CN101734777A

CN101734777A - 降低水中二氧化硅的方法

Info

Publication number: CN101734777A
Application number: CN200810177687A
Authority: CN
Inventors: 梁德明; 李茂松; 廖启钟; 彭淑惠; 陈致君
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-11-24
Also published as: CN101734777B

Abstract

本发明提供一种降低水中二氧化硅的方法，包括下列步骤：将含有二氧化硅、镁离子与钙离子的原水导入一含担体的膨胀床反应槽内；添加一碱性溶液到该膨胀床反应槽内，使该膨胀床反应槽内的pH值约为11～13，其中该担体上形成一盐类结晶；将该膨胀床反应槽的流出水导入一后续处理系统。

Description

降低水中二氧化硅的方法

技术领域

本发明是涉及一种水回收处理的方法，且特别是涉及一种降低二氧化硅的方法。

背景技术

随着工业的蓬勃发展，对于水资源的需求大量提高，建立经济有效的水回收处理系统是极为重要的。目前商业上最常用的水回收处理系统大多为逆渗透或电透析的方法，然而当水中的二氧化硅含量过高时，使用逆渗透法时，二氧化硅易于薄膜表面形成难以去除的结垢物，而使用电透析法时，又因为二氧化硅在中性pH时几乎不带电荷，因此同样无法有效去除二氧化硅。为了解决上述问题，势必需要一前处理方法，有效降低水中的二氧化硅含量。

中国台湾专利公开号200604108提出二氧化硅去除装置与二氧化硅去除方法，其使用一种简单的装置，从逆渗透膜浓缩水将二氧化硅去除至饱和浓度以下，在有效防止逆渗透透膜浓缩水循环的二氧化硅剥落发生的同时，可以将原水的全部量可作为逆渗透膜透过水。

中国台湾专利00585843提供一种硅石系积垢的防止方法及防止装置，其将冷却循环水通过填装1μm～10mm硅胶粒，由此去除水中的二氧化硅。

德国专利DE 3940464提出一种降低海水的二氧化硅的方法，通过控制碱剂用量，使其pH值小于9，生成碳酸钙与硅酸盐的沉淀物，但不产生氢氧化镁的沉淀物。

美国专利US 4276180提出一种降低工业废水的二氧化硅的方法，其通过活性铝选择性地移除二氧化硅。

目前去除二氧化硅的方法有石灰软化法、阴离子交换树脂法、硅胶吸附法等，然而上述方法都有其应用的限制，无法被业界所采用。因此，业界亟需发展一种能有效降低水中二氧化硅的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效降低水中二氧化硅的方法，该方法基本上克服了现有技术的局限性。

本发明提供一种降低水中二氧化硅的方法，包括下列步骤：将含有二氧化硅、镁离子与钙离子的原水导入一含担体的膨胀床反应槽内；添加一碱性溶液到该膨胀床反应槽内，使该膨胀床反应槽内的pH值约为11～13，其中该担体上形成一盐类结晶；以及将该膨胀床反应槽的流出水导入一后续处理系统。

通过本发明的方法，可有效降低水中二氧化硅的含量，使二氧化硅的去除率约大于50％，同时也能有效降低水中钙离子与镁离子的含量。

附图说明

图1为一实施例的示意图，用以说明本发明的降低水中二氧化硅的方法。

图2为另一实施例的示意图，用以说明本发明的降低水中二氧化硅的方法。

其中，主要组件符号说明：

12～原水 14～液碱

16～担体 18～流出水

22～原水 24～液碱

26～含碳酸根的溶液 28～担体

30～流出水 102～原水槽

104～碱液槽 106～膨胀床反应槽

202～原水槽 204～碱液槽

206～含碳酸根的药液槽 208～膨胀床反应槽

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

本发明提供一种降低水中二氧化硅的方法，包括下述步骤，请参见图1，将含有二氧化硅、镁离子与钙离子的原水12导入一含有担体16的膨胀床反应槽106内，其中原水是来自于冷却循环水，原水中二氧化硅的浓度约大于10mg/L，而镁离子与二氧化硅的摩尔比≥1，钙离子与二氧化硅的摩尔比≥0.67。而膨胀床反应槽106的担体16包括石英砂、砖粉、活性碳或上述的组合，其粒径大小约为0.1～1mm，较佳范围约为0.2～0.5mm，其作用在于提供载体位置，让后续的盐类于此处形成结晶。

