除硅的工藝介紹：

混凝脫硅

混(hun)凝(ning)脫硅(gui)是(shi)利用某些金屬(shu)的(de)(de)氧化物(wu)或氫氧化物(wu)對(dui)硅(gui)的(de)(de)吸附或凝(ning)聚(ju)來達到脫硅(gui)目的(de)(de)的(de)(de)一(yi)種(zhong)物(wu)理化學方法。這是(shi)一(yi)種(zhong)非深度脫硅(gui)方法，一(yi)般的(de)(de)混(hun)凝(ning)+過濾可去除(chu)60%的(de)(de)膠體硅(gui)，混(hun)凝(ning)+澄清過濾可去除(chu)90%的(de)(de)膠體硅(gui)。

1 鎂劑脫硅

在(zai)實際的(de)水(shui)處理過程(cheng)中，常將鎂(mei)劑(ji)和(he)石灰一起使(shi)用以保證脫硅(gui)效(xiao)果。 鎂(mei)劑(ji)脫硅(gui)的(de)效(xiao)果決定于(yu)：

①pH值：鎂劑脫(tuo)硅(gui)的(de)最佳pH值為(wei)10.1～10.3。為(wei)保證(zheng)pH值，有(you)必要(yao)在處理系統中加入石灰。石灰不僅有(you)調節(jie)pH的(de)功能，而且還可以除去部(bu)分(fen)二氧化硅(gui)、暫時硬度和二氧化碳等。

② 混(hun)凝劑(ji)的用量：采用鎂(mei)(mei)劑(ji)脫硅時，通常都加(jia)混(hun)凝劑(ji)。適(shi)當的混(hun)凝劑(ji)可(ke)以改善(shan)氧化鎂(mei)(mei)沉(chen)渣的性質，提高除(chu)硅效(xiao)果。一般所用的混(hun)凝劑(ji)為鐵鹽(yan)，其添(tian)加(jia)量為0.2～0.35 mmol/L。

③ 水(shui)溫(wen)：提高水(shui)溫(wen)可(ke)以(yi)加速除硅(gui)過程(cheng)，并使除硅(gui)效(xiao)果提高。40 ℃時(shi)出(chu)水(shui)中殘留硅(gui)可(ke)達1 mg/L以(yi)下。

④ 水在澄清器中的停(ting)留時間(jian)：水溫為30 ℃時，實際停(ting)留時間(jian)應＞1 h，40 ℃時約(yue)為1 h，120 ℃時為20～30 min。

⑤ 原(yuan)水水質(zhi)：原(yuan)水的硬(ying)度大時對鎂劑(ji)脫硅(gui)的效果有利(li)。原(yuan)水中硅(gui)化合物(wu)含(han)量(liang)對鎂劑(ji)比(bi)耗(mgMgO/mgSiO2-3)有影響。鎂劑(ji)比(bi)耗隨原(yuan)水硅(gui)化合物(wu)含(han)量(liang)的增加(jia)而減少，隨水中膠體硅(gui)所(suo)占比(bi)例的增加(jia)而增加(jia)，一般在5～20范圍內。

2 鋁鹽脫硅

決定鋁鹽(yan)脫除溶解硅效果的主要條件有：

① 溫(wen)(wen)度：鋁(lv)鹽除硅的最(zui)適(shi)宜溫(wen)(wen)度為20 ℃。

② 接觸時(shi)間：在(zai)鋁鹽(yan)與含(han)硅水接觸30 min后，大多數的硅可被吸(xi)附脫除。

③pH值：最適宜的pH值范圍為8～9。

④ 鋁(lv)鹽的(de)結晶(jing)狀(zhuang)態和(he)物理性質：鋁(lv)鹽沉淀物如果(guo)(guo)在(zai)溶液(ye)之外生(sheng)成，尤其(qi)是(shi)經過(guo)干燥后(hou)，其(qi)脫(tuo)硅效(xiao)果(guo)(guo)將大為(wei)(wei)減弱，而鋁(lv)鹽的(de)結晶(jing)狀(zhuang)態對二(er)氧(yang)化硅脫(tuo)除效(xiao)果(guo)(guo)的(de)影響為(wei)(wei)：AlO(OH)＞Al2O3·3H2O＞Al(OH)3。 鋁(lv)鹽脫(tuo)除膠(jiao)(jiao)體(ti)硅的(de)最佳pH范圍為(wei)(wei)4.1～4.7，大約40 mol膠(jiao)(jiao)體(ti)硅僅需(xu)1 mol鋁(lv)鹽即可。

