公布日：2023.05.30
申請日：2022.12.12
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/14(2006.01)N;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N
摘要
本發(fā)明公開一種高鹽廢水多步法高效除氟除硅的工藝，高鹽廢水進入初步除氟裝置，在除氟劑投加器緩慢地投加偏鋁酸鈉溶液的同時，控酸器可同步、勻速緩慢地調節(jié)pH，并保持pH為3.5-4.5，廢水進入深度除氟裝置，在除氟劑投加器緩慢投加偏鋁酸鈉溶液結束后，勻速緩慢地調節(jié)pH為4.5-6.0。反應結束后在中性條件下完成沉降和吸附過程，廢水再進入除硅裝置進行除硅步驟，在除硅劑投加器緩慢投加偏鋁酸鈉溶液結束后，控堿器再勻速緩慢的調節(jié)pH至7.5-8.5，反應結束后進入過濾裝置。本發(fā)明使用單一藥劑偏鋁酸鈉，通過除氟劑投加器、除硅劑投加器、控酸器和控堿器的協(xié)同作用實現(xiàn)中氟離子和硅的高效去除。
權利要求書
1.一種高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，初步除氟：調節(jié)高鹽廢水pH至3.5-4.5，按質量比NaAlO2:F＝10-20:1投加偏鋁酸鈉進行初步除氟；步驟2，深度除氟：步驟1的產(chǎn)水按質量比NaAlO2:F＝15-20:1投加偏鋁酸鈉后，再調節(jié)pH至4.5-6.0進行深度除氟；步驟3，除硅：步驟2的產(chǎn)水按質量比NaAlO2:Si＝5-10-:1投加偏鋁酸鈉后，調節(jié)pH至7.5-8.5，除硅；步驟4，步驟3的產(chǎn)水進行過濾去除沉淀。
2.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，調節(jié)pH過程中采用鹽酸、硫酸、氫氧化鈉的一種或多種進行調節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，所述的步驟2中，深度除氟完成后，調節(jié)pH至中性，并加入絮凝劑，再去除絮凝沉淀物。
4.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，去除絮凝沉淀物采用沉降、過濾、離心方式中的一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，步驟1中，初步除氟的反應時間是30-60min。
6.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，步驟2中，深度除氟的反應時間是30-60min。
7.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，步驟3中，除硅的反應時間是15-30min。
8.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，所述的步驟4中，過濾采用分離膜過濾處理，分離膜的平均孔徑20-200nm。
9.根據(jù)權利要求1所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，分離膜過濾處理采用錯流過濾，根據(jù)終末通量的大小來設定膜清洗時間；終末通量根據(jù)下式進行預測：在不同的氟含量和硅含量的條件下，進行步驟1-步驟3，并獲得廢水中的粒子的粒徑微分分布數(shù)據(jù)，找到兩個峰面積最大的峰，計算出兩個峰對應的粒徑值的差的絕對值，再將兩個峰對應的粒徑值分別進行一定距離的偏移，分別獲得偏移位置與粒徑微分分布曲線所夾區(qū)域的面積，計算出兩個面積的差的絕對值；進行步驟4，獲得過濾過程的終末通量；將數(shù)據(jù)代入下式擬合：
式中，J是終末通量，CF和CSi分別是指原水中的氟和硅的濃度，a、b、m和n分別是可以擬合的參數(shù)，ΔD是兩個峰對應的粒徑值的差的絕對值，ΔS兩個面積的差的絕對值；將廢水再次進行步驟1-步驟3，將獲得的廢水的數(shù)據(jù)代入擬合的公式中，獲得預測的終末通量。
10.根據(jù)權利要求9所述的高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，所述的一定距離的偏移是指±20-100nm。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是：對于高鹽廢水進行除氟除硅處理時所需要的藥劑種類多、操作步驟多的問題。
