CN108751534B - 一种纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业废水处理及资源化领域，公开了一种纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，包括以下步骤：1)废水中纳米硅溶胶的反应去除；2)阳离子交换树脂及超滤膜处理；3)电驱动膜处理，得到低含盐量的水和浓缩后的盐水；4)低含盐水进入反渗透膜系统，实现水资源化；5)浓缩后的盐水进入蒸发器处理，得到冷凝水和高盐含量母液；6)将步骤5)中的冷凝水送入反渗透系统进行纯化处理，实现水资源化；高含盐量母液进入结晶和晶体分离装置，进行结晶盐分离，实现盐资源化。本申请通过各工艺之间的耦合，高效的实现纳米硅溶胶生产废水的水资源化和盐资源化，实现生产废水液体零排放，避免大量含盐废水的排放。
Description
技术领域
本发明涉及高性能纳米材料生产及废水资源化处理领域，具体涉及纳米硅溶胶生产废水处理，具体地，涉及以废水中硅溶胶高效去除，盐水浓缩，蒸发结晶处理和膜法水资源回收等技术为核心，针对无机化工的纳米硅溶胶生产高含盐废水，实现高效处理和资源化的方法。
背景技术
纳米材料属于当前国际上发展的高性能材料领域，纳米硅溶胶是为数不多的已经实现工业规模化生产的纳米材料之一，其核心材料SiO2颗粒的尺寸在10-120nm，由于尺寸较小，在应用中呈现出独特的纳米效应，在涂料，高性能抛光液，亲水改性材料等领域有着重要的领域。
纳米SiO2材料的生产目前主要有气相燃烧法，液相沉淀法和离子交换树脂法等，其中纳米硅溶胶主要以离子交换法为主，采用特种离子交换树脂对原材料水玻璃进行纯化和交换处理，经后续熟化稳定工艺，进而得到纳米尺寸的硅溶胶材料。其生产过程中会产生大量的无机废水，包括含有纳米尺寸SiO2的清洗废水和离子交换工艺环节的强酸性和高含盐量废水，属于高盐度难处理的无机化工废水之一。
目前，国内外对纳米硅溶胶废水的处理仍以传统的中和沉淀处理和排放为主，废水中涉及大量的盐和SiO2及水资源并未实现有效利用。针对资源化处理纳米硅溶胶生产废水目前还没有成熟的工艺。其主要难点在于：1)废水中SiO2尺寸较小，很难分离，对膜浓缩工艺影响较大；2)废水中盐含量较高，约在3-5％之间，属于高含盐量废水。由于环保压力增加和国家对工业领域清洁生产的要求，针对纳米硅溶胶生产废水资源化处理是当前企业面临急需解决的难题之一。
综上所述，纳米材料领域纳米硅溶胶生产废水涉及的高盐酸碱性废水处理仍在存在硅溶胶难去除，效率低，出水效果不理想，资源浪费等问题。因此，开发适合硅溶胶生产废水的资源化处理方法具有重要的意义。
发明内容
本发明目的：针对纳米硅溶胶生产废水高盐含量，高SiO2含量及强酸性的难点，设计以SiO2高效去除，盐水浓缩，蒸发结晶和膜法水资源化的集成处理工艺，即可解决废水处理和排放的问题，又可实现盐和水资源化的增值。
为实现上述目的，本发明的主要技术方案是：一种用于纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，包含以下步骤：
(1)纳米硅溶胶生产废水经酸碱调节pH至8～9，再加入铁盐或铝盐，去除废水中的纳米硅溶胶，得到SiO2含量降至10mg/L以下的出水；
(2)将步骤(1)中的出水经阳离子型交换树脂处理后再经过超滤膜进行处理，进一步降低废水中的SiO2含量，得到SiO2降至1.0mg/L以下的出水；
(3)步骤(2)中出水进入电驱动膜装置进行处理，得到含盐量为0.2-0.3％的低含盐量的水和含盐量为12-16％的浓缩后的盐水；
(4)步骤(3)中低含盐量的水进入反渗透系统进行纯化处理，得到电导率小于20μs/cm的纯水；
(5)将步骤(3)中浓缩后的盐水送入蒸发器处理，得到冷凝水和含盐母液；
(6)将步骤(5)中的冷凝水送入反渗透系统进行纯化处理，得到电导率小于20μs/cm的纯水；步骤(5)中的含盐母液进入浓缩结晶装置，分离出结晶盐。
本申请所述的纳米硅溶胶生产采用离子交换树脂的原处理工艺，且所生产的纳米硅溶胶中SiO2的尺寸在10-120nm，废水中盐含量为3-4％。
所述步骤(1)中生产废水中SiO2的含量在50-200mg/L。
经过所述步骤(1)中铁盐或铝盐的反应沉淀的原理，废水中的SiO2去除率达95％，可将废水中的SiO2含量降至10mg/L以下。
所述步骤(2)中阳离子型交换树脂为强酸型阳离子型交换树脂。
所述步骤(2)中超滤膜的孔径为0.02～0.05μm。
所述步骤(3)中所采用电驱动膜装置为电渗析装置。
所述步骤(5)中得到的冷凝水中含盐量小于0.1％；
所述步骤(6)中得到80％含水率的十水硫酸钠晶体。
所述步骤(5)中蒸发器采用机械蒸汽再压缩型蒸发器。
所述反渗透系统中产生的浓液和浓缩结晶装置产生的清夜可循环后与步骤(1)中的出水混合，再进行进一步处理。
本申请所述资源化处理指的是水资源的再利用和十水硫酸钠盐资源的再利用。
本申请中的含盐量指的是质量浓度。
