本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种含硅废水的净化方法。
背景技术：
硅是水体中的天然组分之一，其在水体中主要是以悬浮态、胶体态和溶解态的硅酸盐形式存在。天然水体中根据地区不同，水中硅含量不同，地下水中硅含量相对较高。天然水中溶解硅主要以硅酸(h4sio4)的形态存在，h4sio4可以电离出h3sio4-、h2sio42-等。目前，对水中硅的去除主要集中在工业水处理领域，如锅炉水、造纸、高含盐废水零排放等。目前除硅技术包括混凝沉淀法、离子交换法、膜分离法和阻垢剂法等。
混凝沉淀法是向含硅废水中投加镁剂、石灰、铁盐、铝盐等金属氧化物或氢氧化物，利用金属氧化物或氢氧化物对硅的吸附作用，达到对水中硅的去除。该方法是一种非深度除硅技术，通常硅的去除率在40％～60％之间。混凝沉淀法受水温影响较大，一般在水温大于40℃取得较好的除硅效果，同时药剂消耗量大，污泥产量大，产水中除硅药剂残留量大。离子交换法属于一种深度除硅技术，通过将不同的离子交换床联合使用，不仅可以达到很好的脱盐效果，也可以将硅深度去除。经过离子交换处理后，出水硅含量能达到1.0mg/l以下。但离子交换法无法去除水中的胶体类硅，仅对溶解硅有效果。另外，树脂需要不断再生以维持交换容量，同时容易受到胶体类硅的污染而失效，树脂价格高昂，除硅运行成本高。膜分离法是利用超滤膜或反渗透膜的截留作用去除水中的硅。超滤膜对水中胶体硅有一定的截留效果，对溶解性硅没有任何截留效果。反渗透膜对硅的截留率很高，平均在80％以上，一般能将反渗透产水中的硅控制在1.0mg/l以下。反渗透除硅适用于原水硅含量很小的深度除硅系统，并不适用于大量的废水除硅。当原水中硅含量较高时，反渗透膜系统本身会硅结垢，严重影响产水量，且一旦结垢，难于清洗恢复，直接影响了反渗透膜的使用寿命。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种药剂投加种类较少、药剂投加量较低且二氧化硅的去除率较高的含硅废水的净化方法。
一种含硅废水的净化方法，包括以下步骤：
将含硅废水的ph值调至7.5～9.5并进行均质均量处理，然后加入偏铝酸钠进行除硅反应15min～30min，并控制所述除硅反应的过程中ph值保持在7.5～9.5，再将经所述除硅反应后的含硅废水进行混凝、絮凝、澄清和过滤，得到净化水。
本发明含硅废水的净化方法有如下几个优点：1、该工艺充分利用二氧化硅与偏铝酸钠反应形成na2o·al2o3·xsio2·nh2o沉淀物的化学反应，较常规吸附去除二氧化硅具有反应条件温和，除硅彻底的优点，净化后二氧化硅含量小于5mg/l；2、在反应过程中能形成强碱氢氧化钠，生成的氢氧化钠能同步协同去除废水中的cu2+、cr3+、fe3+、zn2+等重金属离子；3、在反应过程中用酸控制反应ph在7.5～9.5的范围内，中和反应过程中形成的过量的碱，消除碱富集对除硅反应的抑制作用，硅去除率显著提高；4、通过投加铝盐混凝剂和高分子有机絮凝剂，将原位生成的na2o·al2o3·xsio2·nh2o沉淀物小颗粒形成大的矾花，便于沉淀去除；5、该工艺的药剂消耗量仅为传统镁剂除硅用药量的1/10～1/15，污泥产量减少为原来的1/5～1/10，运行成本较低；6、由于镁剂属于难溶性物质，使用过程中容易造成管道污堵，本发明较现有技术相比，避免了投加镁剂，保证了系统的稳定运行，减少了镁剂投加系统设备的投资和维护，减少系统投资成本，同时避免了大量污泥的产生。
在其中一个实施例中，控制所述除硅反应的过程中ph值保持在8～9。
在其中一个实施例中，所述偏铝酸钠与所述含硅废水中的二氧化硅的质量比为(0.5～4):1。
在其中一个实施例中，所述偏铝酸钠与所述含硅废水中的二氧化硅的质量比为(0.8～1.2):1
