公布日：2023.05.30
申请日：2022.12.12
分类号：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
本发明公开一种高盐废水多步法高效除氟除硅的工艺，高盐废水进入初步除氟装置，在除氟剂投加器缓慢地投加偏铝酸钠溶液的同时，控酸器可同步、匀速缓慢地调节pH，并保持pH为3.5-4.5，废水进入深度除氟装置，在除氟剂投加器缓慢投加偏铝酸钠溶液结束后，匀速缓慢地调节pH为4.5-6.0。反应结束后在中性条件下完成沉降和吸附过程，废水再进入除硅装置进行除硅步骤，在除硅剂投加器缓慢投加偏铝酸钠溶液结束后，控碱器再匀速缓慢的调节pH至7.5-8.5，反应结束后进入过滤装置。本发明使用单一药剂偏铝酸钠，通过除氟剂投加器、除硅剂投加器、控酸器和控碱器的协同作用实现中氟离子和硅的高效去除。
权利要求书
1.一种高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，初步除氟：调节高盐废水pH至3.5-4.5，按质量比NaAlO2:F＝10-20:1投加偏铝酸钠进行初步除氟；步骤2，深度除氟：步骤1的产水按质量比NaAlO2:F＝15-20:1投加偏铝酸钠后，再调节pH至4.5-6.0进行深度除氟；步骤3，除硅：步骤2的产水按质量比NaAlO2:Si＝5-10-:1投加偏铝酸钠后，调节pH至7.5-8.5，除硅；步骤4，步骤3的产水进行过滤去除沉淀。
2.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，调节pH过程中采用盐酸、硫酸、氢氧化钠的一种或多种进行调节。
3.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，所述的步骤2中，深度除氟完成后，调节pH至中性，并加入絮凝剂，再去除絮凝沉淀物。
4.根据权利要求1所述的高盐废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、过滤、离心方式中的一种。
5.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，步骤1中，初步除氟的反应时间是30-60min。
6.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，步骤2中，深度除氟的反应时间是30-60min。
7.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，步骤3中，除硅的反应时间是15-30min。
8.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，所述的步骤4中，过滤采用分离膜过滤处理，分离膜的平均孔径20-200nm。
9.根据权利要求1所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，分离膜过滤处理采用错流过滤，根据终末通量的大小来设定膜清洗时间；终末通量根据下式进行预测：在不同的氟含量和硅含量的条件下，进行步骤1-步骤3，并获得废水中的粒子的粒径微分分布数据，找到两个峰面积最大的峰，计算出两个峰对应的粒径值的差的绝对值，再将两个峰对应的粒径值分别进行一定距离的偏移，分别获得偏移位置与粒径微分分布曲线所夹区域的面积，计算出两个面积的差的绝对值；进行步骤4，获得过滤过程的终末通量；将数据代入下式拟合：
式中，J是终末通量，CF和CSi分别是指原水中的氟和硅的浓度，a、b、m和n分别是可以拟合的参数，ΔD是两个峰对应的粒径值的差的绝对值，ΔS两个面积的差的绝对值；将废水再次进行步骤1-步骤3，将获得的废水的数据代入拟合的公式中，获得预测的终末通量。
10.根据权利要求9所述的高盐废水的多步法除氟除硅的方法，其特征在于，所述的一定距离的偏移是指±20-100nm。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：对于高盐废水进行除氟除硅处理时所需要的药剂种类多、操作步骤多的问题。
