除硅剂及其制备方法和除硅的方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种除硅剂及其制备方法和除硅的方法。


背景技术：

2.煤化工气化工艺一般需要消耗大量的水，水中含有的二氧化硅容易形成硅垢，造成气化装置合成气洗涤系统、激冷水处理系统及黑水处理系统设备管道、阀门、换热器、蒸发器等设备严重腐蚀或堵塞，导致气化炉运行周期短，检维修频繁，清洗频率大，严重影响设备的使用寿命。
3.除此之外，煤化工气化工艺排出的废水硅含量高，会加重下游污水深度处理系统的处理难度，直接造成污水深度处理装置运行工况恶化，影响全装置整体的水平衡。
4.目前，常用的除硅方法主要包括化学絮凝法、离子交换法、电凝聚和反渗透等方法，但这些方法普遍存在硅去除率较低、污泥产量大、投资运行成本高等问题。
5.而且，化学絮凝法所使用的除硅剂中一般含有氯离子，例如cn109052604a公开的高效除硅剂，按重量份包括：氧化镁35-40份，氢氧化钙25-30份，偏铝酸钠25-35份，聚二甲基二烯丙基氯化铵2-5份。虽然cn109052604a中公开的除硅剂能够进行高效除硅，可广泛适用于油田和煤化工的除硅处理，但是，这种除硅剂含有氯离子，容易造成设备的酸性腐蚀，不利于工艺的稳定运行。
6.因此，亟待提供一种不含氯的高效除硅剂。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决现有除硅剂中含氯，容易导致设备发生腐蚀的问题，提供一种除硅剂及其制备方法和除硅的方法。本发明中提供的除硅剂不含氯离子，具有除硅效率高的优点，且不存在酸性腐蚀的问题，可延长水处理系统设备的使用寿命，能够保证煤化工气化工艺长周期稳定运行，适合工业化推广。
8.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种除硅剂，所述除硅剂包括30-45重量份的氧化镁，15-35重量份的偏铝酸钠，5-15重量份的聚合硫酸铁和20-35重量份的氢氧化钙。
9.本发明的第二方面提供了一种除硅剂的制备方法，所述方法包括：将氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙混合后进行连续搅拌，得到除硅剂。
10.本发明的第三方面提供了一种除硅的方法，所述方法包括先将本发明第一方面所述除硅剂加入到含硅废水中进行第一次搅拌，然后加入ph调节剂进行第二次搅拌，之后再加入助凝剂进行沉降，得到除硅水。
11.通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：
12.(1)本发明中提供的除硅剂，是一种高效复合除硅剂，由特定含量的氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙组成，与助凝剂协同作用，可以在不引入氯离子的条件下完成高效除硅，同时显著降低水的硬度和水中悬浮物的含量，起到改善水质的作用；
13.(2)本发明中提供的除硅剂，制备方法简单，生产成本低，具有无毒无害的优点；
14.(3)本发明中提供的除硅方法，操作简单，除硅效率高达97.4％，水质改善效果好，能够保证系统长周期稳定运行，可减少化学清洗频率，延长设备的使用寿命，适合工业化推广。
具体实施方式
15.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
16.本发明的第一方面提供了一种除硅剂，所述除硅剂包括30-45重量份的氧化镁，15-35重量份的偏铝酸钠，5-15重量份的聚合硫酸铁和20-35重量份的氢氧化钙。
17.其中，本发明的发明人经过研究发现，由特定含量的氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙组成的除硅剂与助凝剂协同作用，可以在不引入氯离子的条件下完成高效除硅，同时显著降低水的硬度和水中悬浮物的含量，起到改善水质的作用。
18.在一个优选的实施方式中，所述除硅剂包括35-40重量份的氧化镁，20-30重量份的偏铝酸钠，10-13重量份的聚合硫酸铁和25-30重量份的氢氧化钙。
19.其中，在本发明中，当氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙的含量限定在上述范围时，除硅剂的除硅效果更佳。
20.在一个优选的实施方式中，所述聚合硫酸铁中全铁含量为15-30wt％，优选为20-22wt％。
21.本发明的第二方面提供了一种本发明第一方面所述的除硅剂的制备方法，所述方法包括：将氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙混合后进行连续搅拌，得到除硅剂。
22.在一个优选的实施方式中，所述氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙的质量比为30-45：15-35：5-15：20-35，优选为35-40：20-30：10-13：25-30。