在其中一个实施例中，所述混凝的步骤包括：向经所述除硅反应后的含硅废水中加入铝盐混凝剂反应1min～5min。
在其中一个实施例中，所述絮凝的步骤包括：向经所述混凝后的含硅废水中加入有机絮凝剂反应10min～30min。
在其中一个实施例中，所述铝盐混凝剂为聚合氯化铝，所述有机絮凝剂为聚丙烯酰胺。
在其中一个实施例中，所述铝盐混凝剂相对经所述除硅反应后的含硅废水的添加量为50mg/l～150mg/l，所述有机絮凝剂相对经所述混凝后的含硅废水的添加量为1mg/l～3mg/l。
在其中一个实施例中，所述澄清的步骤包括：将经所述絮凝后的含硅废水沉淀分离1小时～2小时并收集上清液。
在其中一个实施例中，所述过滤的步骤包括：将所述上清液用砂滤系统进行过滤处理，滤速为6m/h～12m/h。
附图说明
图1为一实施例的含硅废水的净化方法的工艺流程图；
图2为一实施例的含硅废水的净化装置的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例的含硅废水的净化方法，包括以下步骤：
将含硅废水的ph值调至7.5～9.5并进行均质均量处理，然后加入偏铝酸钠进行除硅反应15min～30min，并控制除硅反应的过程中ph值保持在7.5～9.5，再将经除硅反应后的含硅废水进行混凝、絮凝、澄清和过滤，得到净化水。
本发明的含硅废水的净化方法中，首先对含硅废水进行均质均量和ph调节，均质均量的主要目的是使含硅废水中硅含量趋于稳定，便于后续加药系统的精确控制，进行ph调节可便于后续除硅反应的高效进行。然后在向含硅废水中投加偏铝酸钠进行除硅反应的同时，还控制除硅反应过程中ph维持在7.5～9.5的范围内。而水中二氧化硅主要以h4sio4存在，在加入偏铝酸钠并在上述ph范围内时，主要反生以下化学反应：
xna2[h2sio4]+2naal[oh]4→na2o·al2o3·xsio2·nh2o↓+2xnaoh
2naoh+cu2+→2na++cu(oh)2↓
3naoh+cr3+→3na++cr(oh)3↓
3naoh+fe3+→3na++fe(oh)3↓
2naoh+zn2+→2na++zn(oh)2↓naoh+h+→na++h2o
根据化学反应方程式可知，水中二氧化硅在中性偏碱性环境下，由h4sio4水解生成h2sio42-，与水中na+等金同步生成na2[h2sio4]等。当向水中投加偏铝酸钠(naal[oh]4)时，水中的na2[h2sio4]与naal[oh]4反应生成不溶于水的na2o·al2o3·xsio2·nh2o沉淀物，同时生成了强碱naoh。除硅反应过程中生成的氢氧化钠可以同步去除废水中的重金属离子，如cu2+、cr3+、fe3+、zn2+等。废水中的重金属离子生成对应的氢氧化物沉淀，可通过沉淀、过滤形式去除。当废水中重金属离子沉淀完全后，除硅反应过程中产生的naoh将继续富集，为了消除naoh富集对除硅反应造成的抑制作用，在投加偏铝酸钠反应的过程中控制ph维持在7.5～9.5的范围，用于中和反应生成的过多的naoh，从而确保除硅反应在7.5～9.5的ph范围内彻底进行，保证二氧化硅的高效去除。反应生成的na2o·al2o3·xsio2·nh2o沉淀物可通过投加混凝剂和絮凝剂，最终通过沉淀和过滤的方法分离出来。
