專利名稱：：降低水中二氧化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是涉及一種水回收處理的方法，且特別是涉及一種降低二氧化硅的方法。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)的蓬勃發(fā)展，對于水資源的需求大量提高，建立經(jīng)濟(jì)有效的水回收處理系統(tǒng)是極為重要的。目前商業(yè)上最常用的水回收處理系統(tǒng)大多為逆滲透或電透析的方法，然而當(dāng)水中的二氧化硅含量過高時(shí)，使用逆滲透法時(shí)，二氧化硅易于薄膜表面形成難以去除的結(jié)垢物，而使用電透析法時(shí)，又因?yàn)槎趸柙谥行詐H時(shí)幾乎不帶電荷，因此同樣無法有效去除二氧化硅。為了解決上述問題，勢必需要一前處理方法，有效降低水中的二氧化硅含量。中國臺(tái)灣專利公開號(hào)200604108提出二氧化硅去除裝置與二氧化硅去除方法，其使用一種簡單的裝置，從逆滲透膜濃縮水將二氧化硅去除至飽和濃度以下，在有效防止逆滲透透膜濃縮水循環(huán)的二氧化硅剝落發(fā)生的同時(shí)，可以將原水的全部量可作為逆滲透膜透過水。中國臺(tái)灣專利00585843提供一種硅石系積垢的防止方法及防止裝置，其將冷卻循環(huán)水通過填裝1ym10mm硅膠粒，由此去除水中的二氧化硅。德國專利DE3940464提出一種降低海水的二氧化硅的方法，通過控制堿劑用量，使其PH值小于9，生成碳酸鈣與硅酸鹽的沉淀物，但不產(chǎn)生氫氧化鎂的沉淀物。美國專利US4276180提出一種降低工業(yè)廢水的二氧化硅的方法，其通過活性鋁選擇性地移除二氧化硅。目前去除二氧化硅的方法有石灰軟化法、陰離子交換樹脂法、硅膠吸附法等，然而上述方法都有其應(yīng)用的限制，無法被業(yè)界所采用。因此，業(yè)界亟需發(fā)展一種能有效降低水中二氧化硅的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能有效降低水中二氧化硅的方法，該方法基本上克服了現(xiàn)有技術(shù)的局限性。本發(fā)明提供一種降低水中二氧化硅的方法，包括下列步驟將含有二氧化硅、鎂離子與鈣離子的原水導(dǎo)入一含擔(dān)體的膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)；添加一堿性溶液到該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)，使該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)的pH值約為1113，其中該擔(dān)體上形成一鹽類結(jié)晶；以及將該膨脹床反應(yīng)槽的流出水導(dǎo)入一后續(xù)處理系統(tǒng)。通過本發(fā)明的方法，可有效降低水中二氧化硅的含量，使二氧化硅的去除率約大于50%，同時(shí)也能有效降低水中鈣離子與鎂離子的含量。圖1為一實(shí)施例的示意圖，用以說明本發(fā)明的降低水中二氧化硅的方法。3圖2為另一實(shí)施例的示意圖，用其中，主要組件符號(hào)說明12原水16擔(dān)體22原水26含碳酸根的溶液30流出水104堿液槽202原水槽206含碳酸根的藥液槽以說明本發(fā)明的降低水中二氧化硅的方法。14液堿18流出水24液堿28擔(dān)體102原水槽106膨脹床反應(yīng)槽204堿液槽208膨脹床反應(yīng)槽具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下本發(fā)明提供一種降低水中二氧化硅的方法，包括下述步驟，請參見圖l，將含有二氧化硅、鎂離子與鈣離子的原水12導(dǎo)入一含有擔(dān)體16的膨脹床反應(yīng)槽106內(nèi)，其中原水是來自于冷卻循環(huán)水，原水中二氧化硅的濃度約大于10mg/L，而鎂離子與二氧化硅的摩爾比>l，鈣離子與二氧化硅的摩爾比》0.67。而膨脹床反應(yīng)槽106的擔(dān)體16包括石英砂、磚粉、活性碳或上述的組合，其粒徑大小約為0.1lmm，較佳范圍約為0.20.5mm，其作用在于提供載體位置，讓后續(xù)的鹽類于此處形成結(jié)晶。接著添加一堿性溶液14到一堿液槽104中，堿性溶液例如氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)溶液，再將堿性溶液14導(dǎo)入膨脹床反應(yīng)槽106中，使膨脹床反應(yīng)槽106的pH值約為1113，較佳的pH為12。由于二氧化硅在水中的溶解度和pH值有關(guān)，當(dāng)pH值愈高，則溶解度愈大，而在中性時(shí)，二氧化硅的溶解度最低，因此，本發(fā)明通過控制膨脹床反應(yīng)槽106的pH值，使二氧化硅于pH1113的條件下離子化，再與水中的鎂離子與鈣離子反應(yīng)，生成鹽類結(jié)晶于擔(dān)體上，鹽類結(jié)晶包括硅酸鎂(MgSi03)、硅酸鈣(Na2Ca2Si309)、氫氧化鎂(Mg(OH)》、碳酸鈣(CaC03)或上述的組合。上述擔(dān)體中的反應(yīng)可于室溫下進(jìn)行，溫度可為約2035t:，但不以此為限，因溫度愈高時(shí)愈利于二氧化硅的離子化。