摘要：選取鄂爾多斯某礦井水反滲透濃縮后的濃鹽水為處理目標(biāo)，采用高密池工藝去除濃鹽水中的硬度與硅。實(shí) 驗(yàn)詳細(xì)分析石灰與碳酸鈉加藥量等工藝條件對(duì)除硬除硅效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與高密池實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明硅的去 除與總硬的去除是一個(gè)矛盾體，硅的去除與總硬度的去除呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分步加入 Ca(OH)2 和Na2CO3，硅和總硬度的去除率同時(shí)增加，總硬度去除率可達(dá) 97.5%，硅的去除率可達(dá) 84%。

關(guān)鍵詞：反滲透濃鹽水；除硬；除硅；石灰；碳酸鈉

近年來(lái)工業(yè)廢水零排放項(xiàng)目與資源化取得長(zhǎng)足發(fā)展，新建成的水處理零排放項(xiàng)目多采用“反滲 透膜濃縮 + 二次濃縮 + 蒸發(fā)結(jié)晶” 三段工藝進(jìn)行 廢水處理，其中反滲透濃水中的總硬度和硅含量高，如果不進(jìn)行高效率的去除，不僅會(huì)影響后續(xù)二 次濃縮的產(chǎn)水回收率，而且在進(jìn)一步濃縮蒸發(fā)結(jié)晶的過(guò)程中，容易產(chǎn)生硅結(jié)垢和鈣鎂離子結(jié)垢的問(wèn)題，破壞蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，影響整體工藝的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。

現(xiàn)有去除廢水中硬度的方法有：

1） 化學(xué)法，包括：石灰軟化法、石灰 - 純堿法、石灰 - 石膏法等；

2） 阻垢劑法；

3）離子交換法；

4）膜分離法，包括：反滲 透法、納濾法、電滲析法、電去離子法；

5）物理法；

去除廢水中硅的方法有：

1）物理化學(xué)法：鎂劑脫硅、 鋁鹽脫硅、鐵鹽脫硅、石灰脫硅、電凝聚脫硅等；

2）膜法脫硅：超濾法、納濾法、反滲透法；

3）離子交換脫硅；

4）阻垢劑法；

5）物理法。

石灰 - 純堿法可同時(shí)去除暫時(shí)硬度和永久硬度，與混凝劑絮凝劑聯(lián)用， 能去除一部分有機(jī)物，在大規(guī)模工業(yè)廢水硬度處理中具有廣泛的應(yīng)用。但是采用石灰 - 純堿法同時(shí)除硬除硅相互影響方面的研究不多，有待進(jìn)一步研究。

鑒于反滲透濃水除硬除硅的迫切需求。本論文以某 礦井水反滲透濃鹽水為研究對(duì)象，采用石灰 - 純堿 法進(jìn)行除硬除硅實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)討論雙堿法在除硬除硅之間的關(guān)聯(lián)性，并研究了雙堿法在實(shí)際工程應(yīng)用中的效果，為除硬除硅一體化工藝奠定基礎(chǔ)。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料實(shí)驗(yàn)水源：實(shí)驗(yàn)所用水源為礦井水脫鹽段反滲 透濃鹽水，反滲透原水為煤礦井下廢水，反滲透濃鹽水水質(zhì)見(jiàn)表 1。

實(shí)驗(yàn)藥劑：聚合硫酸鐵 （PFS）：液態(tài)，含量11.65%，密度1 320 g/L；聚合物（PAM）：干粉，陰離子；石灰：干粉，純度91.75%；碳酸鈉：干粉，純度99.39%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：取水樣 1 L 放入燒杯中，加入一定量 石灰后在 150 r/min 下攪拌 2 min，然后加入一定量 的碳酸鈉，在 150 r/min 下攪拌 2 min，靜止 15 min后取上清液進(jìn)行測(cè)試。

