CN104649494B

CN104649494B - 一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法

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Publication number: CN104649494B
Application number: CN201510051038.6A
Authority: CN
Inventors: 陈磊; 刘妍; 张静; 郭莉娜
Original assignee: Zhejiang Qicai Eco Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Qicai Eco Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: CN104649494A

Abstract

本发明公开了一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，包括以下步骤：(1)将硅溶胶废水的pH调节至2-5，再采用二氧化氯或臭氧进行氧化处理；(2)氧化后的废水经吸附剂吸附后，采用反渗透膜或离子交换树脂吸附浓缩处理，得到浓液I及淡液；(3)将浓液I的pH调节至14以上，经蒸发浓缩、冷却分离，得到钠盐与浓液II；(4)将浓液II加热至80-90℃，并将其pH调节至8.5-9.5，分离得到九水合硅酸钠和浓液III。整个工艺采用高级氧化技术与反渗透膜处理相结合，处理效果好，废水COD去除率高，出水COD＜10mg/L，可用于工业用水；处理过程中可分离回收高纯度的硅酸钠和钠盐，提高废水处理的附加价值。

Description

一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法

技术领域

本发明涉及工业废水技术领域，具体涉及一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法。

背景技术

硅酸钠分两种，正硅酸钠Na₄SiO₄和偏硅酸钠Na₂SiO₃。正硅酸钠不常见，硅酸钠是一种可溶性硅酸盐，俗称水玻璃，商品名为泡花碱。硅酸钠为无色正交双锥结晶或白色至灰白色块状物或粉末，能风化。硅酸钠晶体在100℃时失去6分子结晶水。易溶于水，溶液碱性大于纯碱。

硅酸钠是一种重要的无机化工原料，除用作粘结剂成分之外，还是制造硅胶、分子筛、硅溶胶、白炭黑等精细化工产品的重要原料，其用途十分广泛，在国民经济中有着重要作用。

目前，国内常用的硅溶胶制备方法主要有离子交换法、单质硅水解法、电解电渗析法、酸中和法、胶溶法、聚合溶胶法等。其中，单质硅水解法产品杂质含量少，粒径、SiO₂浓度等易控制，所得硅溶胶的均匀性好，稳定性高，质量较好。因而，目前多采用单质硅水解法制备硅溶胶。

单质硅水解法制备硅溶胶的工艺为：单质硅经催化、加热、溶解后蒸发得到成品。纯硅粉和去离子水反应生成硅溶胶，催化剂氢氧化钠则转化成稳定剂氧化钠等，制备过程中会产生含有硅酸钠与氯化钠混合盐的废水，该废水呈酸性，杂质较少。但高盐废水若未经处理直接排放，势必会对水体生物、生活饮用水合工农业生产用水产生极大的危害。

目前，针对含盐废水的处理，主要集中在以下几个方法：(1)在盐度小于20g/L条件下，高浓度盐水的处理可以通过盐度驯化，但是驯化盐度浓度必须逐渐提高，分阶段的将***驯化到要求盐度水平，突然高盐环境会造成驯化的失败和启动的延迟；(2)稀释法，使盐度低于毒阈值，生物处理就不会受到抑制，但该法浪费水资源，已被禁止；(3)蒸发浓缩法，但由于大部分废水含有多种盐，浓缩所得的盐大多含有杂质，难回收利用。

如公开号为CN103880239A的中国专利文献公开了一种含盐废水的处理方法，将含盐废水送至调节池中，经过预热处理后进入三效蒸发，分离后的水再经厌氧反应、二沉池处理。所得盐纯度未知且不易回收利用。

公开号为CN101734820A的中国专利文献公开了一种高含盐废水的处理方法，其针对高含盐、低COD的废水，将其经过混凝沉淀处理、纳滤处理后进行多效蒸发浓缩处理，多效蒸发得到的固形物按照固体废物的处理标准进行焚烧或填埋。这样无疑增加了固废处理的负担，且废水中的盐不能回收利用。

公开号为CN1792832A的中国专利文献公开了一种环氧树脂含盐废水的处理及盐的回收。该发明涉及了一种环氧树脂含盐废水处理及回收盐的方法，其特征是向含盐废水中加入苯系物和/或甲基异丁基酮萃取剂，萃取分离上层有机相返回环氧树脂生产，下层废水先加入酸性物质中和至pH＝5-9，分出下层废物，上层液经分离、浓缩、结晶、干燥得成品盐。预处理得到单一产品盐。其采用萃取，在工业上设备复杂，成本过高。