本申请集成SiO2溶胶预处理，电驱动膜浓缩，蒸发结晶和反渗透系统等，可高效的实现纳米硅溶胶生产废水的水资源化和盐资源化，通过反渗透膜系统得到的纯水可回用于生产工段，十水硫酸钠盐资源也可以再利用。实现生产废水液体零排放，避免大量含盐废水的排放。
本发明与现有技术相比较，具有以下有益效果：
本发明预处理采用铁盐和铝盐的反应沉淀，高效去除废水中的纳米尺寸SiO2，并耦合SiO2吸附树脂和超滤膜进行深度处理，实现废水中SiO2含量降至1mg/L以下，为后续膜法的应用提供保障；
本发明提供的电驱动膜耦合蒸发结晶系统，针对纳米硅溶胶生产废水的硫酸钠盐，可高效进行盐浓缩和盐资源化利用；
本发明处理工艺后端采用反渗透膜处理对淡盐水和冷凝水进行水资源化回用至生产工艺，可减少自来水用量，实现变废为资源的增值应用。
附图说明
图1本发明一种纳米硅溶胶生产废水资源化处理工艺路线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请权利要求所要求保护的技术方案。
实施例1：
下表为实施例1纳米硅溶胶(30nm)生产废水水质
| 项目名称 | 污染物浓度 |
| pH值 | 3.5 |
| SiO<sub>2</sub>(mg/L) | 60 |
| 盐分(mg/L) | 34360 |
用于纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，包含以下步骤：
(1)纳米硅溶胶生产废水经酸碱调节pH至8～9，再加入铁盐或铝盐，去除废水中的纳米硅溶胶，废水中的SiO2含量降至6mg/L；本实施例中，步骤(1)中加入铁盐硫酸铁，用量为1.2g/L废水；
(2)将步骤(1)中的出水经阳离子型交换树脂处理后再经过超滤膜进行处理，进一步降低废水中的SiO2含量，得到SiO2降至0.5mg/L的出水；所选用的阳离子型交换树脂为强酸型阳离子型交换树脂；所述超滤膜的孔径为0.05μm；
(3)步骤(2)中出水进入电驱动膜装置进行处理，得到含盐量为0.2％的低含盐量的水和含盐量为13％的浓缩后的盐水；所述电驱动膜装置为电渗析装置，所述电渗析装置采用聚乙烯异向粒子交换膜，操作电压15V，室温下用去离子水作为汲取液，硝酸钠溶液作为极水；
(4)步骤(3)中低含盐量的水进入反渗透系统进行纯化处理，所述反渗透系统中采用的反渗透膜的孔径小于0.0001μm，得到电导率为16μs/cm纯水，该纯水可回用于生产工段，实现水资源化；
(5)将步骤(3)中浓缩后的盐水送入蒸发器处理，得到含盐量为0.05％的冷凝水和含盐母液；
(6)将步骤(5)中的冷凝水送入反渗透系统进行纯化处理，反渗透膜的孔径小于0.0001μm，得到电导率为16μs/cm的纯水，该纯水可回用于生产工段，实现水资源化；步骤(5)中的含盐母液进入浓缩结晶装置，进行结晶盐分离，得到81％含水率(质量百分数)的十水硫酸钠晶体，实现盐资源化。所述浓缩结晶装置属于现有技术，在此不再赘述，例如可以参考专利CN103145150A。
电驱动膜产生的0.2％的淡盐水和蒸发系统产生的0.05％的冷凝水，进入反渗透膜系统处理，得到电导率为16μs/cm的纯水，实现水资源化。
所述各阶段产生的未达标液体可以循环进行处理，例如所述反渗透系统产生的浓液和浓缩结晶装置产生的清夜可循环后与步骤(1)中的出水混合，再进行进一步处理。所述资源化处理指的是水资源的再利用和十水硫酸钠盐资源的再利用。所述含盐量指的是质量浓度。
实施例2：
下表为实施例2纳米硅溶胶(60n m)生产废水水质
| 项目名称 | 污染物浓度 |
| pH值 | 4.0 |
| SiO<sub>2</sub>(mg/L) | 200 |
| 盐分(mg/L) | 40360 |
用于纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，包含以下步骤：
(1)纳米硅溶胶生产废水经酸碱调节pH至8～9，再加入铁盐或铝盐，去除废水中的纳米硅溶胶，废水中的SiO2含量降至10mg/L；本实施例中，步骤(1)中加入铁盐硫酸铁，用量3g/L废水；
(2)将步骤(1)中的出水经阳离子型交换树脂处理后再经过超滤膜进行处理，进一步降低废水中的SiO2含量，得到SiO2降至0.8mg/L的出水；所选用的阳离子型交换树脂为强酸型阳离子型交换树脂；所述超滤膜的孔径为0.02μm；
(3)步骤(2)中出水进入电驱动膜装置进行处理，得到含盐量为0.3％的低含盐量的水和含盐量为14％的浓缩后的盐水；
(4)步骤(3)中低含盐量的水进入反渗透系统进行纯化处理，所述反渗透系统中采用的反渗透膜的孔径小于0.0001μm，得到电导率为20μs/cm的纯水，该纯水可回用于生产工段，实现水资源化；
(5)将步骤(3)中浓缩后的盐水送入蒸发器处理，得到含盐量为0.07％的冷凝水和含盐母液；
(6)将步骤(5)中的冷凝水送入反渗透系统进行纯化处理，反渗透膜的孔径小于0.0001μm，得到电导率为20μs/cm的纯水，该纯水可回用于生产工段，实现水资源化；步骤(5)中的含盐母液进入浓缩结晶装置，进行结晶盐分离，得到80％含水率的十水硫酸钠晶体，实现盐资源化。
实施例3：
下表为实施例3纳米硅溶胶(60n m)生产废水水质