1.2 檢測(cè)方法 檢測(cè)分析：總硬度采用 GB/T 6910－2006 與GB/T 6909－2008 分析方法進(jìn)行檢測(cè)；硅含量采用DL/T 502.3－2006 分光光度法進(jìn)行檢測(cè)；pH 采用GB/T 6904－2008 分析方法，PHS-3C 型酸度計(jì)進(jìn)行 檢測(cè)；濁度采用 GB/T 12151－2005 分析方法進(jìn)行檢 測(cè)；堿度采用 GB/T 15451－2006 分析方法進(jìn)行檢測(cè)；TDS 采用 GB/T 14415－2007 分析方法進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 工藝流程

濃鹽水通過(guò)進(jìn)水泵提升進(jìn)入高密度沉淀池，在一 個(gè)反應(yīng)格先通過(guò)加藥泵投加Ca(OH)2，調(diào)節(jié) pH 在 11以上，降低水中硬度、堿度和總硅，然后進(jìn)入第二個(gè)反 應(yīng)格，投加 Na2CO3 進(jìn)一步降低廢水硬度，然后進(jìn)入第 三個(gè)反應(yīng)格，投加聚合硫酸鐵，形成較大絮體，出水進(jìn)入反應(yīng)格，投加 PAM 并通過(guò)反應(yīng)攪拌機(jī)混合形成大 量成片絮體，進(jìn)入高密池澄清分離區(qū)域，上清液進(jìn)入 集水槽流入中和水池。高密池定期排出污泥進(jìn)入污泥 池，高密池設(shè)置刮泥機(jī)防止污泥沉積并將污泥刮入中 間污泥斗，然后通過(guò)排泥泵排入污泥池。

2 結(jié)果與討論

2.1 去除效果影響

2.1.1 石灰加藥量的影響 在原水總硬度 556 mg/L、pH 為 7.4、硅含量為28 mg/L 條件下，只加入 Ca(OH)2，Ca(OH)2 加入量對(duì)反滲透濃水除硅的影響如圖 1 所示。由圖 1可知，在含量在 2 000 mg/L 以下，硅的去除率變化不大，并 且去除率很低，Ca(OH)2 的加入量超過(guò) 2 000 mg/L后，去除率迅速上升。

在實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中 pH 隨著 Ca(OH)2 投加量的增 加而增加，因此，進(jìn)一步追加實(shí)驗(yàn)，同時(shí)檢測(cè)反應(yīng)過(guò) 程中 pH 的變化，結(jié)果如圖 2 所示。由圖 2 可知，在 原水總硬度 648 mg/L、pH 為 7.75、硅含量為 31mg/L 條件下，隨著 Ca(OH)2 加入量的增加，硅的去 除率逐漸提高，并且 pH 也在增加。這可能是由于Ca(OH)2 加入量增加，pH 升高，導(dǎo)致硅溶解度增加， 進(jìn)而有更多的可溶解硅與 Ca(OH)2 反應(yīng)被去除。

2.1.2 碳酸鈉加藥量的影響

在原水總硬度 648 mg/L、pH 為 8.35、硅含量為32 mg/L、pH 加入量為 2200 mg/L 條件下，Na2CO3 加入量對(duì)反滲透濃水除硅除硬度的影響如圖 3 所 示。由圖 3 可知，隨著 Na2CO3 加入量的增加，硅的去 除率逐漸降低，但是硬度的去除率逐漸上升。

進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。在原水總硬度 556 mg/L、pH為 7.4、硅含量為 28 mg/L、Ca(OH)2 加入量為 1 000mg/L 條件下，拉大 Na2CO3 加入量的范圍，結(jié)果如圖 4 所示。得出同樣的結(jié)論，硬度去除率升高的同時(shí)硅的去除率降低，硬度的去除率最高可達(dá) 95%。從以 上結(jié)果可以看出，二氧化硅的去除與總硬的去除是 一個(gè)矛盾體，硅的去除率與總硬度的去除率呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。

2.1.3 分步加藥的影響

根據(jù)以上結(jié)果，在投加 Ca (OH)2 的同時(shí)投加Na2CO3 不能同時(shí)高效的去除硅和總硬度。為此，先 投加 Ca(OH)2，然后取反應(yīng)后的上清液，在上清液中投加 Na2CO3。在原水總硬度 450 mg/L、pH 為 8.3、硅含量為 30 mg/L 的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)條件及分步加藥對(duì)硅、硬度的去除率見(jiàn)表 2。