本发明含硅废水的净化方法有如下几个优点：1、该工艺充分利用二氧化硅与偏铝酸钠反应形成na2o·al2o3·xsio2·nh2o沉淀物的化学反应，较常规吸附去除二氧化硅具有反应条件温和，除硅彻底的优点，净化后二氧化硅含量小于5mg/l；2、在反应过程中能形成强碱氢氧化钠，生成的氢氧化钠能同步协同去除废水中的cu2+、cr3+、fe3+、zn2+等重金属离子；3、在反应过程中控制ph在7.5～9.5的范围内，中和反应过程中形成的过量的碱，消除碱富集对除硅反应的抑制作用，硅去除率显著提高；4、通过投加铝盐混凝剂和高分子有机絮凝剂，将原位生成的na2o·al2o3·xsio2·nh2o沉淀物小颗粒形成大的矾花，便于沉淀去除；5、该工艺的药剂消耗量仅为传统镁剂除硅用药量的1/10～1/15，污泥产量减少为原来的1/5～1/10，运行成本较低；6、由于镁剂属于难溶性物质，使用过程中容易造成管道污堵，本发明较现有技术相比，避免了投加镁剂，保证了系统的稳定运行，减少了镁剂投加系统设备的投资和维护，减少系统投资成本，同时避免了大量污泥的产生。
在一个具体示例中，控制除硅反应的过程中ph值保持在8～9，除硅效果最佳。可以理解，ph的调节可以通过加入盐酸或氢氧化钠等酸碱类物质进行。
在一个具体示例中，偏铝酸钠与含硅废水中的二氧化硅的质量比为(0.5～4):1，优选为(0.8～1.2):1。
在一个具体示例中，混凝的步骤包括：向经除硅反应后的含硅废水中加入铝盐混凝剂反应1min～5min，使除硅反应形成的含硅沉淀物小颗粒脱稳凝聚，逐步形成大颗粒。
在一个具体示例中，絮凝的步骤包括：向经混凝后的含硅废水中加入有机絮凝剂反应10min～30min，使混凝后形成的硅渣进一步长大，形成大的矾花，便于沉淀去除。
在一个具体示例中，铝盐混凝剂为聚合氯化铝，有机絮凝剂为聚丙烯酰胺。可以理解，具体种类不限于此，可根据需要进行选择。
在一个具体示例中，铝盐混凝剂相对经除硅反应后的含硅废水的添加量为50mg/l～150mg/l，有机絮凝剂相对经混凝后的含硅废水的添加量为1mg/l～3mg/l。
在一个具体示例中，澄清的步骤包括：将经絮凝后的含硅废水沉淀分离1小时～2小时并收集上清液，可使出水浊度小于20ntu。澄清区域可设置斜管或斜板，控制上升流速5m/h～10m/h。
在一个具体示例中，过滤的步骤包括：将上清液用砂滤系统进行过滤处理，滤速为6m/h～12m/h，可使出水浊度小于3ntu。
在一个具体示例中，在除硅反应、混凝和絮凝的过程中进行搅拌，且在除硅反应和混凝的过程中控制搅拌g值(速度梯度)为500s-1～1000s-1，在絮凝的过程中控制gt值为104～105。
本发明含硅废水的净化方法主要解决的技术问题在于：第一，有效地解决了水处理过程中二氧化硅去除效率低的问题；第二，大大减小了药剂投加量，与传统除硅技术相比，除硅药剂消耗量减小到原来的1/10～1/15，同时对应的加药系统规模和投资也大大降低；第三，除硅产出污泥量减小为原来的1/5～1/10，污泥处置成本大大降低；第四，除硅反应过程中生成的氢氧化钠强碱可以同步去除废水中的cu2+、cr3+、fe3+、zn2+等重金属离子，有效降低了废水中重金属的毒性；第五，避免了镁剂投加，药剂种类减少，保证了系统的稳定运行，减少了镁剂投加系统设备的投资和维护，降低了系统投资成本。
以下为具体实施例和对比例，实施例1的工艺流程如图1所示，使用的净化装置如图2所示，包括依次连通的ph调节池、除硅高密池和砂滤装置，除硅高密池包括依次连通的反应区a、混凝区b、絮凝区c和澄清区d，ph调节池、反应区a、混凝区b和絮凝区c中均设置有搅拌机构。
某化工园区反渗透系统产出的高含盐废水，水量40m3/h，tds:48700mg/l，ph：7.2，总硬度：13.6mg/l，sio2：140mg/l，fe3+：5.6mg/l，cu2+：2.2mg/l水温：20℃。
(1)ph调节
实施例1：含硅废水进水ph为7.2，在ph调节池中投加液体氢氧化钠，调节ph值至8.5，含硅废水在ph调节池内停留时间不小于1小时，进行充分均质和均量。
对比例1～3：其他条件与实施例1相同，区别在于ph调节不同，具体如表1所示。
表1ph调节及酸、碱消耗量