此外，上述添加原水12與堿性溶液14的順序，并不以此為限，此技術(shù)人員可依實(shí)際應(yīng)用的需求，對添加順序作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，例如同時(shí)添加原水12與堿性溶液14，或者是先添加堿性溶液14再添加原水12。本發(fā)明通過二氧化硅與鈣離子與鎂離子反應(yīng)，于降低水中二氧化硅含量的同時(shí)，也能有效降低水中鈣離子與鎂離子的含量。之后，將膨脹床反應(yīng)槽106的流出水18導(dǎo)入一后續(xù)處理系統(tǒng)(圖中未標(biāo)示)，例如電透析(electrodialysis，ED)、倒極式電透析(electrodialysisreversal,EDR)或逆滲透(reverseosmosis,RO)。通過本發(fā)明的方法，可有效降低水中二氧化硅的含量，使二氧化硅的去除率約大于50%。當(dāng)擔(dān)體表面形成的結(jié)晶量逐漸增加，晶體粒徑會(huì)愈大，通常靠近反應(yīng)槽下方的晶體粒徑較大，為了維持流化及提供足夠結(jié)晶表面積，通過定期將反應(yīng)槽下方較大粒徑的鹽類結(jié)晶排出，然后再補(bǔ)充一些新的擔(dān)體至膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)，以維持二氧化硅的處理效率。本發(fā)明的另一實(shí)施例，請參見圖2，將含有二氧化硅、鎂離子與鈣離子的原水22導(dǎo)入一含有擔(dān)體28的膨脹床反應(yīng)槽208內(nèi)，其中原水是來自于冷卻循環(huán)水，原水中二氧化硅的濃度約大于10mg/L，而膨脹床反應(yīng)槽208的擔(dān)體28的種類與作用與第一實(shí)施例相同，在此不再贅述。接著添加一堿性溶液24與一含碳酸根的溶液26分別到一堿液槽204與一碳酸根藥液槽206中，堿性溶液例如氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(K0H)溶液，而碳酸根的溶液例如碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液。再將兩種溶液24、26導(dǎo)入膨脹床反應(yīng)槽208中，使膨脹床反應(yīng)槽208的pH值約為1113，較佳的pH為12。添加碳酸根的溶液26的目的在于增加水中的碳酸根濃度。當(dāng)碳酸根濃度提高時(shí)，更能有效幫助碳酸鈣的沉淀，因此于降低水中二氧化硅的同時(shí)，也能達(dá)到有效降低水中鈣離子的濃度。此處需注意的是，第一實(shí)施例主要是通過增加氫氧根(0H—)離子濃度而增加pH值，而本實(shí)施例添加碳酸根溶液的用意主要是增加碳酸根離子的濃度，以幫助碳酸鈣結(jié)晶的生成。此外，上述添加原水12與堿性溶液14的順序，并不以此為限，此技術(shù)人員可依實(shí)際應(yīng)用的需求，對添加順序作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，例如同時(shí)添加原水12與堿性溶液14，或者是先添加堿性溶液14再添加原水12。之后，將膨脹床反應(yīng)槽208的流出水30導(dǎo)入一后續(xù)處理系統(tǒng)(圖中未標(biāo)示)，例如電透析(electrodialysis，ED)、倒極式電透析(electrodialysisreversal,EDR)或逆滲透(reverseosmosis,R0)。通過本發(fā)明的方法，可有效降低水中二氧化硅的含量，二氧化硅的去除率約大于50%。本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于水中同時(shí)含有二氧化硅、鈣離子與鎂離子的廢水中，例如應(yīng)用于冷卻循環(huán)水回收利用、廢水處理或制備工藝排水處理。再者，本發(fā)明通過控制膨脹床反應(yīng)槽的pH值，使得二氧化硅于pH約為ll13的條件子離子化，而生成各種鹽類結(jié)晶，此方法不但能有效降低水中二氧化硅的含量，也同時(shí)能達(dá)到降低鈣離子與鎂離子的效果。實(shí)施例1人工配制的廢水實(shí)驗(yàn)裝置采用直徑2cm，高120cm的透明玻璃管柱，內(nèi)填裝85cm高粒徑0.10.3mm石英砂(Si02)的擔(dān)體。利用氯化鈣、氯化鎂、硅酸鈉與碳酸氫鈉藥品配制含鈣、鎂、硅的溶液模擬冷卻水原水，由反應(yīng)槽下方導(dǎo)入，并同時(shí)注入氫氧化鈉以提高其pH值，而Sl-S7中并加入碳酸氫鈉。數(shù)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果(S1S9)如表1所示。反應(yīng)槽pH需在ll以上時(shí)(如S4，S5，S8，S9)對鈣、硅、鎂才會(huì)有明顯的處理效果。比較S4，S5與S8，S9(未添加碳酸氫鈉)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知堿度會(huì)影響鈣離子去除率，非氫氧根堿度愈高時(shí)鈣離子去除率也較高。