摘要：选取鄂尔多斯某矿井水反渗透浓缩后的浓盐水为处理目标，采用高密池工艺去除浓盐水中的硬度与硅。实验详细分析石灰与碳酸钠加药量等工艺条件对除硬除硅效果的影响。实验结果与高密池实际运行结果表明硅的去除与总硬的去除是一个矛盾体，硅的去除与总硬度的去除呈现相反的趋势。进一步实验结果表明分步加入Ca(OH)2和Na2CO3，硅和总硬度的去除率同时增加，总硬度去除率可达97.5%，硅的去除率可达84%。关键词：反渗透浓盐水；除硬；除硅；石灰；碳酸钠近年来工业废水零排放项目与资源化取得长足发展，新建成的水处理零排放项目多采用“反渗透膜浓缩+二次浓缩+蒸发结晶”三段工艺进行废水处理，其中反渗透浓水中的总硬度和硅含量高，如果不进行高效率的去除，不仅会影响后续二次浓缩的产水回收率，而且在进一步浓缩蒸发结晶的过程中，容易产生硅结垢和钙镁离子结垢的问题，破坏蒸发结晶系统相关设备，影响整体工艺的经济性与稳定性。现有去除废水中硬度的方法有：1）化学法，包括：石灰软化法、石灰-纯碱法、石灰-石膏法等；2）阻垢剂法；3）离子交换法；4）膜分离法，包括：反渗透法、纳滤法、电渗析法、电去离子法；5）物理法；去除废水中硅的方法有：1）物理化学法：镁剂脱硅、铝盐脱硅、铁盐脱硅、石灰脱硅、电凝聚脱硅等；2）膜法脱硅：超滤法、纳滤法、反渗透法；3）离子交换脱硅；4）阻垢剂法；5）物理法。石灰-纯碱法可同时去除暂时硬度和永久硬度，与混凝剂絮凝剂联用，能去除一部分有机物，在大规模工业废水硬度处理中具有广泛的应用。但是采用石灰-纯碱法同时除硬除硅相互影响方面的研究不多，有待进一步研究。鉴于反渗透浓水除硬除硅的迫切需求。本论文以某矿井水反渗透浓盐水为研究对象，采用石灰-纯碱法进行除硬除硅实验，重点讨论双碱法在除硬除硅之间的关联性，并研究了双碱法在实际工程应用中的效果，为除硬除硅一体化工艺奠定基础。1.实验部分1.1实验原料实验水源：实验所用水源为矿井水脱盐段反渗透浓盐水，反渗透原水为煤矿井下废水，反渗透浓盐水水质见表1。添加图片注释，不超过字（可选）实验药剂：聚合硫酸铁（PFS）：液态，含量11.65%，密度g/L；聚合物（PAM）：干粉，阴离子；石灰：干粉，纯度91.75%；碳酸钠：干粉，纯度99.39%。实验过程：取水样1L放入烧杯中，加入一定量石灰后在r/min下搅拌2min，然后加入一定量的碳酸钠，在r/min下搅拌2min，静止15min后取上清液进行测试。1.2检测方法检测分析：总硬度采用GB/T－与GB/T－分析方法进行检测；硅含量采用DL/T.3－分光光度法进行检测；pH采用GB/T－分析方法，PHS-3C型酸度计进行检测；浊度采用GB/T－分析方法进行检测；碱度采用GB/T－分析方法进行检测；TDS采用GB/T－分析方法进行检测。1.3工艺流程浓盐水通过进水泵提升进入高密度沉淀池，在一个反应格先通过加药泵投加Ca(OH)2，调节pH在11以上，降低水中硬度、碱度和总硅，然后进入第二个反应格，投加Na2CO3进一步降低废水硬度，然后进入第三个反应格，投加聚合硫酸铁，形成较大絮体，出水进入反应格，投加PAM并通过反应搅拌机混合形成大量成片絮体，进入高密池澄清分离区域，上清液进入集水槽流入中和水池。高密池定期排出污泥进入污泥池，高密池设置刮泥机防止污泥沉积并将污泥刮入中间污泥斗，然后通过排泥泵排入污泥池。2结果与讨论2.1去除效果影响2.1.1石灰加药量的影响在原水总硬度mg/L、pH为7.4、硅含量为28mg/L条件下，只加入Ca(OH)2，Ca(OH)2加入量对反渗透浓水除硅的影响如图1所示。由图1可知，在含量在mg/L以下，硅的去除率变化不大，并且去除率很低，Ca(OH)2的加入量超过mg/L后，去除率迅速上升。添加图片注释，不超过字（可选）在实验室过程中pH随着Ca(OH)2投加量的增加而增加，因此，进一步追加实验，同时检测反应过程中pH的变化，结果如图2所示。