发明内容

本发明公开了一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，针对含高浓度钠盐混合废水，在处理废水的同时，分离高纯度的钠盐，得到的高纯度硅酸钠可回收利用，其他钠盐达到工业用盐标准。

一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，包括以下步骤：

(1)将硅溶胶废水的pH调节至2-5，再采用二氧化氯或臭氧进行氧化处理；

(2)氧化后的废水经吸附剂吸附后，采用反渗透膜或离子交换树脂吸附浓缩处理，得到浓液I及淡液；

(3)将浓液I的pH调节至14以上，经蒸发浓缩、冷却分离，得到钠盐与浓液II；

(4)将浓液II加热至80-90℃，并将其pH调节至8.5-9.5，分离得到九水合硅酸钠和浓液III。

本发明中，先将废水的pH调至2-5，再采用二氧化氯或臭氧氧化，去除水中大分子有机物，降低原水COD及色度；之后经过吸附，处理液COD可降至20mg/L以下；再使用反渗透膜或离子交换树脂进一步去除其中的有机物等其他杂质，分离得到纯净的含盐较高的浓液I及淡液，此时，浓液I中主要含硅酸钠等钠盐，淡水可回用于硅溶胶的生产中。将浓液I调节至强碱性，进行浓缩后降温分离，得到钠盐和浓液II，将浓液II调至弱碱性，分离得到硅酸钠胶体和浓液III。

所述浓液III可以作为硅溶胶废水回用至步骤(1)中，循环处理。

其中，步骤(1)中，二氧化氯氧化和臭氧氧化可根据废水水质的具体情况与氧化效果采用单种或两种联用。

废水色度小于10000倍或COD≤2000mg/L时采用二氧化氯氧化或臭氧氧化中的任意一种；废水色度大于10000倍或COD≥2000mg/L时采用两级氧化。

作为优选，步骤(1)中，将硅溶胶废水的pH调节至5。

作为优选，步骤(1)中，采用二氧化氯氧化，保持硅溶胶废水中二氧化氯的浓度为500-1500mg/L。

二氧化氯可以使用二氧化氯发生器制备，也可投加二氧化氯药剂。

作为优选，步骤(1)中，采用臭氧氧化，臭氧氧化结束后，以废水的质量计，向废水中加入质量分数为30％的H₂O₂，加入量为氧化后废水质量的0.1％-0.2％。

作为优选，步骤(2)中，吸附剂为活性炭、硅藻土、凹凸棒土、氧化铝、膨润土中的至少一种，吸附剂的加入量为氧化后废水质量的0.1％-0.5％。

进一步优选，步骤(2)中，吸附剂为活性炭和凹凸棒土，活性炭与凹凸棒土的质量比为1∶3-5。

作为优选，步骤(2)中，离子交换树脂为钠型或氯型离子交换树脂。

步骤(2)所得的部分淡液可回用至硅溶胶生产工艺中，浓液I进入下步处理。

经过步骤(1)和(2)的处理后，含盐废水中的杂质基本去除，调节废水pH＞14(pH＝14后继续加入质量分数为2％的氢氧化钠水溶液，加入的质量为废水质量的1-4％)，此时不会有溶胶沉淀析出，通过MVR或多效蒸发，待钠盐析出后降温离心，得到纯净的钠盐和浓液II，将浓液II的pH调至8.5-9.5，此时有九水合硅酸钠胶体析出，离心得到纯净的硅酸钠胶体，浓液III回到步骤(1)中，循环处理。

作为优选，步骤(4)中，将浓液II的pH调至9。

作为优选，步骤(4)中，用稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸调节pH，稀酸的质量分数为1％-5％；投加速度为1-10mL/min，搅拌速度为30-60r/min。稀酸的种类依废水中钠盐的种类而定。

步骤(4)中，浓液II的pH小于8.5时，得到的硅酸钠中氯离子、硫酸根离子或硝酸根离子超标；pH过大时，无胶体出现。用酸调节pH的过程中，会有胶体逐渐出现，导致溶液粘度加大。当加酸速度过大时，易导致局部酸度过大，产生硅酸；当搅拌速度过小时，胶体中易夹带杂质。

