摘要：選取鄂爾多斯某礦井水反滲透濃縮后的濃鹽水為處理目標，采用高密池工藝去除濃鹽水中的硬度與硅。實 驗詳細分析石灰與碳酸鈉加藥量等工藝條件對除硬除硅效果的影響。實驗結果與高密池實際運行結果表明硅的去 除與總硬的去除是一個矛盾體，硅的去除與總硬度的去除呈現相反的趨勢。進一步實驗結果表明分步加入 Ca(OH)2 和Na2CO3，硅和總硬度的去除率同時增加，總硬度去除率可達 97.5%，硅的去除率可達 84%。

關鍵詞：反滲透濃鹽水；除硬；除硅；石灰；碳酸鈉

近年來工業(yè)廢水零排放項目與資源化取得長足發(fā)展，新建成的水處理零排放項目多采用“反滲 透膜濃縮 + 二次濃縮 + 蒸發(fā)結晶” 三段工藝進行 廢水處理，其中反滲透濃水中的總硬度和硅含量高，如果不進行高效率的去除，不僅會影響后續(xù)二 次濃縮的產水回收率，而且在進一步濃縮蒸發(fā)結晶的過程中，容易產生硅結垢和鈣鎂離子結垢的問題，破壞蒸發(fā)結晶系統(tǒng)相關設備，影響整體工藝的經濟性與穩(wěn)定性。

現有去除廢水中硬度的方法有：

1） 化學法，包括：石灰軟化法、石灰 - 純堿法、石灰 - 石膏法等；

2） 阻垢劑法；

3）離子交換法；

4）膜分離法，包括：反滲 透法、納濾法、電滲析法、電去離子法；

5）物理法；

去除廢水中硅的方法有：

1）物理化學法：鎂劑脫硅、 鋁鹽脫硅、鐵鹽脫硅、石灰脫硅、電凝聚脫硅等；

2）膜法脫硅：超濾法、納濾法、反滲透法；

3）離子交換脫硅；

4）阻垢劑法；

5）物理法。

石灰 - 純堿法可同時去除暫時硬度和永久硬度，與混凝劑絮凝劑聯(lián)用， 能去除一部分有機物，在大規(guī)模工業(yè)廢水硬度處理中具有廣泛的應用。但是采用石灰 - 純堿法同時除硬除硅相互影響方面的研究不多，有待進一步研究。

鑒于反滲透濃水除硬除硅的迫切需求。本論文以某 礦井水反滲透濃鹽水為研究對象，采用石灰 - 純堿 法進行除硬除硅實驗，重點討論雙堿法在除硬除硅之間的關聯(lián)性，并研究了雙堿法在實際工程應用中的效果，為除硬除硅一體化工藝奠定基礎。

1. 實驗部分

1.1 實驗原料實驗水源：實驗所用水源為礦井水脫鹽段反滲 透濃鹽水，反滲透原水為煤礦井下廢水，反滲透濃鹽水水質見表 1。

實驗藥劑：聚合硫酸鐵 （PFS）：液態(tài)，含量11.65%，密度1 320 g/L；聚合物（PAM）：干粉，陰離子；石灰：干粉，純度91.75%；碳酸鈉：干粉，純度99.39%。實驗過程：取水樣 1 L 放入燒杯中，加入一定量 石灰后在 150 r/min 下攪拌 2 min，然后加入一定量 的碳酸鈉，在 150 r/min 下攪拌 2 min，靜止 15 min后取上清液進行測試。

1.2 檢測方法 檢測分析：總硬度采用 GB/T 6910－2006 與GB/T 6909－2008 分析方法進行檢測；硅含量采用DL/T 502.3－2006 分光光度法進行檢測；pH 采用GB/T 6904－2008 分析方法，PHS-3C 型酸度計進行 檢測；濁度采用 GB/T 12151－2005 分析方法進行檢 測；堿度采用 GB/T 15451－2006 分析方法進行檢測；TDS 采用 GB/T 14415－2007 分析方法進行檢測。

1.3 工藝流程

濃鹽水通過進水泵提升進入高密度沉淀池，在一 個反應格先通過加藥泵投加Ca(OH)2，調節(jié) pH 在 11以上，降低水中硬度、堿度和總硅，然后進入第二個反 應格，投加 Na2CO3 進一步降低廢水硬度，然后進入第 三個反應格，投加聚合硫酸鐵，形成較大絮體，出水進入反應格，投加 PAM 并通過反應攪拌機混合形成大 量成片絮體，進入高密池澄清分離區(qū)域，上清液進入 集水槽流入中和水池。高密池定期排出污泥進入污泥 池，高密池設置刮泥機防止污泥沉積并將污泥刮入中 間污泥斗，然后通過排泥泵排入污泥池。

2 結果與討論

2.1 去除效果影響

2.1.1 石灰加藥量的影響 在原水總硬度 556 mg/L、pH 為 7.4、硅含量為28 mg/L 條件下，只加入 Ca(OH)2，Ca(OH)2 加入量對反滲透濃水除硅的影響如圖 1 所示。由圖 1可知，在含量在 2 000 mg/L 以下，硅的去除率變化不大，并 且去除率很低，Ca(OH)2 的加入量超過 2 000 mg/L后，去除率迅速上升。