3 鐵鹽脫硅

氫氧(yang)(yang)(yang)化鐵(tie)能(neng)夠吸(xi)附(fu)(fu)溶(rong)(rong)解硅(gui)，一般認為其最有(you)效的(de)(de)pH值為9，且無定形氫氧(yang)(yang)(yang)化鐵(tie)比其晶(jing)形的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)效果更佳。去除(chu)1 mg二氧(yang)(yang)(yang)化硅(gui)需要硫酸(suan)鐵(tie)10～20 mg。在(zai)(zai)常溫時，以鐵(tie)鹽作絮凝劑對含硅(gui)水進行處理后，可使水中殘(can)余(yu)溶(rong)(rong)解硅(gui)含量(liang)降至3～5 mg/L。據報道(dao)，在(zai)(zai)水中加入適量(liang)的(de)(de)三氯化鐵(tie)、鋁(lv)酸(suan)鈉和氧(yang)(yang)(yang)化鈣處理含硅(gui)20 mg/L的(de)(de)水，硅(gui)的(de)(de)去除(chu)率也(ye)可達(da)70%～80%。

4 石灰(hui)脫(tuo)硅(gui) 采(cai)用熟石灰(hui)處理(li)原水，于(yu)40 ℃下在除(chu)去(qu)暫時硬度和二氧化碳的同時，還(huan)可(ke)以除(chu)去(qu)部分(fen)二氧化硅(gui)，水中殘留硅(gui)含量可(ke)降到30%～35%。

在110～115 ℃的溫度(du)下采(cai)用消石灰對福建(jian)煉油(you)廠鍋(guo)爐(lu)給水進(jin)行(xing)除(chu)硅預處(chu)理，由于生成CaSiO3沉淀的緣(yuan)故，硅去除(chu)率可達80%。

近(jin)年來(lai)，水的(de)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)處理技術(shu)在兩個方面有了較大進(jin)展。一方面是注(zhu)重(zhong)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)劑的(de)復(fu)配使用(yong)，通過(guo)藥(yao)劑的(de)協同效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)以求得(de)最佳的(de)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)沉淀效(xiao)(xiao)(xiao)果。另一方面是一些(xie)無機高分(fen)子混(hun)凝(ning)(ning)(ning)劑，如(ru)聚(ju)鐵(tie)、聚(ju)鋁(lv)(lv)三號(hao)等開發成功(gong)并已投入(ru)工(gong)業應(ying)用(yong)。這些(xie)無機高分(fen)子混(hun)凝(ning)(ning)(ning)劑具有適用(yong)范圍廣和(he)價(jia)格低的(de)特點，與傳(chuan)統(tong)的(de)鋁(lv)(lv)鹽和(he)鐵(tie)鹽相比，它(ta)們(men)免(mian)除了水解(jie)和(he)聚(ju)合反應(ying)，不僅(jin)可以加快混(hun)凝(ning)(ning)(ning)過(guo)程，而且還減輕了許多影響(xiang)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)效(xiao)(xiao)(xiao)果因素的(de)干擾，脫除硅(gui)的(de)效(xiao)(xiao)(xiao)果比較穩定。

反滲透脫硅

反(fan)(fan)滲透是(shi)自然現(xian)象滲透的逆(ni)過程。反(fan)(fan)滲透可(ke)(ke)以(yi)(yi)脫(tuo)除(chu)膠體(ti)硅和(he)溶解硅，適于凈(jing)化鍋爐(lu)補給(gei)水(shui)，回收部分冷卻塔排污水(shui)，以(yi)(yi)及制取(qu)超純水(shui)。另據資料，反(fan)(fan)滲透法的總(zong)除(chu)鹽效率可(ke)(ke)達93%，SiO2可(ke)(ke)脫(tuo)除(chu)80%。日本專利報道，對硅含量(liang)為(wei)5～20 mg/L的混合(he)水(shui)，以(yi)(yi)滲透膜處理后(hou)，其出水(shui)硅含量(liang)可(ke)(ke)降(jiang)至1 mg/L以(yi)(yi)下。

80年(nian)代以(yi)來，反滲透(tou)已成為鍋爐補(bu)給水的一種重要處理方(fang)法，常用于離子(zi)交換系統之前(qian)對給水進行預脫(tuo)鹽，以(yi)減輕離子(zi)交換系統的負擔。