由图2可知，在原水总硬度mg/L、pH为7.75、硅含量为31mg/L条件下，随着Ca(OH)2加入量的增加，硅的去除率逐渐提高，并且pH也在增加。这可能是由于Ca(OH)2加入量增加，pH升高，导致硅溶解度增加，进而有更多的可溶解硅与Ca(OH)2反应被去除。添加图片注释，不超过字（可选）2.1.2碳酸钠加药量的影响在原水总硬度mg/L、pH为8.35、硅含量为32mg/L、pH加入量为mg/L条件下，Na2CO3加入量对反渗透浓水除硅除硬度的影响如图3所示。由图3可知，随着Na2CO3加入量的增加，硅的去除率逐渐降低，但是硬度的去除率逐渐上升。添加图片注释，不超过字（可选）进一步进行验证。在原水总硬度mg/L、pH为7.4、硅含量为28mg/L、Ca(OH)2加入量为mg/L条件下，拉大Na2CO3加入量的范围，结果如图4所示。得出同样的结论，硬度去除率升高的同时硅的去除率降低，硬度的去除率最高可达95%。从以上结果可以看出，二氧化硅的去除与总硬的去除是一个矛盾体，硅的去除率与总硬度的去除率呈现相反的趋势。添加图片注释，不超过字（可选）2.1.3分步加药的影响根据以上结果，在投加Ca(OH)2的同时投加Na2CO3不能同时高效的去除硅和总硬度。为此，先投加Ca(OH)2，然后取反应后的上清液，在上清液中投加Na2CO3。在原水总硬度mg/L、pH为8.3、硅含量为30mg/L的条件下进行实验，具体实验条件及分步加药对硅、硬度的去除率见表2。添加图片注释，不超过字（可选）由表2可知，随着Ca(OH)2和Na2CO3加入量的增加，硅和总硬度的去除率同时逐渐上升，总硬度去除率可达97.5%，硅的去除率可达84%。因此除硬度和除硅可以分为两步走，先投加足量的Ca(OH)2将硅降低到一个相对较低的范围，然后取上清液再投加Na2CO3降低总硬，可同时达到高效除硅除硬的效果。2.2应用分析2.2.1项目工艺简介工艺应用项目为鄂尔多斯某矿井水零排放与资源化项目。高密池工艺段来水为前段反渗透浓水，反渗透浓水进入原水调节池，经过高密池除硅除硬后，进入后续多介质过滤、树脂软化器进一步去除硬度后，进入高压反渗透膜系统进行进一步脱盐处理，产水回用，浓水送往后续蒸发结晶段进行处理。2.2.2工艺应用效果项目高密池工艺从年8月20日至10月20日的运行情况见图5。由图5可知，来水总硬度去除率稳定在95%以上，说明高密池工艺可以很好的去除水中硬度，但是硅的去除率比较低，这与前文实验结果吻合，所以后续高密池可以进行改进，先投加足量的Ca(OH)2将硅降低到一个相对较低的范围，经过沉淀后，上清液进入后续反应池再投加Na2CO3降低总硬度，可同时达到高效除硅除硬的效果。添加图片注释，不超过字（可选）2.2.3工艺运行成本项目高密池工艺的吨水运行成本：Ca(OH)2消耗量为kg/d，运行费用为0.28元/t；Na2CO3消耗量为kg/d，运行费用为2.08元/t；混凝剂消耗量为.6kg/d，运行费用为0.04元/t；助凝剂消耗量为10.33kg/d，运行费用为0.01元/t；电耗kWh，运行费用为1.85元/t；污泥处理费50元/t，运行费用为0.38元/t。药剂消耗量取实际运行中加药量平均值。项目药剂价格与电费按照市场价格计算，项目吨水运行成本为4.64元。3结论1）在反渗透浓盐水实验与高密池工艺实际运行情况中，硅的去除与总硬的去除是一个矛盾体，硅的去除率与总硬度的去除率呈现相反的趋势；2）采用分步加入Ca(OH)2和Na2CO3的实验方法，硅和总硬度的去除率同时提高，总硬度去除率可达97.5%，硅的去除率可达84%；3）现有高密池工艺项目吨水处理成本为4.64元，可以对高密池工艺进行改进，先投加足量的Ca(OH)2将硅降低到一个相对较低的范围，经过沉淀后，上清液进入后续反应池再投加Na2CO3降低总硬，可同时达到高效除硅除硬的效果，有望降低整体项目水处理成本。
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