本发明具有以下优点：整个工艺采用高级氧化技术与反渗透膜处理相结合，处理效果好，废水COD去除率高，出水COD＜10mg/L，可用于工业用水；处理过程中可分离回收高纯度的硅酸钠和钠盐，提高废水处理的附加价值。

附图说明

图1为本发明硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

某硅溶胶废水，pH＝0.8，原始COD＝300mg/L，含硅酸钠与氯化钠混合盐，盐含量(质量分数)约9％。

用质量分数为1％的NaOH溶液将废水的pH调至5，此时未见胶状物沉淀出现。向废水中通入二氧化氯，并保持溶液中二氧化氯浓度约500mg/L，氧化反应2小时后，向废水中加入混合吸附剂(活性炭与凹凸棒土以1∶4的质量比例混合配制)，混合吸附剂的加入质量为废水质量的0.1％，搅拌吸附20min，过滤得到澄清无色的硅酸钠和氯化钠混合盐溶液，此时测得溶液的COD＝13mg/L。

将混合盐溶液使用反渗透膜进一步处理，得到浓液I和淡液。

其中，淡液回用，浓液I用质量分数为2％的NaOH溶液调节pH＞14(pH＝14后继续加入质量分数为2％的氢氧化钠水溶液，加入的质量为废水质量的1-4％)，进入二效MVR蒸发***。

有大量氯化钠析出时停止浓缩，降温至40℃后离心分离，得到的氯化钠和浓液II。

氯化钠质量符合HG3255-2001工业品质量标准，可回收利用。

浓液II加热至80℃，并使用质量分数为5％的稀盐酸调节其pH至9，搅拌反应，稀盐酸的投加速度为5mL/min，搅拌速度为50r/min。

此时有大量九水合硅酸钠胶体析出，再次离心分离，得到硅酸钠胶体和浓液III。

硅酸钠胶体符合GB/T4209-2008液体-2的质量标准，可做化工原料、粘结剂等，其中水不溶物的含量为0.20％(质量分数)，氧化钠的含量为2.5％(质量分数)。

浓液III回用到下一批步骤(1)中，循环处理。

对比例1

实施例1所述废水处理方法中，其他条件不变，浓液I直接进行蒸发浓缩，浓缩过程中废水中产生白色沉淀，得到的氯化钠盐纯度小于80％，不符合HG3255-2001工业品质量标准。经检测可知：浓缩过程中产生的白色沉淀为硅酸。

对比例2

实施例1所述废水处理方法中，其他条件不变，将浓液II的pH调节至8，搅拌反应过程中始终无胶体析出。

对比例3

实施例1所述废水处理方法中，其他条件不变，浓液I少了冷却步骤，浓液I蒸发浓缩后趁热过滤分离后得到的浓液II调节pH并加热搅拌分离，得到的硅酸钠胶体中含有氯离子，硅酸钠胶体符合GB/T4209-2008液体-4的标准，但硅酸钠胶体中氧化钠的含量为11.8％。

对比例4

实施例1所述废水处理方法中，其他条件不变，浓液II不加热，直接调节pH＝9后搅拌分离。发现调节pH的过程中有盐析出，得到的硅酸钠胶体中含有氯离子，硅酸钠胶体不符合GB/T4209-2008标准，胶体中氧化钠的含量为15.5％。

实施例2

某硅溶胶废水，pH＝1，原始COD＝460mg/L，含硅酸钠与硫酸钠混合盐，盐含量为12.5％。

将废水用质量分数为1％的NaOH溶液调节其pH＝5。向溶液中通入臭氧氧化{臭氧的流量为2.5g/(L·h)}1小时后，加质量分数为30％的H₂O₂，加入H₂O₂的质量为废水质量的0.1％，搅拌。