超濾脫除膠體硅

超濾(lv)與(yu)反滲透(tou)法一樣是以壓(ya)力(li)差(cha)為推(tui)動(dong)力(li)，將(jiang)欲(yu)處理(li)(li)水(shui)在(zai)一定壓(ya)力(li)作用下經過一個(ge)可讓(rang)水(shui)和低分(fen)子(zi)(zi)量溶質(zhi)透(tou)過而高分(fen)子(zi)(zi)物質(zhi)、膠(jiao)體(ti)物質(zhi)不(bu)能透(tou)過的(de)(de)高分(fen)子(zi)(zi)膜，從而達(da)到分(fen)離(li)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。超濾(lv)處理(li)(li)所用的(de)(de)膜材(cai)料及裝置與(yu)反滲透(tou)法相似(si)，其分(fen)離(li)機理(li)(li)主(zhu)要(yao)是篩分(fen)效(xiao)應。在(zai)采(cai)用超濾(lv)脫除膠(jiao)體(ti)硅(gui)時，膜孔(kong)徑不(bu)宜超過100 nm，否則不(bu)能截(jie)留所有的(de)(de)膠(jiao)體(ti)硅(gui)。有關試驗(yan)表明其工作壓(ya)力(li)不(bu)宜超過7×104～7×105 Pa。

超濾法沒有(you)脫鹽能力，對溶解硅(gui)幾乎無(wu)脫除效果。

氣浮脫除膠體硅

Cassell等(deng)采用微(wei)泡(pao)浮(fu)(fu)選的(de)(de)方法進行了水處理(li)研究，發(fa)現這一方法對水中的(de)(de)所有膠(jiao)態物質(zhi)均有去除效(xiao)果。浮(fu)(fu)選前(qian)先用1.0×10-3 mol/L的(de)(de)Al(NO3)3調(diao)漿(jiang)10 min。捕收(shou)劑為(wei)月(yue)桂(gui)酸(濃度為(wei)25 mg/L)，起(qi)泡(pao)劑為(wei)乙(yi)醇(用量為(wei)2.5 mL/L)。除硅效(xiao)果與pH值緊密相關，在(zai)pH為(wei)8～11的(de)(de)范(fan)圍(wei)內，經浮(fu)(fu)選5 min后，膠(jiao)體硅的(de)(de)脫除率可達90%以上。另外(wai)，鋁(lv)鹽的(de)(de)添加(jia)也是必不可少的(de)(de)，單獨(du)的(de)(de)膠(jiao)體硅無(wu)法浮(fu)(fu)選。Cassell認為(wei)微(wei)泡(pao)浮(fu)(fu)選成功的(de)(de)關鍵在(zai)于必須滿足(zu)以下三(san)個條(tiao)件(jian)：

①添(tian)加少量(liang)的電解(jie)質(zhi)和調整pH值使(shi)膠體顆粒(li)得以(yi)聚團；

②添加合(he)(he)適的(de)捕(bu)收(shou)劑和起泡劑以形成合(he)(he)乎要求的(de)泡沫層；

③氣泡直(zhi)徑必須(xu)在 40～60 μm以(yi)下(xia)。

電凝聚脫硅

電(dian)凝聚(ju)(ju)(ju)是利用電(dian)化學(xue)方法通(tong)(tong)過電(dian)極(ji)反應(ying)產生金(jin)屬(shu)水(shui)合物凝聚(ju)(ju)(ju)劑(ji)，一(yi)定條件下可析出氣泡，通(tong)(tong)過凝聚(ju)(ju)(ju)劑(ji)的(de)吸附以(yi)(yi)實(shi)現(xian)聚(ju)(ju)(ju)沉，也(ye)可通(tong)(tong)過氣泡的(de)浮選來達到凈水(shui)的(de)方法。電(dian)凝聚(ju)(ju)(ju)常(chang)用于離子交(jiao)換、電(dian)滲(shen)析、反滲(shen)透除(chu)鹽之前，不僅可以(yi)(yi)有效(xiao)脫(tuo)除(chu)二氧化硅，而且能(neng)除(chu)濁、脫(tuo)色，還能(neng)去(qu)除(chu)水(shui)中(zhong)重金(jin)屬(shu)離子、藻(zao)類和細(xi)菌(jun)等(deng)，對去(qu)除(chu)水(shui)中(zhong)的(de)有機物質也(ye)有一(yi)定效(xiao)果。