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>mg/LasCaC03:意指計(jì)算濃度時(shí)，是將濃度值相對于&0)3作計(jì)算。例如&2+的濃度原為40mg/L，鈣硬度(CaH)計(jì)算方法為40X100(CaC03分子量)/40(Ca分子量)=lOOmg/LasCaC0實(shí)施例2實(shí)廠冷卻水實(shí)驗(yàn)裝置采用直徑2cm，高120cm的透明玻璃管柱，內(nèi)填裝85cm高粒徑0.10.3mm石英砂的擔(dān)體。取實(shí)廠冷卻水塔冷卻循環(huán)水由反應(yīng)槽下方導(dǎo)入，并同時(shí)注入液堿以提高其pH值。數(shù)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果(S10S13)如表2所示。S10實(shí)驗(yàn)對二氧化硅、鎂離子與鈣離子都有明顯的去除效果，硅離子去除率達(dá)88%。由于此冷卻循環(huán)水中碳酸根濃度低，鈣離子去除率也因而較低。在pH11以上，硅離子與鎂離子去除率可達(dá)70%以上。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>mg/LasCaC03:意指計(jì)算濃度時(shí)，是將濃度值相對于CaC03作計(jì)算。雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。權(quán)利要求一種降低水中二氧化硅的方法，包括下列步驟將含有二氧化硅、鎂離子與鈣離子的原水導(dǎo)入一含擔(dān)體的膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)；添加一堿性溶液到該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)，使該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)的pH值為11～13，其中該擔(dān)體上形成一鹽類結(jié)晶；以及將該膨脹床反應(yīng)槽的流出水導(dǎo)入一后續(xù)處理系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該鹽類結(jié)晶為硅酸鎂、硅酸鈣、氫氧化鎂、碳酸鈣或上述的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該膨脹床反應(yīng)槽的擔(dān)體為石英砂、磚粉、活性碳或上述的組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該膨脹床反應(yīng)槽的擔(dān)體粒徑大小為0.1lmm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)的溫度為2035°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該后續(xù)處理系統(tǒng)為電透析、倒極式電透析或逆滲透。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，還包括將該鹽類結(jié)晶排出，再補(bǔ)充該擔(dān)體加入該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，還包括添加一含碳酸根的溶液導(dǎo)入到該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該含碳酸根的溶液為碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該原水的二氧化硅濃度大于10mg/L。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該流出水的二氧化硅去除率大于50%。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低水中二氧化硅的方法，其中該原水是來自于冷卻循環(huán)水。全文摘要本發(fā)明提供一種降低水中二氧化硅的方法，包括下列步驟將含有二氧化硅、鎂離子與鈣離子的原水導(dǎo)入一含擔(dān)體的膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)；添加一堿性溶液到該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)，使該膨脹床反應(yīng)槽內(nèi)的pH值約為11～13，其中該擔(dān)體上形成一鹽類結(jié)晶；將該膨脹床反應(yīng)槽的流出水導(dǎo)入一后續(xù)處理系統(tǒng)。文檔編號(hào)C02F1/58GK101734777SQ20081017768公開日2010年6月16日申請日期2008年11月24日優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日發(fā)明者廖啟鐘,彭淑惠,李茂松,梁德明,陳致君申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院