处理后溶液澄清透明。

再向废水中加入混合吸附剂(活性炭与凹凸棒土以1∶5的质量比例混合配制)，混合吸附剂的加入质量为废水质量的0.5％，过滤。

过滤得无色含盐溶液，其COD＝10mg/L。

将过滤后的混合盐溶液使用反渗透膜进一步处理。

去除其中的有机物，其中淡水部分回用。

含盐较高的浓水用质量分数为2％的NaOH溶液调节pH＞14，进入多效蒸发***。

首先析出大量硫酸钠，降温至25℃后离心分离，得到硫酸钠和浓液II。硫酸钠质量符合GB/T6009-2003质量标准。

浓液II加热至90℃，并使用质量浓度为2％的稀硫酸调节其pH至9.5，搅拌反应，稀硫酸的投加速度为5mL/min，搅拌速度为50r/min。

此时有大量九水合硅酸钠析出，再次分离，所得硅酸钠胶体和浓液III。

硅酸钠胶体符合GB/T4209-2008液体-2的标准，浓液III回用到下一批步骤(1)中，循环处理。

对比例5

实施例2所述废水处理方法中，其他条件不变，去除反渗透步骤，直接蒸发浓缩，分离得到的硫酸钠盐微黄，得到的硅酸钠胶体有杂色，不符合GB/T4209-2008标准，但硅酸钠胶体中水不溶物的含量为2.01％。

实施例3

某硅溶胶废水，呈酸性，COD＝600mg/L，含硅酸钠与氯化钠混合盐，盐含量约为8％左右，其中氯化钠含量约为3％。

调废水pH＝5，未有溶胶沉淀析出，向溶液中添加活性炭，活性炭的投加质量为废水质量的0.1％。

再向溶液中通臭氧氧化{臭氧的流量为2g/(L·h)}，臭氧氧化2小时后，加质量分数为30％的H₂O₂，加入H₂O₂的质量为废水质量的0.2％，搅拌。

得无色溶液，测得此时废水的COD＝20mg/L。

氧化后的废水再经过钠型离子交换树脂吸附(过柱废水体积为树脂体积的180倍)，得干净的含盐混合溶液。

调节含盐混合溶液的pH＞14，进入多效蒸发***，待有大量氯化钠析出后，降温至50℃、离心，得到氯化钠和浓液II。

氯化钠质量符合HG3255-2001工业品质量标准。

用质量分数为3％的稀盐酸调浓液II的pH＝8.8，稀盐酸的投加速度为8mL/min。

此时有硅酸钠胶体析出，再次离心，回收硅酸钠和浓液III。

硅酸钠胶体符合GB/T4209-2008液体-2的标准。

浓液III回用到下一批步骤(1)中，循环处理，冷凝液可做工业用水回用或作循环水使用。

对比例6

实施例3所述废水处理方法中，其他条件不变，将废水pH调节至2后臭氧氧化{臭氧的流量为2g/(L·h)}2小时，加质量分数为30％的H₂O₂，加入H₂O₂的质量为废水质量的0.2％，搅拌。

得无色处理液，测得废水的COD＝144mg/L。经树脂处理后的废水COD＝55mg/L，最终得到合格的盐和硅酸钠。但过柱废水体积为100倍时，树脂达到饱和。

Claims

1.一种硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)氧化后的废水经吸附剂吸附后，采用反渗透膜或离子交换树脂吸附浓缩处理，得到浓液Ⅰ及淡液；

(3)将浓液Ⅰ的pH调节至14，经蒸发浓缩、冷却分离，得到钠盐与浓液Ⅱ；

(4)将浓液Ⅱ加热至80-90℃，并将其pH调节至8.5-9.5，分离得到九水合硅酸钠和浓液Ⅲ。

2.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，所述浓液Ⅲ作为硅溶胶废水回用至步骤(1)中，循环处理。

3.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(1)中，将硅溶胶废水的pH调节至5。

4.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(4)中，将浓液Ⅱ的pH调至9。

5.根据权利要求4所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(4)中，用稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸调节pH，稀酸的质量分数为1％-5％。

6.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(1)中，采用二氧化氯氧化，保持硅溶胶废水中二氧化氯的浓度为500-1500mg/L。

7.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(1)中，采用臭氧氧化，臭氧氧化结束后，以废水的质量计，向废水中加入质量分数为30％的H₂O₂，加入量为氧化后废水质量的0.1％-0.2％。

8.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(2)中，吸附剂为活性炭、硅藻土、凹凸棒土、氧化铝、膨润土中的至少一种，吸附剂的加入量为氧化后废水质量的0.1％-0.5％。

9.根据权利要求8所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(2)中，吸附剂为活性炭和凹凸棒土，活性炭与凹凸棒土的质量比为1:3-5。

10.根据权利要求1所述的硅溶胶废水的处理及联产钠盐的方法，其特征在于，步骤(2)中，离子交换树脂为钠型或氯型离子交换树脂。