回用水站氧化鎂除硅實驗研究

郝小松 秦普學(蒲城清潔能源化工有限責任公司,陜西 渭南 715500)

回用水站氧化鎂除硅實驗研究

郝小松 秦普學(蒲城清潔能源化工有限責任公司,陜西 渭南 715500)

回用水站調試時發現二氧化硅及硬度太高，經排查發現氣化裝置廢水二氧化硅及硬度超標，基本在240～280mg/L和1700～1800mg/L；廠區幾股水混合后，最終使回用水站廢水均質池進水二氧化硅穩定在80～100mg/L，本文對氧化鎂除硅方法進行了實驗分析。

氧化鎂；除硅；反滲透

1 實驗目的和任務

1.1 實驗目的

回用水站反滲透進水SiO2較高，維持在80～100mg/L，遠高于設計值10mg/L，二氧化硅結垢會對反滲透膜造成不可逆的傷害。本次實驗的目的去除水中的SiO2，給后面中試提供參考，使回用水站反滲透系統正常運行。

1.2 實驗任務

本次實驗任務如下：(1)確定鎂劑的投加量；(2)加藥后二氧化硅的去除效果。

2 實驗方法

2.1 原理

在天然水中，硅酸化合物是常見雜質，它是因水流經地層時，與含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石相互作用而帶入的，地下水的硅酸化合物含量通常比地面水的含量多，天然水中硅酸化合物的含量一般在1～20mg/L(SiO2)的范圍內，地下水有的高達60mg/L(SiO2)[1]。

根據硅酸的電離度小和它與Ca2+、Mg2+會形成難溶硅酸鹽的情況，可以看做：當pH較低時，它呈游離酸的溶液或鈣、鎂硅酸鹽的膠溶狀態；當pH較高時，如果Ca2+、Mg2+的量接近于零(在軟水中)，則硅酸呈真溶液(H2SiO3)；如果水中同時含有Ca2+、Mg2+，則呈鈣鎂硅酸鹽的膠溶狀態[2]。

硅的化合物在高壓鍋爐中特別容易形成鋁、鐵和鈣的鹽類，沉積在熱強度高的水冷壁受熱面上，結成水垢，分子狀態的膠體二氧化硅又容易被高壓蒸汽攜帶至汽輪機葉片上，形成堅硬的水垢，降低汽輪機的出力，為了防止二氧化硅在中壓和高壓鍋爐，汽輪機及其他工藝中的危害，對補給水必須進行不同程度的除硅，壓力愈高要求除硅愈徹底[3]。

經石灰處理后水中硅化合物含量的降低和處理時析出的氫氧化鎂量有關，即氫氧化鎂的析出量愈多，硅化合物的量降得愈低，用泥渣作為接觸介質也可使硅化合物量降低。當溫度為40℃時，經石灰處理后水中殘留硅含量，通常可降到原水的30%～35%；但在不采用專門除硅措施時，殘留的硅含量不會小于3～5mg/L(SiO)，如果向水中補加MgO，可以將SiO降低至1mg/L[4]。

2.2 實驗步驟

(1)將水樣進行處理，加入石灰，將pH調整到10.1～10.3[5]；(2)根據計算，加入濃度梯度的氧化鎂溶液[6]；(3)加入1%PAC；觀察絮體，記錄各藥劑加藥量；(4)取樣分析計算處理后二氧化硅含量。

3 實驗數據

氧化鎂投加量(mg/L)上清液二氧化硅含量(mg/L) PAC(mg/L) pH 去除率(%)20 34.4 300 10.1 0.565930599 30 34.9 300 10.11 0.559621451 50 41.5 300 10.16 0.476340694 75 41.6 300 10.15 0.475078864 100 37.9 300 10.4 0.521766562 150 40.2 300 10.14 0.492744479 200 41.1 300 10.1 0.481388013

本次實驗原水水質如下：

指標 pH 溫度 電導 SiO2 堿度 Ca2+ Mg2+ Cl-單位 —— ℃ us/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L數值 7.54 23 2780 79.25 210 188 14.4 232

去除率=(原水中二氧化硅-上清液中二氧化硅含量)/原水中二氧化硅×100%

從下圖可以得出，在室溫條件下，將水樣pH值調節到10.1～10.3后，加入20mg/L氧化鎂后，人工攪拌30分鐘后，再加入300mg/LPAC，攪拌10分鐘，沉降30分鐘后，取上清液用DR6000分光光度計測定二氧化硅，可使水樣中二氧化硅從79.25mg/L降至36.0mg/L，去除率為56.59%。

由于實驗手動攪拌、pH的控制、原水水質差異、水溫沒有控制在最佳除硅溫度及測量的誤差等原因，本次實驗二氧化硅的去除率未能達到文獻中的75%。

由于回用水站石灰加藥系統及PAC加藥系統是在分配井同時加藥，因此在實驗室做了熟石灰、氧化鎂、PAC同時加藥實驗。

(1)根據前面實驗及原水pH，投加0.21克熟石灰可將500mL原水pH調節到10.1～10.3范圍內。分別將0.21克熟石灰加入到7個盛有500mL原水的燒杯中；

(2) 將1mL、1.5mL、2.5mL、4mL、5mL、7.5mL、10mL1%含量的氧化鎂溶液分別加入到7個燒杯中，形成20mg/L、30mg/L、50mg/L、80mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L

濃度梯度的氧化鎂；

(3)再將15mL1%的PAC分別加入到7個燒杯中；

(4)充分攪拌30分鐘，并將pH值調至10.1～10.3之間，沉降30分鐘，取上清液測定。

氧化鎂投加量(mg/L)上清液二氧化硅含量(mg/L)PAC(mg/L) pH 去除率(%)20 34 300 10.29 0.561290323 30 33.25 300 10.17 0.570967742 50 33.25 300 10.1 0.570967742 80 34 300 10.17 0.561290323 100 38 300 10.15 0.509677419 150 33.75 300 10.14 0.564516129 200 30.25 300 10.3 0.609677419

從上圖可知，隨著氧化鎂投加量的增加，去除率有所增加，基本上變化很小，因為水的pH值過低，會使加入的氧化鎂與水中的HCO、游離CO2等反應消耗氧化鎂；其次是使硅酸電離成HSiO的量減少，使HSiO和OH-的交換量下降，除硅效果就差。

[1]錢慧娟，等.油田采出水除硅工藝技術研究[J].大慶師范學院學報，2009，29(3) ：38-37.

[2]趙曉非，等.稠油污水回用熱采鍋爐深度除硅實驗研究[J].化工科技 2013,21(1)：24-27.

[3]張鵬鴻.某廠水汽二氧化硅超標原因分析及處理措施[J].全國煤電節能減排升級與改造技術交流研討會.2015.

[4]于玲.一起二氧化硅超標事故的分析與探討[J].活力,2013，(19) ：91-91.

[5]邵磊，等.工業用水中硅化物的去除方法[J].中國給水排水,2000，16(4) ：187-188.

[6]程世棟.水中二氧化硅化驗分析的改進[J].工程技術,2015，(11) ：00144-00144.