在實驗室過程中 pH 隨著 Ca(OH)2 投加量的增 加而增加，因此，進一步追加實驗，同時檢測反應過 程中 pH 的變化，結果如圖 2 所示。由圖 2 可知，在 原水總硬度 648 mg/L、pH 為 7.75、硅含量為 31mg/L 條件下，隨著 Ca(OH)2 加入量的增加，硅的去 除率逐漸提高，并且 pH 也在增加。這可能是由于Ca(OH)2 加入量增加，pH 升高，導致硅溶解度增加， 進而有更多的可溶解硅與 Ca(OH)2 反應被去除。

2.1.2 碳酸鈉加藥量的影響

在原水總硬度 648 mg/L、pH 為 8.35、硅含量為32 mg/L、pH 加入量為 2200 mg/L 條件下，Na2CO3 加入量對反滲透濃水除硅除硬度的影響如圖 3 所 示。由圖 3 可知，隨著 Na2CO3 加入量的增加，硅的去 除率逐漸降低，但是硬度的去除率逐漸上升。

進一步進行驗證。在原水總硬度 556 mg/L、pH為 7.4、硅含量為 28 mg/L、Ca(OH)2 加入量為 1 000mg/L 條件下，拉大 Na2CO3 加入量的范圍，結果如圖 4 所示。得出同樣的結論，硬度去除率升高的同時硅的去除率降低，硬度的去除率最高可達 95%。從以 上結果可以看出，二氧化硅的去除與總硬的去除是 一個矛盾體，硅的去除率與總硬度的去除率呈現相反的趨勢。

2.1.3 分步加藥的影響

根據以上結果，在投加 Ca (OH)2 的同時投加Na2CO3 不能同時高效的去除硅和總硬度。為此，先 投加 Ca(OH)2，然后取反應后的上清液，在上清液中投加 Na2CO3。在原水總硬度 450 mg/L、pH 為 8.3、硅含量為 30 mg/L 的條件下進行實驗，具體實驗條件及分步加藥對硅、硬度的去除率見表 2。

由表 2 可知，隨著 Ca(OH)2 和 Na2CO3 加入量的增加，硅和總硬度的去除率同時逐漸上升，總硬度去 除率可達 97.5%，硅的去除率可達 84%。因此除硬度 和除硅可以分為兩步走，先投加足量的 Ca(OH)2 將 硅降低到一個相對較低的范圍，然后取上清液再投加Na2CO3 降低總硬，可同時達到高效除硅除硬的效果。

2.2 應用分析

2.2.1 項目工藝簡介工藝應用項目為鄂爾多斯某礦井水零排放與資 源化項目。高密池工藝段來水為前段反滲透濃水，反 滲透濃水進入原水調節(jié)池，經過高密池除硅除硬后， 進入后續(xù)多介質過濾、樹脂軟化器進一步去除硬度 后，進入高壓反滲透膜系統(tǒng)進行進一步脫鹽處理，產 水回用，濃水送往后續(xù)蒸發(fā)結晶段進行處理。

2.2.2 工藝應用效果 項目高密池工藝從 2018 年 8 月 20 日至 10 月20 日的運行情況見圖 5。由圖 5 可知，來水總硬度去 除率穩(wěn)定在 95%以上，說明高密池工藝可以很好的去 除水中硬度，但是硅的去除率比較低，這與前文實驗結果吻合，所以后續(xù)高密池可以進行改進，先投加 足量的 Ca (OH)2 將硅降低到一個相對較低的范圍，經過沉淀后，上清液進入后續(xù)反應池再投加 Na2CO3 降低總硬度，可同時達到高效除硅除硬的效果。

2.2.3 工藝運行成本

項目高密池工藝的噸水運行成本：Ca (OH)2 消 耗量為 8 631 kg/d，運行費用為 0.28 元 /t；Na2CO3 消 耗量為 21 533 kg/d，運行費用為 2.08 元 /t；混凝劑消耗量為 1 033.6 kg/d，運行費用為 0.04 元 /t；助凝 劑消耗量為 10.33 kg/d，運行費用為 0.01 元 /t；電耗54 000 kWh，運行費用為 1.85 元 /t；污泥處理費 50元 /t，運行費用為 0.38 元 /t。藥劑消耗量取實際運行中加藥量平均值。項目藥劑價格與電費按照市場價 格計算，項目噸水運行成本為 4.64 元。

3 結 論

1） 在反滲透濃鹽水實驗與高密池工藝實際運行情況中，硅的去除與總硬的去除是一個矛盾體，硅的去除率與總硬度的去除率呈現相反的趨勢；

2）采用分步加入 Ca(OH)2 和 Na2CO3 的實驗方法，硅和總 硬度的去除率同時提高，總硬度去除率可達 97.5%， 硅的去除率可達 84%；

3）現有高密池工藝項目噸水處理成本為 4.64 元，可以對高密池工藝進行改進， 先投加足量的 Ca(OH)2 將硅降低到一個相對較低的范圍，經過沉淀后，上清液進入后續(xù)反應池再投加Na2CO3 降低總硬，可同時達到高效除硅除硬的效果，有望降低整體項目水處理成本。