CN110683674A - 一种同步去除废水中氟、硅化合物的处理方法 - Google Patents

一种同步去除废水中氟、硅化合物的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同步去除废水中氟、硅化合物的处理方法，处理步骤为将包括工业石灰、氯化镁和高效除氟剂的药剂配制成适宜浓度的溶液后，按照一定的顺序和投加量投加到含氟、硅化合物的废水中，通过机械搅拌、静置沉淀等方式，完成对氟离子和硅酸根离子的络合、凝聚及吸附等作用，从而达到高效、快速去除废水中氟离子和硅酸根离子的目的，经处理后水中的氟离子及硅酸根离子残余量可达到排放和工业水回用的标准。本发明具有去除过程不产生强碱性再生废液，污泥产量、处理综合成本降低；同时具有投药简单、同步去除氟离子和硅酸根离子的效率高的优点。

Description

一种同步去除废水中氟、硅化合物的处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种同步去除废水中氟离子和硅酸盐的方法。
背景技术
氟广泛存在于我们周围天然水体及地下水体中，是人体内必需微量元素之一，饮用氟离子浓度为0.5～1.0mg/L的饮用水能够有效的预防龋齿、骨质疏松，促进钙磷等新陈代谢且对神经兴奋的传导和酶系统的代谢均有促进作用；当长期饮用氟离子浓度高于5～10mg/L的水时，对人的牙齿、骨骼及婴儿大脑的发育都会产生严重的危害。但由于矿山的开采与冶炼、煤化工、电镀、光伏、化肥、半导体等行业工业含氟废水的大量排放，导致我国地方性氟中毒已成为危害最严重的地方病之一。为减少水体氟污染，我国《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)和《电镀污染物排放标准》(GB 21900-2008)规定排放污水中氟含量不得高于10mg/L，同时，《无机化学工业污染物排放标准》(GB31573-2015)规定直接排放水体中氟离子含量不得高于6mg/L。
目前含氟废水的处理方法主要包括吸附法、离子交换法、沉淀法、膜分离法和电渗析法等。吸附法是工业生产中最为常用的水处理方法，应用活性氧化铝、活性炭、金属氧化物、沸石等吸附剂通过吸附、离子交换或络合等作用将氟离子从溶液中有效去除，与其他方法相比，沉淀法具有操作简便、除氟效果稳定及适用范围广等特点，目前在工业水处理领域应用较为广泛。
对于废水中硅酸盐的去除，工业上常应用石灰结合镁剂、铝剂等进行去除，但仅可去除60％左右的胶体硅；对于溶解硅的去除，不仅需要较大的药剂投加量、而且存在去除条件苛刻且去除效率低等缺陷。
然而，对于废水中同时含有氟离子、硅酸盐等污染物时，主要应用常规的金属氧化物或氢氧化物混凝沉淀法，但水体中氟离子和硅酸盐不仅很难被同步去除，且处理后的水体中氟离子与硅酸盐浓度均偏高，出水水质也不稳定，存在很大的环境风险。因此，开发出一种工艺简单经济、易于操作且对废水中氟离子、硅酸根离子去除效率高的处理技术，具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的如下问题：(1)现有工艺主要是向含氟废水中加入石灰等提供钙源，通过生成难溶性的氟化钙沉淀，从而对废水中氟离子进行去除；然而钙盐沉淀法仅在高氟废水的处理领域较为有效，其处理后水体中的氟离子浓度仅可降至10～15mg/L，很难满足工业废水回用及排放等要求；(2)现有工艺对于水体中硅酸根离子的预处理主要是通过加入石灰，但石灰法除硅一般仅可达到50％左右的去除率，此法通常作为高浓度含硅废水的预处理阶段；虽然应用石灰结合铝盐或镁盐可进一步降低水体中硅酸根离子含量，但所需水力停留时间较长，延长了废水的处理周期。
针对上述问题，本发明旨在提供一种对于含氟离子、硅酸根离子废水的同步去除技术，其可在同步降低废水中氟离子和硅酸根离子含量的同时，减少反应过程所需的水力停留时间，缩短处理周期，提高对含氟离子、硅酸根离子废水的处理量，并且可以通过调节药剂的投加量及药剂种类，从而更好的满足水体的回用及排放等指标要求，在一定程度上节省了企业的运行成本。
为此，本发明提供一种同步去除废水中氟、硅化合物的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制去除过程所用的药剂，所述药剂包括工业石灰、氯化镁、聚丙烯酰胺(PAM)和高效除氟剂；
(2)将所述步骤(1)中的所述药剂投加到待处理的含氟离子和硅酸根离子的废水中，经混凝沉降后，将上清液和沉淀进行分离，即为一级去除过程；