| 项目名称 | 污染物浓度 |
| pH值 | 4.0 |
| SiO<sub>2</sub>(mg/L) | 200 |
| 盐分(mg/L) | 40360 |
用于纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，包含以下步骤：
(1)纳米硅溶胶生产废水经酸碱调节pH至8～9，再加入铁盐或铝盐，去除废水中的纳米硅溶胶，废水中的SiO2含量降至10mg/L；本实施例中，步骤(1)中加入铁盐硫酸铁，用量3g/L废水；
(2)将步骤(1)中的出水经过超滤膜进行处理，得到SiO2降至9.2mg/L的出水；所述超滤膜的孔径为0.02μm；
(3)步骤(2)中出水进入电驱动膜装置进行处理，得到含盐量为1.1％的低含盐量的水和含盐量为10.5％的浓缩后的盐水；
(4)步骤(3)中低含盐量的水进入反渗透系统进行纯化处理，所述反渗透系统中采用的反渗透膜的孔径小于0.0001μm，得到电导率为220μs/cm的纯水，该纯水不可回用于生产工段；
(5)将步骤(3)中浓缩后的盐水送入蒸发器处理，得到含盐量为0.13％的冷凝水和含盐母液；
(6)将步骤(5)中的冷凝水送入反渗透系统进行纯化处理，反渗透膜的孔径小于0.0001μm，得到电导率为58μs/cm的纯水，该纯水不可回用于生产工段，不能实现水资源化；步骤(5)中的含盐母液进入浓缩结晶装置，进行结晶盐分离，得到80％含水率的十水硫酸钠晶体，实现盐资源化。
以上所述，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员中本发明揭露的技术范围内，可轻易变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)纳米硅溶胶生产废水经酸碱调节pH至8～9，再加入铁盐硫酸铁，去除废水中的纳米硅溶胶，得到SiO2含量降至10mg/L以下的出水；
(2)将步骤(1)中的出水经阳离子型交换树脂处理后再经过超滤膜进行处理，进一步降低废水中的SiO2含量，得到SiO2降至1.0mg/L以下的出水；
(3)步骤(2)中出水进入电驱动膜装置进行处理，得到含盐量为0.2-0.3％的低含盐量的水和含盐量为12-16％的浓缩后的盐水；
(4)步骤(3)中低含盐量的水进入反渗透系统进行纯化处理，得到电导率小于20μs/cm的纯水；
(5)将步骤(3)中浓缩后的盐水送入蒸发器处理，得到冷凝水和含盐母液；
(6)将步骤(5)中的冷凝水送入反渗透系统进行纯化处理，得到电导率小于20μs/cm的纯水；步骤(5)中的含盐母液进入浓缩结晶装置，分离出结晶盐；
所述的纳米硅溶胶生产采用离子交换树脂的原处理工艺，且所生产的纳米硅溶胶中SiO2的尺寸在10-120nm，废水中盐含量为3-4％；所述步骤(1)中生产废水中SiO2的含量在50-200mg/L。
2.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中阳离子型交换树脂为强酸型阳离子型交换树脂。
3.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中超滤膜的孔径为0.02～0.05μm。
4.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中所采用电驱动膜装置为电渗析装置。
5.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(5)中得到的冷凝水中含盐量小于0.1％。
6.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(6)中得到80％含水率的十水硫酸钠晶体。
7.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(5)中蒸发器采用机械蒸汽再压缩型蒸发器。
8.根据权利要求1所述纳米硅溶胶生产废水资源化处理方法，其特征在于，所述反渗透系统中产生的浓液和浓缩结晶装置产生的清液循环后与步骤(1)中的出水混合，再进行进一步处理。
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Denomination of invention: A resourceful treatment method for wastewater from the production of nano silica sol Effective date of registration: 20231206 Granted publication date: 20210219 Pledgee: Minhang Branch of Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANGHAI WINNER ENVIRONMENTAL TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000806 |