本發(fā)明提供一種高鹽廢水的多步法除氟除硅工藝和裝置，使用單一藥劑，在不過多增加出水鹽種類的基礎上實現(xiàn)高鹽廢水中氟和硅的高去除率，使處理后的氟離子小于等于2ppm，硅小于等于0.5ppm。本發(fā)明所提出的高效除氟除硅工藝中，初步除氟的藥劑投加量不受初始氟含量的影響，在預設酸性條件下即可完成初步除氟，初步除氟后的水質中氟含量可穩(wěn)定在8-12ppm，初步除氟后的水樣無需過濾，在工程應用上可減少過濾裝置或澄清池，可在原有基礎上繼續(xù)完成深度除氟操作，深度除氟步驟結束后，出水在pH為7.5-8.5條件下進行除硅操作。
技術方案是：
一種高鹽廢水的多步法除氟除硅的方法，包括如下步驟：
步驟1，初步除氟：調節(jié)高鹽廢水pH至3.5-4.5，按質量比NaAlO2:F＝10-20:1投加偏鋁酸鈉進行初步除氟；
步驟2，深度除氟：步驟1的產(chǎn)水按質量比NaAlO2:F＝15-20:1投加偏鋁酸鈉后，再調節(jié)pH至4.5-6.0進行深度除氟；
步驟3，除硅：步驟2的產(chǎn)水按質量比NaAlO2:Si＝5-10-:1投加偏鋁酸鈉后，調節(jié)pH至7.5-8.5，除硅；
步驟4，步驟3的產(chǎn)水進行過濾去除沉淀。
調節(jié)pH過程中采用鹽酸、硫酸、氫氧化鈉的一種或多種進行調節(jié)。
所述的步驟2中，深度除氟完成后，調節(jié)pH至中性，并加入絮凝劑，再去除絮凝沉淀物。
步驟1中，初步除氟的反應時間是30-60min。
步驟2中，深度除氟的反應時間是30-60min。
步驟3中，除硅的反應時間是15-30min。
所述的步驟4中，過濾采用分離膜過濾處理，分離膜的平均孔徑20-200nm。
分離膜過濾處理采用錯流過濾，根據(jù)終末通量的大小來設定膜清洗時間；終末通量根據(jù)下式進行預測：
在不同的氟含量和硅含量的條件下，進行步驟1-步驟3，并獲得廢水中的粒子的粒徑微分分布數(shù)據(jù)，找到兩個峰面積最大的峰，計算出兩個峰對應的粒徑值的差的絕對值，再將兩個峰對應的粒徑值分別進行±20-100nm的偏移，分別獲得偏移位置與粒徑微分分布曲線所夾區(qū)域的面積，計算出兩個面積的差的絕對值；
進行步驟4，獲得過濾過程的終末通量；
將數(shù)據(jù)代入下式擬合：
式中，J是終末通量，CF和CSi分別是指原水中的氟和硅的濃度，a、b、m和n分別是可以擬合的參數(shù)，ΔD是兩個峰對應的粒徑值的差的絕對值，ΔS兩個面積的差的絕對值；
將廢水再次進行步驟1-步驟3，將獲得的廢水的數(shù)據(jù)代入擬合的公式中，獲得預測的終末通量。
一種高鹽廢水的多步法除氟除硅的裝置，包括：
初步除氟反應池1，用于對廢水進行除氟反應處理；
第一偏鋁酸鈉投加罐2，連接于初步除氟反應池1，用于加入偏鋁酸鈉；
酸投加罐3，連接于初步除氟反應池1，用于調節(jié)反應中廢水的pH值至3.5-4.5；
深度除氟反應池4，連接于初步除氟反應池1，用于對廢水進行除氟反應處理；
第二偏鋁酸鈉投加罐5，連接于深度除氟反應池4，用于加入偏鋁酸鈉；
堿投加罐6，連接于深度除氟反應池4，調節(jié)反應中廢水的pH值至4.5-6.0；
除硅反應池7，連接于深度除氟反應池4，用于對廢水進行除硅反應處理；
第三偏鋁酸鈉投加罐8，連接于除硅反應池7，用于加入偏鋁酸鈉；
第一堿投加罐9，連接于除硅反應池7，用于調節(jié)反應中廢水的pH值至7.5-8.5；
過濾器10，連接于除硅反應池7，用于濾除生成的沉淀。
所述的過濾器10中安裝的是平均孔徑20-200nm的分離膜。
還包括絮凝反應池11，深度除氟反應池4通過絮凝反應池11與除硅反應池7連接，所述的絮凝反應池11用于對廢水進行絮凝反應。
還包括絮凝劑投加罐12，連接于絮凝反應池11，用于加入絮凝劑。
還包括第二堿投加罐13，連接于絮凝反應池11，用于調節(jié)反應中廢水的pH值至中性。
還包括固液分離器14，絮凝反應池11通過固液分離器14與除硅反應池7連接，固液分離器14用于去除絮凝生成的沉淀。
有益效果
(1)本發(fā)明使用單一偏鋁酸鈉并借助配套裝置通過多步法對含有氟化物和二氧化硅的高鹽廢水進行處理，在廢水高鹽情況下能夠實現(xiàn)出水氟含量低至2ppm以下，硅含量低至0.05ppm以下，處理效率高效；(2)無需投加混凝劑和助凝劑，降低運行投資費用；(3)可根據(jù)高鹽廢水來水pH值選用優(yōu)先除氟或除硅步驟，可根據(jù)來水氟含量選擇步驟數(shù)量，工藝靈活多變，可控性強。(3)除氟除硅后的廢水膠體呈雙峰分布，可以根據(jù)粒徑分布情況對膜分離的通量進行預評估，對運行結果進行預判。
（發(fā)明人：張淳;彭文博;程軍軍;周明;吳正雷;莊力;趙宏亮;董凱）