23.在本发明中，本发明对氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙的添加顺序不做特殊限定，氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙可以一起进行添加，也可以依次进行添加。
24.在一个优选的实施方式中，所述连续搅拌的搅拌速度为600-800r/min，优选为650-750r/min；所述连续搅拌的搅拌时间为0.5-5.5h，优选为2.5-3.5h。
25.其中，通过控制连续搅拌的搅拌条件，可以使得氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙的混合更佳均匀，从而提高除硅剂的除硅效果和水质改善效果。
26.本发明的第三方面提供了一种除硅的方法，所述方法包括先将本发明第一方面所述除硅剂加入到含硅废水中进行第一次搅拌，然后加入ph调节剂进行第二次搅拌，之后再加入助凝剂进行沉降，得到除硅水。
27.在一个优选的实施方式中，本发明对含硅废水不做特殊限定，凡是需要除硅的废水均可采用本发明提供的除硅方法进行除硅。优选地，本发明提供的除硅方法，尤其适用于硅含量高的废水。
28.在一个优选的实施方式中，所述废水来自煤化工气化工艺，包括煤化工气化工艺
循环水和或煤化工气化工艺外排水。其中，煤化工气化工艺循环水为煤化工气化工艺系统循环水，煤化工气化工艺外排水为煤化工气化工艺中排放的废水。
29.其中，煤化工气化工艺循环水具有硅含量高，硬度大，悬浮物高，浊度大，水质偏酸性的特点，常规化学絮凝法除硅效果一般比较差。利用本发明中提供的除硅方法处理煤化工气化工艺废水，不仅除硅效果明显，而且可以显著降低煤化工气化工艺废水的硬度和悬浮物含量，同时还能解决引入氯离子导致的酸性腐蚀问题。
30.在一个优选的实施方式中，所述含硅废水中硅的含量为150-300mg/l，优选为200-250mg/l；钙硬度为700-1000mg/l，优选为800-950mg/l；总硬度为1100-1500mg/l，优选为1200-1300mg/l；悬浮物为700-1000mg/l，优选为800-900mg/l，氯离子含量为400-700mg/l，优选为500-600mg/l。
31.在一个优选的实施方式中，基于1l的含硅废水，所述除硅剂的添加量为100-400mg，优选为150-350mg。
32.在一个优选的实施方式中，所述第一次搅拌的搅拌速度为300-500r/min，优选为350-450r/min；所述第一次搅拌的搅拌时间为5-20min，优选为5-10min。
33.在一个优选的实施方式中，所述ph调节剂选自氢氧化钠和/或氢氧化钙，优选为氢氧化钠。
34.在一个优选的实施方式中，加入所述ph调节剂后的含硅废水的ph为10.5-12.5，优选为11-12。
35.其中，在本发明中，通过添加ph调节剂，可以提高除硅效果，进一步改善水质。
36.在一个优选的实施方式中，所述第二次搅拌的搅拌速度为300-500r/min，优选为350-450r/min；所述第二次搅拌的搅拌时间为2-6min，优选为3-5min。
37.在一个优选的实施方式中，所述助凝剂为高分子助凝剂，优选选自阴离子聚丙烯酰胺和/或阳离子聚丙烯酰胺，进一步优选为阴离子聚丙烯酰胺。其中，本发明对阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺不做特殊限定，本领域常用的阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺均可用在本发明中。
38.在一个优选的实施方式中，基于1l的含硅废水，所述助凝剂的添加量为1-10mg，优选为3-6mg。
39.在一个优选的实施方式中，所述沉降的操作包括加入助凝剂后在室温下静置0.5-3h，优选静置1.5-2.5h。其中，本发明对室温不做特殊限定，室温具有公知的含义，可以是10-35℃。
40.其中，在本发明中，在除硅剂、ph调节剂和助凝剂的共同作用下，含硅废水中的二氧化硅最终转变为硅酸盐沉积在含硅废水的底部，从而完成了含硅废水的除硅操作。
41.在一个优选的实施方式中，所述方法中，硅去除率≥90％，优选≥94％；总硬度去除率≥90％，优选≥94％，悬浮物去除率≥99％，优选≥99.94％。
42.其中，以硅去除率为例，硅去除率指的是含硅废水处理前后硅含量的差值与处理前含硅废水中硅含量的比值。
43.本发明中的除硅方法，不仅可以除硅，还能降低含硅废水的总硬度和悬浮物含量，从而得到高纯度的除硅水，可以减少后续软化剂的使用量，减少水中杂质对生产设备造成的腐蚀和破坏，提高系统运行的稳定性。
44.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
45.其中，实施例和对比例中的含硅废水为宁夏神华某气化厂气化系统循环水，经测定，该含硅废水的ph为6.58，硅含量为223.5mg/l，钙硬度为889mg/l，总硬度为1248mg/l，悬浮物8381mg/l，氯离子含量为549.83mg/l。聚合硫酸铁中全铁含量为21wt％，阴离子聚丙烯酰胺购买自购买于江苏富淼科技有限公司，产品牌号3660df，水解度为30-35，分子量为1000万；阳离子聚丙烯酰胺购买自购买于江苏富淼科技有限公司，产品牌号2440bar，水解度为30-60，分子量为1000万。