(3)取所述步骤(2)中的获得的上清液，继续加入高效除氟剂，经混凝沉降后，将上清液和沉淀进行分离，即为二级深度去除过程；
(4)所述步骤(3)中产生的所述上清液中氟离子和硅酸根离子浓度已满足相关规定，可直接排放或工业过程回用；
(5)将所述步骤(2)、步骤(3)中产生的所述沉淀进行过滤、脱水、压缩、风干处理。
其中，所述高效除氟剂(CSD)组分配比为：聚合氧化铝50-64％，氯化镁3-8％，氯化钙8-13％，聚合氯化铝铁10-13％，聚二甲基二烯丙基氯化铵0.5-2％；
其中，所述步骤(2)中所述药剂投入的组分配比为：在所述待处理废水中加入500-1500mg/L的石灰乳液，搅拌均匀后依次加入500-1000mg/L的氯化镁溶液和0.2～0.8‰(v/v)CSD；
其中，所述步骤(3)中加入CSD的量为2.0～4.0‰(v/v)；
其中，所述步骤(2)、步骤(3)的去除过程由一级/二级混凝搅拌池和一级/二级沉降池相互连接而组成；
其中，所述一级去除过程是在所述一级混凝搅拌池中先加入适量石灰乳液，100～200rpm条件下搅拌1～3min后，加入适量氯化镁溶液和CSD继续搅拌1～3min，混合均匀后进入所述一级沉降池，静置1～3min，将上清液和沉淀进行分离；
其中，所述二级深度去除过程是将所述一级去除过程获得的上清液进入所述二级混凝搅拌池后，加入适量CSD，搅拌1～3min，调节水质pH在6.00～7.00，混合均匀后进入所述二级沉降池中静置1～3min，将上清液和沉淀进行分离；
其中，在所述一级去除和所述二级深度去除过程中可投加1‰浓度的PAM溶液。
结合上述方案可知，本发明首先在相同投药顺序和投药量的条件下对比氧化镁和氯化镁对水体中硅酸根离子和氟离子的去除效果；并且通过改变工业石灰、氯化镁和CSD的投加量，从而优化出最佳除去水体中硅酸根离子和氟离子的技术方案。
本发明应用工业石灰、氯化镁和CSD药剂配合去除水体中硅酸根离子和氟离子的有益效果为：
1、本发明所用药剂如工业石灰、氯化镁均为水处理领域常用无毒化学药剂，价格便宜，易于购买，使用安全；
2、本发明所用高效除氟药剂CSD与传统除氟药剂或材料相比，去除过程不产生强碱性再生废液，含氟离子、含硅酸根离子污泥产量降低可30％以上，且产生的污泥易于处理，综合成本相对较低；
3、本发明所用的高效除氟药剂CSD，在使用过程中不会对管路系统造成结垢问题，且使用方便，可直接投加到水体；
4、本发明所用的高效除氟药剂CSD可通过络合、凝聚、表面络合、非均相吸附等过程协同，从而获得最佳去除氟离子的效果，且絮体的沉降时间也大大缩短；
5、本发明在去除水体氟离子和硅酸根离子过程，使用CSD可促进絮凝过程形成的矾花较大，沉淀性能好且密实；。
6、本发明所选化学药剂可适用于不同氟离子、硅酸根离子浓度、不同工程规模的工业废水、工业废液处理，对于高浓度含氟废水，可获得高纯度含氟矿物结晶体，实现氟化物资源化利用以及污泥减量；
7、在本发明最佳投药条件下，可将含氟离子为28.3mg/L、硅酸根离子为192mg/L的废水降至氟离子为0.75mg/L、硅酸根离子为19.2mg/L，去除效果显著，可将水体中氟离子浓度降低至低于《无机化学工业污染物排放标准》(GB31573-2015)规定直接排放水体中氟离子含量(≤6mg/L)的一个数量级。
附图说明
图1：废水处理流程简图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举具体实施方案只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明所用废水为某化工厂生产过程产生的，处理前原水pH为7.51，硅酸根离子浓度为192mg/L，氟离子浓度为28.3mg/L。
本发明所用药剂主要有工业石灰、氯化镁、氧化镁。
实施例1
一级反应：向硅酸根离子浓度为192mg/L，氟离子浓度为28.3mg/L的原水中加入500-1500mg/L的石灰乳液，搅拌均匀后依次加入500-1000mg/L的氯化镁溶液和0.2～0.8‰(v/v)CSD溶液，产生的絮体静置沉降后测定上清液中的硅酸根离子浓度和氟离子浓度。
二级反应：向一级反应后的上清液中加入2.0～4.0‰(v/v)的CSD药剂，产生的絮体静置沉降后再次测定上清液中残余的硅酸根离子浓度和氟离子浓度。
实施例2