接着添加一碱性溶液14到一碱液槽104中，碱性溶液例如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液，再将碱性溶液14导入膨胀床反应槽106中，使膨胀床反应槽106的pH值约为11～13，较佳的pH为12。由于二氧化硅在水中的溶解度和pH值有关，当pH值愈高，则溶解度愈大，而在中性时，二氧化硅的溶解度最低，因此，本发明通过控制膨胀床反应槽106的pH值，使二氧化硅于pH 11～13的条件下离子化，再与水中的镁离子与钙离子反应，生成盐类结晶于担体上，盐类结晶包括硅酸镁(MgSiO₃)、硅酸钙(Na₂Ca₂Si₃O₉)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸钙(CaCO₃)或上述的组合。上述担体中的反应可于室温下进行，温度可为约20～35℃，但不以此为限，因温度愈高时愈利于二氧化硅的离子化。此外，上述添加原水12与碱性溶液14的顺序，并不以此为限，此技术人员可依实际应用的需求，对添加顺序作适当的调整，例如同时添加原水12与碱性溶液14，或者是先添加碱性溶液14再添加原水12。

本发明通过二氧化硅与钙离子与镁离子反应，于降低水中二氧化硅含量的同时，也能有效降低水中钙离子与镁离子的含量。

之后，将膨胀床反应槽106的流出水18导入一后续处理系统(图中未标示)，例如电透析(electrodialysis，ED)、倒极式电透析(electrodialysis reversal，EDR)或逆渗透(reverse osmosis，RO)。通过本发明的方法，可有效降低水中二氧化硅的含量，使二氧化硅的去除率约大于50％。

当担体表面形成的结晶量逐渐增加，晶体粒径会愈大，通常靠近反应槽下方的晶体粒径较大，为了维持流化及提供足够结晶表面积，通过定期将反应槽下方较大粒径的盐类结晶排出，然后再补充一些新的担体至膨胀床反应槽内，以维持二氧化硅的处理效率。

本发明的另一实施例，请参见图2，将含有二氧化硅、镁离子与钙离子的原水22导入一含有担体28的膨胀床反应槽208内，其中原水是来自于冷却循环水，原水中二氧化硅的浓度约大于10mg/L，而膨胀床反应槽208的担体28的种类与作用与第一实施例相同，在此不再赘述。

接着添加一碱性溶液24与一含碳酸根的溶液26分别到一碱液槽204与一碳酸根药液槽206中，碱性溶液例如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液，而碳酸根的溶液例如碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液。再将两种溶液24、26导入膨胀床反应槽208中，使膨胀床反应槽208的pH值约为11～13，较佳的pH为12。添加碳酸根的溶液26的目的在于增加水中的碳酸根浓度。当碳酸根浓度提高时，更能有效帮助碳酸钙的沉淀，因此于降低水中二氧化硅的同时，也能达到有效降低水中钙离子的浓度。此处需注意的是，第一实施例主要是通过增加氢氧根(OH^-)离子浓度而增加pH值，而本实施例添加碳酸根溶液的用意主要是增加碳酸根离子的浓度，以帮助碳酸钙结晶的生成。此外，上述添加原水12与碱性溶液14的顺序，并不以此为限，此技术人员可依实际应用的需求，对添加顺序作适当的调整，例如同时添加原水12与碱性溶液14，或者是先添加碱性溶液14再添加原水12。