通过表1可以看出，本发明含硅废水的净化方法反应条件温和，在相同水质条件下，本发明用于调节ph使用的氢氧化钠消耗量仅为传统除硅工艺的2.2％。
(2)除硅反应
实施例1：含硅废水经ph调节和均质均量后，通过泵送入到除硅高密池的反应区a。反应区a设置搅拌机和在线ph计，在反应区a内同步投加偏铝酸钠溶液和盐酸溶液，偏铝酸钠采用液体偏铝酸钠，有效含量40％，控制偏铝酸钠投加量(有效含量)为140mg/l，则液体偏铝酸钠的投加量为350mg/l。同步投加31％盐酸，通过在线ph计，实时控制，始终保证反应ph在8～9范围内，控制搅拌g值500～1000s-1，反应20min。
对比例1～3：其他条件与实施例1相同，区别在于添加的组分不同，对比例1～2不控制反应过程中的ph，对比例3控制反应过程中的ph值为10。具体如表2所示。表2中对比例1和对比例2消耗的盐酸并非是用于在除硅反应中控制ph，而只是用于将净化后的水的ph恢复至中性。各实施例和对比例的除硅污泥产量如表3所示。
表2除硅的药剂消耗量
通过表2可以看出，本发明含硅废水的净化方法仅需要投加两种化学试剂，而对比例1和对比例2的两种传统除硅工艺需要投加三种化学试剂，同时本发明的药剂消耗总量也明显低于其他两种传统除硅工艺。
表3除硅污泥产量
通过表3可以看出，本发明含硅废水的净化方法产出的污泥总量较小，为传统偏铝酸钠除硅工艺的76％，为传统镁剂除硅工艺的18.1％。
(3)混凝、絮凝、澄清及过滤
实施例1：经除硅反应后的含硅废水自流进入混凝区b，在混凝区b内投加聚合氯化铝，控制聚合氯化铝投加量为50mg/l～150mg/l，混凝区g值控制在500～1000s-1，混凝区反应时间为2min。混凝后的含硅废水自流进入絮凝区c，在絮凝区c内投加聚丙烯酰胺(pam)，控制pam投加量为1mg/l～3mg/l，絮凝区gt值控制在104～105，絮凝区反应时间为15min。絮凝后的含硅废水自流进入澄清区d，澄清区d上升流速8m/h，停留时间100min。经斜管沉淀后出水，出水浊度为15ntu。澄清区d出水自流进入到砂滤装置，砂滤采用均质石英砂滤料，控制滤速7m/h。经砂滤装置过滤后，出水的浊度为1.1ntu，出水的二氧化硅含量为4.3mg/l。
对比例1～3：操作方法与实施例1相同，出水的水质如表4所示。
表4出水水质
通过表4可以看出，本发明含硅废水的净化方法产出的水的质量明显优于传统偏铝酸钠除硅工艺和镁剂除硅工艺，而且对比例3由于除硅反应过程中ph值维持过高，无法有效除硅。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：
技术总结
本发明涉及一种含硅废水的净化方法，包括以下步骤：将含硅废水的pH值调至7.5～9.5并进行均质均量处理，然后加入偏铝酸钠进行除硅反应15min～30min，并控制所述除硅反应的过程中pH值保持在7.5～9.5，再将经所述除硅反应后的含硅废水进行混凝、絮凝、澄清和过滤，得到净化水。本发明提供了一种以偏铝酸钠为基础的含硅废水的净化方法，提高了二氧化硅的去除率，减小了药剂投加量、药剂投加种类及污泥产生量，减少了劳动强度，降低了净化成本。
技术研发人员：党平;赛世杰;张娜;李思序;王巧玲;刘慧;孟陆;刘丹茹;康花;秦兆魏
受保护的技术使用者：内蒙古久科康瑞环保科技有限公司
技术研发日：2019.06.28
技术公布日：2019.09.10
声明：
“含硅废水的净化方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：内蒙古久科康瑞环保科技有限公司
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2024年07月19日 ~ 21日 