有(you)報(bao)道(dao)采用電(dian)凝聚對硅(gui)(gui)含(han)量(liang)為44 mg/L(其中離子(zi)態(tai)(tai)(tai)的(de)硅(gui)(gui)含(han)量(liang)37.5 mg/L)的(de)原(yuan)水進行脫硅(gui)(gui)處理(li)后，其出(chu)水硅(gui)(gui)含(han)量(liang)可降至大約1～2 mg/L的(de)范圍(wei)內。另外也(ye)有(you)用電(dian)凝聚除(chu)硅(gui)(gui)，使硅(gui)(gui)酸總量(liang)由(you)19.2 mg/L下降至1.37 mg/L，膠(jiao)態(tai)(tai)(tai)硅(gui)(gui)酸由(you)3.9 mg/L下降至0.26 mg/L的(de)報(bao)道(dao)。某公司引(yin)進的(de)一套蒸汽(qi)鍋爐裝(zhuang)置(zhi)，其中的(de)水處理(li)工藝采用電(dian)凝聚除(chu)硅(gui)(gui)，原(yuan)水溶解(jie)態(tai)(tai)(tai)二(er)氧化硅(gui)(gui)5.5 mg/L，膠(jiao)體(ti)態(tai)(tai)(tai)二(er)氧化硅(gui)(gui)1～2 mg/L，處理(li)后二(er)氧化硅(gui)(gui)含(han)量(liang)＜0.05 mg/L。

在(zai)(zai)非深度(du)除硅時，采用電凝(ning)(ning)聚法效果最為(wei)明顯(xian)。在(zai)(zai)鋁和(he)電能消(xiao)(xiao)耗(hao)量(liang)不大的(de)情況下，可使水中的(de)二氧化硅含量(liang)降(jiang)低60%～80%。在(zai)(zai)深度(du)或完全除硅時，電凝(ning)(ning)聚法會(hui)大幅度(du)增加鋁和(he)電能的(de)消(xiao)(xiao)耗(hao)量(liang)，如含有二氧化硅40 mg/L的(de)河水在(zai)(zai)電流密度(du)2 mA/cm2時能完全除硅，但(dan)耗(hao)鋁量(liang)高達50 g/m3，耗(hao)電量(liang)達0.6 kW.h/m3。

離子交換脫硅

將不(bu)同的(de)離子交換床結合(he)使用(yong)，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)達到很(hen)好的(de)軟化和(he)除(chu)(chu)鹽效果，而且也可(ke)以(yi)深(shen)度(du)除(chu)(chu)硅，具有很(hen)高(gao)的(de)處理(li)深(shen)度(du)。

在(zai)離子交換系統中，一級(ji)復床除鹽出(chu)水二(er)氧化硅含量(liang)(liang)可(ke)低于0.5 mg/L，再(zai)經(jing)混(hun)床處(chu)理，出(chu)水的硅含量(liang)(liang)可(ke)以控(kong)制(zhi)在(zai)0.02 mg/L以下(依環境溫度的不同在(zai)0.005～0.03 mg/L的范(fan)圍內波動(dong))。我國(guo)電廠采用的離子交換除鹽系統可(ke)以將硅含量(liang)(liang)由給水3～10 mg/L降至(zhi)出(chu)水為(wei)0.005～0.08 mg/L。其(qi)指(zhi)標依原(yuan)水性質和處(chu)理系統的特點而定。

美國紐(niu)約州電(dian)力煤氣(qi)公司所屬米利肯電(dian)站采用一種可移動式水處理(li)系統，使全硅含(han)量為(wei)3.47 mg/L(溶(rong)解硅為(wei)1.04 mg/L，膠體(ti)(ti)硅為(wei)2.43 mg/L)的原水通過該(gai)系統的2臺并聯強酸型陽離子樹(shu)(shu)脂交換器(qi)(qi)和2臺并聯強堿型陰離子樹(shu)(shu)脂交換器(qi)(qi)，出水中全硅含(han)量降(jiang)(jiang)為(wei)0.029 mg/L，膠體(ti)(ti)硅為(wei)0，再(zai)經大(da)孔陰離子樹(shu)(shu)脂處理(li)后，出水全硅含(han)量可降(jiang)(jiang)至0.007 mg/L。

日本專利公布了一種以(yi)(yi)氫(qing)氟酸(suan)飽和(he)的弱堿(jian)性陰(yin)離子(zi)交換(huan)樹脂(zhi)除去水(shui)中(zhong)硅酸(suan)的方法。將含(han)有120 mg/L硅酸(suan)(以(yi)(yi)二(er)氧化硅計(ji))的水(shui)通過該樹脂(zhi)，出(chu)水(shui)中(zhong)硅酸(suan)含(han)量可降至1 mg/L以(yi)(yi)下。