之后，将膨胀床反应槽208的流出水30导入一后续处理系统(图中未标示)，例如电透析(electrodialysis，ED)、倒极式电透析(electrodialysis reversal，EDR)或逆渗透(reverse osmosis，RO)。通过本发明的方法，可有效降低水中二氧化硅的含量，二氧化硅的去除率约大于50％。

本发明的实施例可应用于水中同时含有二氧化硅、钙离子与镁离子的废水中，例如应用于冷却循环水回收利用、废水处理或制备工艺排水处理。再者，本发明通过控制膨胀床反应槽的pH值，使得二氧化硅于pH约为11～13的条件子离子化，而生成各种盐类结晶，此方法不但能有效降低水中二氧化硅的含量，也同时能达到降低钙离子与镁离子的效果。

【实施例1】人工配制的废水

实验装置采用直径2cm，高120cm的透明玻璃管柱，内填装85cm高粒径0.1～0.3mm石英砂(SiO₂)的担体。利用氯化钙、氯化镁、硅酸钠与碳酸氢钠药品配制含钙、镁、硅的溶液模拟冷却水原水，由反应槽下方导入，并同时注入氢氧化钠以提高其pH值，而S1-S7中并加入碳酸氢钠。数组实验结果(S1～S9)如表1所示。反应槽pH需在11以上时(如S4，S5，S8，S9)对钙、硅、镁才会有明显的处理效果。比较S4，S5与S8，S9(未添加碳酸氢钠)的实验结果，可知碱度会影响钙离子去除率，非氢氧根碱度愈高时钙离子去除率也较高。

表1

mg/L as CaCO₃：意指计算浓度时，是将浓度值相对于CaCO₃作计算。例如：Ca²⁺的浓度原为40mg/L，钙硬度(CaH)计算方法为40×100(CaCO₃分子量)/40(Ca分子量)＝100mg/L as CaCO₃

【实施例2】实厂冷却水

实验装置采用直径2cm，高120cm的透明玻璃管柱，内填装85cm高粒径0.1～0.3mm石英砂的担体。取实厂冷却水塔冷却循环水由反应槽下方导入，并同时注入液碱以提高其pH值。数组实验结果(S10～S13)如表2所示。S10实验对二氧化硅、镁离子与钙离子都有明显的去除效果，硅离子去除率达88％。由于此冷却循环水中碳酸根浓度低，钙离子去除率也因而较低。在pH 11以上，硅离子与镁离子去除率可达70％以上。

表2

mg/L as CaCO₃：意指计算浓度时，是将浓度值相对于CaCO₃作计算。

虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种降低水中二氧化硅的方法，包括下列步骤：

将含有二氧化硅、镁离子与钙离子的原水导入一含担体的膨胀床反应槽内；

添加一碱性溶液到该膨胀床反应槽内，使该膨胀床反应槽内的pH值为11～13，其中该担体上形成一盐类结晶；以及

将该膨胀床反应槽的流出水导入一后续处理系统。

2.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该盐类结晶为硅酸镁、硅酸钙、氢氧化镁、碳酸钙或上述的组合。

3.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该膨胀床反应槽的担体为石英砂、砖粉、活性碳或上述的组合。

4.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该膨胀床反应槽的担体粒径大小为0.1～1mm。

5.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该膨胀床反应槽内的温度为20～35℃。

6.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该后续处理系统为电透析、倒极式电透析或逆渗透。

7.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

8.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，还包括将该盐类结晶排出，再补充该担体加入该膨胀床反应槽内。

9.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，还包括：添加一含碳酸根的溶液导入到该膨胀床反应槽内。

10.根据权利要求9所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该含碳酸根的溶液为碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液。

11.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该原水的二氧化硅浓度大于10mg/L。

12.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该流出水的二氧化硅去除率大于50％。

13.根据权利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中该原水是来自于冷却循环水。