46.其中，硅含量按照中华人民共和国行业标准为《二氧化硅(可溶性)的测定(硅钼黄分光光度法)》(sl91.1-1994)进行测量。
47.实施例1
48.1，制备除硅剂：在搅拌机中依次加入氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙，以600r/min的搅拌速度连续搅拌3h，得到除硅剂；其中，得到的除硅剂中含有35重量份的氧化镁、30重量份的偏铝酸钠、10重量份的聚合硫酸铁和25重量份的氢氧化钙；
49.2，先将上述除硅剂加入到含硅废水中，以300r/min的搅拌速度快速搅拌8min完成第一次搅拌，然后加入ph调节剂(氢氧化钠)，将含硅废水的ph值调节至11.4，以300r/min的搅拌速度快速搅拌4min完成第二次搅拌；之后再加入助凝剂(阴离子聚丙烯酰胺)在室温下静置2h完成沉降，得到除硅水；基于1l的含硅废水，除硅剂的投加量为100mg，助凝剂的添加量为1mg，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
50.实施例2
51.1，制备除硅剂：在搅拌机中依次加入氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙，以800r/min的搅拌速度连续搅拌3h，得到除硅剂；其中，得到的除硅剂中含有35重量份的氧化镁、30重量份的偏铝酸钠、10重量份的聚合硫酸铁和25重量份的氢氧化钙；
52.2，先将上述除硅剂加入到含硅废水中，以500r/min的搅拌速度快速搅拌8min完成第一次搅拌，然后加入ph调节剂(氢氧化钠)，将含硅废水的ph值调节至11.4，以500r/min的搅拌速度快速搅拌4min完成第二次搅拌；之后再加入助凝剂(阳离子聚丙烯酰胺)在室温下静置2h完成沉降，得到除硅水；基于1l的含硅废水，除硅剂的投加量为400mg，助凝剂的添加量为5mg，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
53.实施例3
54.1，制备除硅剂：在搅拌机中依次加入氧化镁、偏铝酸钠、聚合硫酸铁和氢氧化钙，以700r/min的搅拌速度连续搅拌3h，得到除硅剂；其中，得到的除硅剂中含有35重量份的氧化镁、30重量份的偏铝酸钠、10重量份的聚合硫酸铁和25重量份的氢氧化钙；
55.2，先将上述除硅剂加入到含硅废水中，以400r/min的搅拌速度快速搅拌8min完成第一次搅拌，然后加入ph调节剂(氢氧化钠)，将含硅废水的ph值调节至11.4，以400r/min的搅拌速度快速搅拌4min完成第二次搅拌；之后再加入助凝剂(阴离子聚丙烯酰胺)在室温下静置2h完成沉降，得到除硅水；基于1l的含硅废水，除硅剂的投加量为200mg，助凝剂的添加量为4mg，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
56.对比例1
57.与实施例3相同，区别在于：得到的除硅剂中不含偏铝酸钠，含有的是37重量份的氧化镁，13重量份的聚合硫酸铁和26重量份的氢氧化钙。
58.其中，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
59.对比例2
60.与实施例3相同，区别在于：得到的除硅剂中不含氧化镁，含有的是24重量份的偏铝酸钠，13重量份的聚合硫酸铁和26重量份的氢氧化钙。
61.其中，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
62.对比例3
63.与实施例3相同，区别在于，除硅剂中只含有氧化镁。其中，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
64.对比例4
65.与实施例3相同，区别在于，除硅剂中只含有偏铝酸钠。其中，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
66.对比例5
67.与实施例3相同，区别在于，除硅剂中只含有聚合硫酸铁。其中，得到的除硅水的水质检测结果如表1所示。
68.表1
[0069] 硅去除率总硬度(mg/l)悬浮物(mg/l)实施例194.1％57.3512实施例296.8％55.888实施例397.4％30.195对比例178.68％432.1662对比例245.63％735.3297对比例374.64％561.5980对比例435.33％819.81137对比例523.37％968.42162
[0070]
由表1中的实施例和对比例的测试结果可知，本发明提供的除硅方法中，各组分之间相互作用，不仅除硅效果明显，而且可以显著降低煤化工气化工艺废水的硬度和悬浮物含量，且在除硅过程中，没有引入氯离子，在除垢的同时不会对系统造成进一步的腐蚀。
[0071]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。