公布日：2023.05.30
申請日：2022.12.12
分類(lèi)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(kāi)一種高鹽廢水多步法高效除氟除硅的工藝，高鹽廢水進(jìn)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(shí)，控酸器可同步、勻速緩慢地調節pH，并保持pH為3.5-4.5，廢水進(jìn)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(guò)程，廢水再進(jìn)入除硅裝置進(jìn)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pH至7.5-8.5，反應結束后進(jìn)入過(guò)濾裝置。本發(fā)明使用單一藥劑偏鋁酸鈉，通過(guò)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(shí)現中氟離子和硅的高效去除。
權利要求書(shū)
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：調節高鹽廢水pH至3.5-4.5，按質(zhì)量比NaAlO2:F＝10-20:1投加偏鋁酸鈉進(jìn)行初步除氟；步驟2，深度除氟：步驟1的產(chǎn)水按質(zhì)量比NaAlO2:F＝15-20:1投加偏鋁酸鈉后，再調節pH至4.5-6.0進(jìn)行深度除氟；步驟3，除硅：步驟2的產(chǎn)水按質(zhì)量比NaAlO2:Si＝5-10-:1投加偏鋁酸鈉后，調節pH至7.5-8.5，除硅；步驟4，步驟3的產(chǎn)水進(jìn)行過(guò)濾去除沉淀。
2.根據權利要求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pH過(guò)程中采用鹽酸、硫酸、氫氧化鈉的一種或多種進(jìn)行調節。
3.根據權利要求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pH至中性，并加入絮凝劑，再去除絮凝沉淀物。
4.根據權利要求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(guò)濾、離心方式中的一種。
5.根據權利要求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(shí)間是30-60min。
6.根據權利要求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(shí)間是30-60min。
7.根據權利要求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(shí)間是15-30min。
8.根據權利要求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(guò)濾采用分離膜過(guò)濾處理，分離膜的平均孔徑20-200nm。
9.根據權利要求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(guò)濾處理采用錯流過(guò)濾，根據終末通量的大小來(lái)設定膜清洗時(shí)間；終末通量根據下式進(jìn)行預測：在不同的氟含量和硅含量的條件下，進(jìn)行步驟1-步驟3，并獲得廢水中的粒子的粒徑微分分布數據，找到兩個(gè)峰面積最大的峰，計算出兩個(gè)峰對應的粒徑值的差的絕對值，再將兩個(gè)峰對應的粒徑值分別進(jìn)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(xiàn)所夾區域的面積，計算出兩個(gè)面積的差的絕對值；進(jìn)行步驟4，獲得過(guò)濾過(guò)程的終末通量；將數據代入下式擬合：
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，ΔD是兩個(gè)峰對應的粒徑值的差的絕對值，ΔS兩個(gè)面積的差的絕對值；將廢水再次進(jìn)行步驟1-步驟3，將獲得的廢水的數據代入擬合的公式中，獲得預測的終末通量。
10.根據權利要求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(shù)問(wèn)題是：對于高鹽廢水進(jìn)行除氟除硅處理時(shí)所需要的藥劑種類(lèi)多、操作步驟多的問(wèn)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(guò)多增加出水鹽種類(lèi)的基礎上實(shí)現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(zhì)中氟含量可穩定在8-12ppm，初步除氟后的水樣無(wú)需過(guò)濾，在工程應用上可減少過(guò)濾裝置或澄清池，可在原有基礎上繼續完成深度除氟操作，深度除氟步驟結束后，出水在pH為7.5-8.5條件下進(jìn)行除硅操作。
技術(shù)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：調節高鹽廢水pH至3.5-4.5，按質(zhì)量比NaAlO2:F＝10-20:1投加偏鋁酸鈉進(jìn)行初步除氟；
步驟2，深度除氟：步驟1的產(chǎn)水按質(zhì)量比NaAlO2:F＝15-20:1投加偏鋁酸鈉后，再調節pH至4.5-6.0進(jìn)行深度除氟；
步驟3，除硅：步驟2的產(chǎn)水按質(zhì)量比NaAlO2:Si＝5-10-:1投加偏鋁酸鈉后，調節pH至7.5-8.5，除硅；
步驟4，步驟3的產(chǎn)水進(jìn)行過(guò)濾去除沉淀。
調節pH過(guò)程中采用鹽酸、硫酸、氫氧化鈉的一種或多種進(jìn)行調節。
所述的步驟2中，深度除氟完成后，調節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(shí)間是30-60min。
步驟2中，深度除氟的反應時(shí)間是30-60min。
步驟3中，除硅的反應時(shí)間是15-30min。
所述的步驟4中，過(guò)濾采用分離膜過(guò)濾處理，分離膜的平均孔徑20-200nm。
分離膜過(guò)濾處理采用錯流過(guò)濾，根據終末通量的大小來(lái)設定膜清洗時(shí)間；終末通量根據下式進(jìn)行預測：
在不同的氟含量和硅含量的條件下，進(jìn)行步驟1-步驟3，并獲得廢水中的粒子的粒徑微分分布數據，找到兩個(gè)峰面積最大的峰，計算出兩個(gè)峰對應的粒徑值的差的絕對值，再將兩個(gè)峰對應的粒徑值分別進(jìn)行±20-100nm的偏移，分別獲得偏移位置與粒徑微分分布曲線(xiàn)所夾區域的面積，計算出兩個(gè)面積的差的絕對值；
進(jìn)行步驟4，獲得過(guò)濾過(guò)程的終末通量；
將數據代入下式擬合：
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，ΔD是兩個(gè)峰對應的粒徑值的差的絕對值，ΔS兩個(gè)面積的差的絕對值；
將廢水再次進(jìn)行步驟1-步驟3，將獲得的廢水的數據代入擬合的公式中，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(jìn)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(jìn)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(jìn)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，用于調節反應中廢水的pH值至7.5-8.5；
過(guò)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(guò)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(guò)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(jìn)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(guò)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(guò)多步法對含有氟化物和二氧化硅的高鹽廢水進(jìn)行處理，在廢水高鹽情況下能夠實(shí)現出水氟含量低至2ppm以下，硅含量低至0.05ppm以下，處理效率高效；(2)無(wú)需投加混凝劑和助凝劑，降低運行投資費用；(3)可根據高鹽廢水來(lái)水pH值選用優(yōu)先除氟或除硅步驟，可根據來(lái)水氟含量選擇步驟數量，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，可以根據粒徑分布情況對膜分離的通量進(jìn)行預評估，對運行結果進(jìn)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）
