高效除硅系统在废水处理中的应用
2021-01-12
国家能源集团宁夏煤业公司煤制油化工工程建设指挥部 宁夏 银川 751400
1 引言
在工业用水中，很多行业都受到水中硅的限制，从用水量最大的冷却系统到高精度的电子行业，都对硅含量制定了严格的标准，然而，要达到深度除硅却很困难。最常用的化学絮凝方法不仅引起二次污染，而且无法达到深度除硅；离子交换和膜法不仅价格昂贵而且对进水水质要求较高。因此，必须寻找一种高效、经济且洁净的除硅技术。因此，如何提高水的一次利用效率和水的重复利用效率，已经成为各行各业一项重要任务。然而，在水的使用与回用过程中，其中的各种离子对工业生产有不同的影响，尤其是结垢问题，目前大量研究报道防止Ca2+和Mg2+形成碳酸盐垢的方法，而且目前工业中也把这种硬度引起的结垢问题当作主要问题。然而，由于硅垢不仅坚硬密实，而且在各类水垢中导热系数最小，再加上硅酸盐可以与其他类型水垢相互作用，不仅使得结垢更易发生，而且生成的硅垢难以去除。因此，应当更加重视硅所引起的各种问题。
2 项目概况
工业用水中的硅化合物会对生产过程产生不同程度的危害。如换热器、蒸发结晶器中的硅化合物易形成硅垢，且形成的硅垢致密坚硬，难以用普通的方法清洗，严重影响设备的传热效率以及安全运行。
宁东某水处理项目进入蒸发结晶系统废水SiO2含量较高(100-160mg/l)，会导致蒸发器频繁结垢，同时影响盐品品质(不溶物超标)，本项目首次在高浓盐水处理工艺中采用高效除硅系统针对蒸发结晶系统进水SiO2进行去除，通过投加新型铝酸盐复合药剂控制出水硅含量，即降低了SiO2对后系统的结垢风险，同时代替常规镁剂，具有更易生产控制，无镁硬残留的特点，对煤化工废水处理技术具有一定的示范和推广意义。
3 方案选择及试验情况
采用氧化镁去除二氧化硅，但按照实际运行经验镁剂除硅对PH值要求较苛刻，同时氧化镁多为固体，含杂质较多，影响出水水质，对后阶段处理影响较大。因此选取氯化镁、铝酸盐两种药剂，对除硅效果、沉降时间等内容进行方案比选。
3.1 试验情况 PH值对MgCl2·6H2O除硅效果及镁离子残留量的影响。
图1
p H值对铝酸盐除硅效果及铝离子残留量的影响
图2
3.2 试验结论
(1)通过试验在原水硅含量190mg/L的条件下，通过镁剂的方法，可实现出水硅含量低于40mg/L；在镁剂投加量固定的条件下，考虑镁离子的残留及加药经济性，最佳p H为11.7，但因PH值控制区间较小，实际操作难度较大，易造成镁硬残留。
(2)通过试验在原水硅含量190mg/L的条件下，通过铝酸钠除硅的方法，可实现出水硅含量低于10mg/L；在铝酸钠投加量固定的条件下，铝离子的残留及加药经济性，最佳p H范围为6～9。
(3)在pH值、除硅药剂投加量固定的条件下，通过对比30min和60min反应时间条件下硅的去除效果以及铝的残留量，确定铝酸钠的反应时间30min即可基本反应完。
4 方案实施及效果
除硅系统自2019年8月开始投用，实际进水SIO2含量在135-10.5mg/l之间，当复合药剂按照去除硅含量质量比1:1投加时，出水硅含量可稳定控制在40mg/l以内。具有较好的去除效果，同时经处理后的出水，铝离子残留量基本小于5mg/l。
5 经济效益
除硅系统的投用，大大降低了后续蒸发结晶器的结垢风险，降低蒸发结晶器的机械清洗频次(按照常规蒸发结晶装置3个月一次高压清洗，高压清洗一次费用为10-20万元，硅含量控制低可保证一年进行一次机械清洗，因此估算每年可节省直接成本3次*10万元=30万元)。