本发明提供一种高盐废水的多步法除氟除硅工艺和装置，使用单一药剂，在不过多增加出水盐种类的基础上实现高盐废水中氟和硅的高去除率，使处理后的氟离子小于等于2ppm，硅小于等于0.5ppm。本发明所提出的高效除氟除硅工艺中，初步除氟的药剂投加量不受初始氟含量的影响，在预设酸性条件下即可完成初步除氟，初步除氟后的水质中氟含量可稳定在8-12ppm，初步除氟后的水样无需过滤，在工程应用上可减少过滤装置或澄清池，可在原有基础上继续完成深度除氟操作，深度除氟步骤结束后，出水在pH为7.5-8.5条件下进行除硅操作。
技术方案是：
一种高盐废水的多步法除氟除硅的方法，包括如下步骤：
步骤1，初步除氟：调节高盐废水pH至3.5-4.5，按质量比NaAlO2:F＝10-20:1投加偏铝酸钠进行初步除氟；
步骤2，深度除氟：步骤1的产水按质量比NaAlO2:F＝15-20:1投加偏铝酸钠后，再调节pH至4.5-6.0进行深度除氟；
步骤3，除硅：步骤2的产水按质量比NaAlO2:Si＝5-10-:1投加偏铝酸钠后，调节pH至7.5-8.5，除硅；
步骤4，步骤3的产水进行过滤去除沉淀。
调节pH过程中采用盐酸、硫酸、氢氧化钠的一种或多种进行调节。
所述的步骤2中，深度除氟完成后，调节pH至中性，并加入絮凝剂，再去除絮凝沉淀物。
步骤1中，初步除氟的反应时间是30-60min。
步骤2中，深度除氟的反应时间是30-60min。
步骤3中，除硅的反应时间是15-30min。
所述的步骤4中，过滤采用分离膜过滤处理，分离膜的平均孔径20-200nm。
分离膜过滤处理采用错流过滤，根据终末通量的大小来设定膜清洗时间；终末通量根据下式进行预测：
在不同的氟含量和硅含量的条件下，进行步骤1-步骤3，并获得废水中的粒子的粒径微分分布数据，找到两个峰面积最大的峰，计算出两个峰对应的粒径值的差的绝对值，再将两个峰对应的粒径值分别进行±20-100nm的偏移，分别获得偏移位置与粒径微分分布曲线所夹区域的面积，计算出两个面积的差的绝对值；
进行步骤4，获得过滤过程的终末通量；
将数据代入下式拟合：
式中，J是终末通量，CF和CSi分别是指原水中的氟和硅的浓度，a、b、m和n分别是可以拟合的参数，ΔD是两个峰对应的粒径值的差的绝对值，ΔS两个面积的差的绝对值；
将废水再次进行步骤1-步骤3，将获得的废水的数据代入拟合的公式中，获得预测的终末通量。
一种高盐废水的多步法除氟除硅的装置，包括：
初步除氟反应池1，用于对废水进行除氟反应处理；
第一偏铝酸钠投加罐2，连接于初步除氟反应池1，用于加入偏铝酸钠；
酸投加罐3，连接于初步除氟反应池1，用于调节反应中废水的pH值至3.5-4.5；
深度除氟反应池4，连接于初步除氟反应池1，用于对废水进行除氟反应处理；
第二偏铝酸钠投加罐5，连接于深度除氟反应池4，用于加入偏铝酸钠；
碱投加罐6，连接于深度除氟反应池4，调节反应中废水的pH值至4.5-6.0；
除硅反应池7，连接于深度除氟反应池4，用于对废水进行除硅反应处理；
第三偏铝酸钠投加罐8，连接于除硅反应池7，用于加入偏铝酸钠；
第一碱投加罐9，连接于除硅反应池7，用于调节反应中废水的pH值至7.5-8.5；
过滤器10，连接于除硅反应池7，用于滤除生成的沉淀。
所述的过滤器10中安装的是平均孔径20-200nm的分离膜。
还包括絮凝反应池11，深度除氟反应池4通过絮凝反应池11与除硅反应池7连接，所述的絮凝反应池11用于对废水进行絮凝反应。
还包括絮凝剂投加罐12，连接于絮凝反应池11，用于加入絮凝剂。
还包括第二碱投加罐13，连接于絮凝反应池11，用于调节反应中废水的pH值至中性。
还包括固液分离器14，絮凝反应池11通过固液分离器14与除硅反应池7连接，固液分离器14用于去除絮凝生成的沉淀。
有益效果
(1)本发明使用单一偏铝酸钠并借助配套装置通过多步法对含有氟化物和二氧化硅的高盐废水进行处理，在废水高盐情况下能够实现出水氟含量低至2ppm以下，硅含量低至0.05ppm以下，处理效率高效；(2)无需投加混凝剂和助凝剂，降低运行投资费用；(3)可根据高盐废水来水pH值选用优先除氟或除硅步骤，可根据来水氟含量选择步骤数量，工艺灵活多变，可控性强。(3)除氟除硅后的废水胶体呈双峰分布，可以根据粒径分布情况对膜分离的通量进行预评估，对运行结果进行预判。
（发明人：张淳;彭文博;程军军;周明;吴正雷;庄力;赵宏亮;董凯）