一级反应：向硅酸根离子浓度为192mg/L，氟离子浓度为28.3mg/L的原水中加入500-1500mg/L的石灰乳液，搅拌均匀后依次加入500-1000mg/L的氧化镁溶液和0.2～0.8‰(v/v)的CSD溶液，产生的絮体静置沉降后测定上清液中的硅酸根离子浓度和氟离子浓度。其中用氧化镁溶液替代了氯化镁溶液。
二级反应：向一级反应后的上清液中加入2～4‰(v/v)的CSD药剂，产生的絮体静置沉降后再次测定上清液中残余的硅酸根离子浓度和氟离子浓度。
实施例1、2的上清液中残余硅酸根离子浓度和氟离子浓度及去除率对比结果如下所示：
表1
Figure BDA0002221617520000061
为进一步有效去除原水中硅酸根离子和氟离子，本发明以下研究均采用石灰、氯化镁、CSD药剂相结合，应用二级反应对原水进行去除研究。
实施例3
调整石灰、氯化镁、CSD药剂的投加量，处理结果如下表所示：
表2
经一级、二级反应后，废水中残余的硅酸根离子和氟离子浓度均可满足企业循环用水的指标，同时也达到《无机化学工业污染物排放标准》(GB31573-2015)规定直接排放要求。
实施例4
进一步探讨了石灰和氯化镁的过量添加对去除硅酸根离子和氟离子是否具有促进作用，结果如下表3所示：
表3
Figure BDA0002221617520000081
由实施例4可以发现，在二级反应中石灰和氯化镁的过量加入对废水中硅酸根离子和氟离子的去除基本没有促进作用，配合CSD药剂使用可大大提高对硅酸根离子和氟离子的去除效率。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，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在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种同步去除废水中氟、硅化合物的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制去除过程所用的药剂，所述药剂包括工业石灰、氯化镁、聚丙烯酰胺(PAM)和高效除氟剂；
(2)将所述步骤(1)中的所述药剂投加到待处理的含氟离子和硅酸根离子的废水中，经混凝沉降后，将上清液和沉淀进行分离，即为一级去除过程；
(3)取所述步骤(2)中的获得的上清液，继续加入高效除氟剂，经混凝沉降后，将上清液和沉淀进行分离，即为二级深度去除过程；
(4)所述步骤(3)中产生的所述上清液中氟离子和硅酸根离子浓度已满足相关规定，可直接排放或工业过程回用；
(5)将所述步骤(2)、步骤(3)中产生的所述沉淀进行过滤、脱水、压缩、风干处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述高效除氟剂(CSD)组分配比为：聚合氧化铝50-64％，氯化镁3-8％，氯化钙8-13％，聚合氯化铝铁10-13％，聚二甲基二烯丙基氯化铵0.5-2％。
3.根据权利要求1-2任一项所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述药剂投入的组分配比为：在所述待处理废水中加入500-1500mg/L的石灰乳液，搅拌均匀后依次加入500-1500mg/L的氯化镁溶液。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中加入CSD的量为2.0～4.0‰(v/v)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(3)的去除过程由一级/二级混凝搅拌池和一级/二级沉降池相互连接而组成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的处理方法，其特征在于，所述一级去除过程是在所述一级混凝搅拌池中先加入适量石灰乳液，100～200rpm条件下搅拌1～3min后，加入适量氯化镁溶液继续搅拌1～3min，混合均匀后进入所述一级沉降池，静置1～3min，将上清液和沉淀进行分离。
7.根据权利要求1-6任一项所述的处理方法，其特征在于，所述二级深度去除过程是将所述一级去除过程获得的上清液进入所述二级混凝搅拌池后，加入适量CSD，搅拌1～3min，调节水质pH在6.00～7.00，混合均匀后进入所述二级沉降池中静置1～3min，将上清液和沉淀进行分离。
8.根据权利要求1-7任一项所述的处理方法，其特征在于，在所述一级去除和所述二级深度去除过程中可投加1‰浓度的PAM溶液。
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