一(yi)般認為離子交換(huan)系統對于膠(jiao)體硅無脫(tuo)除(chu)能(neng)力，因而需在(zai)此(ci)前采用預(yu)處理和預(yu)脫(tuo)鹽去除(chu)懸浮物質和膠(jiao)體物質，以(yi)防止(zhi)其污染樹脂，降(jiang)低處理系統的效率(lv)。

阻垢劑抑制硅垢的形成

硅(gui)(gui)垢阻垢劑是在(zai)用水系(xi)統中添加化(hua)學藥劑以(yi)防止(zhi)硅(gui)(gui)化(hua)合物從含有(you)過(guo)飽和硅(gui)(gui)的(de)水溶(rong)液中析(xi)出的(de)方法。其主要作(zuo)用表現(xian)在(zai)以(yi)下(xia)幾個方面：延遲沉淀開始(shi)成垢的(de)時間，使(shi)沉淀在(zai)成垢之(zhi)前就隨流(liu)體排出系(xi)統之(zhi)外(wai)；使(shi)沉淀以(yi)懸浮狀態存在(zai)，抑制其附(fu)著在(zai)管(guan)壁和設備上(shang)成垢；在(zai)一定的(de)溫度和壓力條件下(xia)，完全(quan)抑制硅(gui)(gui)垢的(de)形成。

近(jin)(jin)年來，國(guo)內外對硅(gui)垢(gou)的(de)阻垢(gou)劑(ji)作了(le)大量的(de)研究并提(ti)出了(le)許(xu)多不(bu)同的(de)配方，其主要(yao)的(de)藥劑(ji)組分(fen)基本上(shang)仍未(wei)超出現今(jin)使(shi)用的(de)范圍。阻垢(gou)劑(ji)總的(de)發(fa)展趨向(xiang)是向(xiang)復合配方發(fa)展，而且要(yao)求(qiu)耐溫性能良好。雖然近(jin)(jin)10年來硅(gui)垢(gou)阻垢(gou)劑(ji)的(de)試驗室工(gong)作有了(le)明(ming)顯進展，但(dan)還不(bu)能認為是突(tu)破性的(de)，大多配方在實用性上(shang)還有待改(gai)進。

其他的脫硅或抑垢方法

日本專利(li)報道了(le)一種在系統內(nei)連續(xu)或間(jian)斷(duan)地采用(yong)(yong)超聲(sheng)波(bo)振動來防(fang)止地熱水(shui)結硅(gui)(gui)垢的方法。其發(fa)現在高(gao)純水(shui)制備系統中(zhong)用(yong)(yong)紫外線和臭氧聯合處(chu)理(li)可(ke)以將膠體硅(gui)(gui)轉化(hua)為(wei)溶解硅(gui)(gui)而除(chu)去。美國(guo)專利(li)發(fa)明了(le)用(yong)(yong)流態化(hua)的沙(sha)床作為(wei)晶核來沉積(ji)除(chu)去硅(gui)(gui)的方法。由于(yu)以上方法在工業上尚未得到廣泛應用(yong)(yong)，在此不(bu)予詳述。

總結

總之，在工業(ye)用(yong)水(shui)(shui)處理系(xi)統中，由于指(zhi)標(biao)要求(qiu)眾多(duo)，對于硅(gui)化合物(wu)的處理不(bu)可能(neng)單獨進行，需綜(zong)合考慮(lv)給(gei)水(shui)(shui)中各(ge)種(zhong)懸浮(fu)物(wu)質(zhi)，膠體(ti)物(wu)質(zhi)和溶解的有害氣體(ti)、離子的處理效果(guo)，以(yi)保證系(xi)統出水(shui)(shui)各(ge)項指(zhi)標(biao)符(fu)合工業(ye)生產要求(qiu)。一般而(er)言，混凝(ning)(ning)處理的深度較低，很難將出水(shui)(shui)中硅(gui)化合物(wu)的含(han)量(liang)降至1 mg/L以(yi)下。如果(guo)用(yong)水(shui)(shui)系(xi)統水(shui)(shui)質(zhi)要求(qiu)較高，則需在混凝(ning)(ning)作業(ye)后安排反滲(shen)透、電凝(ning)(ning)聚或離子交換作業(ye)以(yi)提高出水(shui)(shui)質(zhi)量(liang)。具體(ti)的水(shui)(shui)處理工藝流程需根據原水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)和不(bu)同工藝技術(shu)經濟指(zhi)標(biao)的優劣來選定。

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