由表 2 可知，隨著 Ca(OH)2 和 Na2CO3 加入量的增加，硅和總硬度的去除率同時(shí)逐漸上升，總硬度去 除率可達(dá) 97.5%，硅的去除率可達(dá) 84%。因此除硬度 和除硅可以分為兩步走，先投加足量的 Ca(OH)2 將 硅降低到一個(gè)相對(duì)較低的范圍，然后取上清液再投加Na2CO3 降低總硬，可同時(shí)達(dá)到高效除硅除硬的效果。

2.2 應(yīng)用分析

2.2.1 項(xiàng)目工藝簡(jiǎn)介工藝應(yīng)用項(xiàng)目為鄂爾多斯某礦井水零排放與資 源化項(xiàng)目。高密池工藝段來(lái)水為前段反滲透濃水，反 滲透濃水進(jìn)入原水調(diào)節(jié)池，經(jīng)過(guò)高密池除硅除硬后， 進(jìn)入后續(xù)多介質(zhì)過(guò)濾、樹(shù)脂軟化器進(jìn)一步去除硬度 后，進(jìn)入高壓反滲透膜系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽處理，產(chǎn) 水回用，濃水送往后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶段進(jìn)行處理。

2.2.2 工藝應(yīng)用效果 項(xiàng)目高密池工藝從 2018 年 8 月 20 日至 10 月20 日的運(yùn)行情況見(jiàn)圖 5。由圖 5 可知，來(lái)水總硬度去 除率穩(wěn)定在 95%以上，說(shuō)明高密池工藝可以很好的去 除水中硬度，但是硅的去除率比較低，這與前文實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，所以后續(xù)高密池可以進(jìn)行改進(jìn)，先投加 足量的 Ca (OH)2 將硅降低到一個(gè)相對(duì)較低的范圍，經(jīng)過(guò)沉淀后，上清液進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)池再投加 Na2CO3 降低總硬度，可同時(shí)達(dá)到高效除硅除硬的效果。

2.2.3 工藝運(yùn)行成本

項(xiàng)目高密池工藝的噸水運(yùn)行成本：Ca (OH)2 消 耗量為 8 631 kg/d，運(yùn)行費(fèi)用為 0.28 元 /t；Na2CO3 消 耗量為 21 533 kg/d，運(yùn)行費(fèi)用為 2.08 元 /t；混凝劑消耗量為 1 033.6 kg/d，運(yùn)行費(fèi)用為 0.04 元 /t；助凝 劑消耗量為 10.33 kg/d，運(yùn)行費(fèi)用為 0.01 元 /t；電耗54 000 kWh，運(yùn)行費(fèi)用為 1.85 元 /t；污泥處理費(fèi) 50元 /t，運(yùn)行費(fèi)用為 0.38 元 /t。藥劑消耗量取實(shí)際運(yùn)行中加藥量平均值。項(xiàng)目藥劑價(jià)格與電費(fèi)按照市場(chǎng)價(jià) 格計(jì)算，項(xiàng)目噸水運(yùn)行成本為 4.64 元。

3 結(jié) 論

1） 在反滲透濃鹽水實(shí)驗(yàn)與高密池工藝實(shí)際運(yùn)行情況中，硅的去除與總硬的去除是一個(gè)矛盾體，硅的去除率與總硬度的去除率呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)；

2）采用分步加入 Ca(OH)2 和 Na2CO3 的實(shí)驗(yàn)方法，硅和總 硬度的去除率同時(shí)提高，總硬度去除率可達(dá) 97.5%， 硅的去除率可達(dá) 84%；

3）現(xiàn)有高密池工藝項(xiàng)目噸水處理成本為 4.64 元，可以對(duì)高密池工藝進(jìn)行改進(jìn)， 先投加足量的 Ca(OH)2 將硅降低到一個(gè)相對(duì)較低的范圍，經(jīng)過(guò)沉淀后，上清液進(jìn)入后續(xù)反應(yīng)池再投加Na2CO3 降低總硬，可同時(shí)達(dá)到高效除硅除硬的效果，有望降低整體項(xiàng)目水處理成本。