技术相比，本发明所述的一种水中二氧化硅去除方法，具有对环境友好，经济性良好，易于管理和操作等优点。
附图说明：
图1为本发明实施例1所述一种水中二氧化硅去除方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，将0.5m3的反渗透浓水加碱预处理，具体方法是向反渗透浓水中加入氢氧化钠溶液，并控制加碱后水溶液pH＝8-10，再通过泵提升到电絮凝反应器里面，进行电解反应，以单片面积为100cm2的铝片为极板，五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm条件下，通以48V/29A电流，电解反应10min，然后再进入气浮装置里面进行悬浮物的分离，控制所述气浮装置的曝气流速为30m3/h。最后，使经气浮装置处理后的水溶液以5m/h的流速，进入膜过滤系统进行深度过滤后出水。
具体实验检测结果如表1所示：
表1
| 物质含量 | 实验前进水 | 实验后出水 |
| 杂质悬浮物 | 8mg/L | ≤4mg/L |
| 二氧化硅 | 34.4mg/L | 1.98mg/L |
通过实验结果可以看出，二氧化硅的去除率为94％，并能有效降低废水中钙、镁等杂质悬浮物含量，达到预期效果。
实施例2
取某化工企业催化剂厂废水1m3进行加碱预处理，具体方法是向废水中加入氢氧化钙溶液，并控制加碱后水溶液pH＝10-12，再通过泵提升到电絮凝反应器里面，进行电解反应，以单片面积为100cm2的铝片为极板，五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm条件下，通以50V/35A电流，电解反应12min，然后再进入气浮装置里面进行悬浮物的分离，控制所述气浮装置的曝气流速为45m3/h。最后，使经气浮装置处理后的水溶液以5-7m/h的流速，进入膜过滤系统进行深度过滤后出水。
具体实验检测结果如表2所示：
表2
| 物质含量 | 实验前进水 | 实验后出水 |
| 杂质悬浮物 | 16.8mg/L | ≤8mg/L |
| 二氧化硅 | 44.5mg/L | 2.6mg/L |
通过实验结果可以看出，二氧化硅的去除率为94.2％，并能有效降低废水中钙、镁等杂质悬浮物含量，达到预期效果。
实施例3
取某化工企业催化剂厂废水1.5m3，进行加碱预处理，具体向废水中加入氢氧化钙，并控制加碱后水溶液pH＝12-14，再通过泵提升到电絮凝反应器里面，进行电解反应，以单片面积为100cm2的铝片为极板，五组阴阳极板共同插入待处理废水池中，保持阳极与阴极正对，并控制每组阴阳极板距离为10mm条件下，通以60V/40A电流，电解反应30min，然后再进入气浮装置里面进行悬浮物的分离，控制所述气浮装置的曝气流速为30-40m3/h。最后，使经气浮装置处理后的水溶液以7-9m/h的流速，进入膜过滤系统进行深度过滤后出水。
具体实验检测结果如表3所示：
表3
| 物质含量 | 实验前进水 | 实验后出水 |
| 杂质悬浮物 | 16.2mg/L | ≤6.8mg/L |
| 二氧化硅 | 63.25mg/L | 3.2mg/L |
通过实验结果可以看出，二氧化硅的去除率为94.9％，并能有效降低废水中钙、镁等杂质悬浮物含量，达到预期效果。
对比例1
该对比例参照实施例1设置，与实施例1相比，其区别在于，将电絮凝的反应时间将为3min，其余操作均相同。
具体实验检测结果如表4所示：
表4
| 物质含量 | 实验前进水 | 实验后出水 |
| 杂质悬浮物 | 7.5mg/L | ≤4mg/L |
| 二氧化硅 | 38.6mg/L | 16.5mg/L |
通过实验结果可以看出，二氧化硅的去除率显著下降为57.3％，无法达到对水中二氧化硅深度去除效果。
对比例2
该对比例参照实施例1设置，与实施例1相比，其区别在于，在加碱预处理步骤中，降低加入的氢氧化钠溶液用量，使加碱预处理后的水溶液pH在7-8范围内。其余操作均相同。
具体实验检测结果如表5所示：
表5
| 物质含量 | 实验前进水 | 实验后出水 |
| 杂质悬浮物 | 8.9mg/L | ≤7mg/L |
| 二氧化硅 | 41.2mg/L | 13.8mg/L |
通过实验结果可以看出，二氧化硅的去除率显著下降为66.5％，无法达到对水中二氧化硅深度去除效果。
Claims (9)
1.一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)加碱预处理：向待处理废水中加入碱性试剂，使水中二氧化硅及钙、镁杂质胶体化；
(2)电絮凝反应沉淀：将步骤1处理后的废水进行电絮凝处理，利用铝板、铁板或铝铁混合极板作为阳极板电解产生氢氧化铝或氢氧化铁絮凝体，所述氢氧化铝或氢氧化铁絮凝体吸附加碱处理后形成的二氧化硅和钙、镁杂质胶体颗粒，并共同沉淀；
(3)气浮除杂：步骤2处理后的废水用气浮除杂装置进行气浮除杂，继续将水中未来得及沉淀的胶体颗粒进一步去除，其中，在所述电絮凝反应沉淀处理过程中，未完全絮凝沉淀的二氧化硅及钙、镁杂质胶体颗粒可在气浮装置底部进一步沉淀；
(4)膜过滤：将步骤3处理后的废水用膜过滤装置进行过滤，实现对水中二氧化硅絮凝体杂质的深度过滤处理。
2.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，所述加碱预处理步骤中，可选用的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，所述加碱预处理步骤中，控制加碱后水溶液的pH＝9-14，优选为pH＝10-12。
4.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，在搅拌作用下，进行加碱预处理。
5.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，在电絮凝反应沉淀步骤中，所述电解电流为20-40A、50-60V的直流电。
6.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，在所述气浮除杂步骤中，控制曝气流速为气水比＝10﹕1。
7.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，在所述膜过滤步骤中，控制水溶液以5-10m/h流速通过膜过滤装置。
8.根据权利要求1所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，经所述电絮凝反应沉淀分离出的二氧化硅及钙、镁杂质沉淀，可通过排污管排放到污泥浓缩池中进行处理。
9.根据权利要求1或7所述的一种水中二氧化硅去除方法，其特征在于，在所述气浮除杂步骤中，在气浮装置底部继续絮凝沉淀生成的二氧化硅及钙、镁杂质沉淀，可通过排污管排放到污泥浓缩池中进行处理。
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