TWI385125B - 降低水中二氧化矽的方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種水回收處理的方法，且特別是有關於一種降低二氧化矽的方法。
隨著工業的蓬勃發展，對於水資源之需求大量提高，建立經濟有效的水回收處理系統是極為重要的。目前商業上最常用的水回收處理系統大多為逆滲透或電透析的方法，然而當水中的二氧化矽含量過高時，使用逆滲透法時，二氧化矽易於薄膜表面形成難以去除之結垢物，而使用電透析法時，又因為二氧化矽在中性pH時幾乎不帶電荷，因此同樣無法有效去除二氧化矽。為了解決上述問題，勢必需要一前處理方法，有效降低水中之二氧化矽含量。
台灣專利公開號200604108提出二氧化矽去除裝置與二氧化矽去除方法，其使用一種簡單的裝置，從逆滲透膜濃縮水將二氧化矽去除至飽和濃度以下，在有效防止逆滲透透膜濃縮水循環之二氧化矽剝落發生的同時，可以將原水的全部量可作為逆滲透膜透過水。
台灣專利00585843提供一種矽石系積垢之防止方法及防止裝置，其將冷卻循環水通過填裝1 μm~10 mm矽膠粒，藉此去除水中的二氧化矽。
德國專利DE 3940464提出一種降低海水之二氧化矽的方法，藉由控制鹼劑用量，使其pH值小於9，生成碳酸鈣與矽酸鹽之沉澱物，但不產生氫氧化鎂之沉澱物。
美國專利US 4276180提出一種降低工業廢水之二氧化矽的方法，其藉由活性鋁選擇性地移除二氧化矽。
目前去除二氧化矽的方法有石灰軟化法、陰離子交換樹脂法、矽膠吸附法等，然而上述方法皆有其應用之限制，無法被業界所採用。因此，業界亟需發展一種能有效降低水中二氧化矽的方法。
本發明提供一種降低水中二氧化矽的方法，包括下列步驟：將含有二氧化矽、鎂離子與鈣離子之原水導入一含擔體之流體化床反應槽內；添加一鹼性溶液到該流體化床反應槽內，使該流體化床反應槽內之pH值約為11~13，其中該擔體上形成一鹽類結晶；以及將該流體化床反應槽之流出水導入一後續處理系統。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明提供一種降低水中二氧化矽的方法，包括下述步驟，請參見第1圖，將含有二氧化矽、鎂離子與鈣離子之原水12導入一含有擔體16之流體化床反應槽106內，其中原水係來自於冷卻循環水，原水中二氧化矽的濃度約大於10 mg/L，而鎂離子與二氧化矽之莫耳比1，鈣離子與二氧化矽之莫耳比0.67。而流體化床反應槽106之擔體
16包括石英砂、磚粉、活性碳或上述之組合，其粒徑大小約為0.1~1mm，較佳範圍約為0.2~0.5 mm，其作用在於提供載體位置，讓後續之鹽類於此處形成結晶。
接著添加一鹼性溶液14到一鹼液槽104中，鹼性溶液例如氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)溶液，再將鹼性溶液14導入流體化床反應槽106中，使流體化床反應槽106之pH值約為11~13，較佳之pH為12。由於二氧化矽在水中的溶解度和pH值有關，當pH值愈高，則溶解度愈大，而在中性時，二氧化矽的溶解度最低，因此，本發明藉由控制流體化床反應槽106之pH值，使二氧化矽於pH 11~13的條件下離子化，再與水中的鎂離子與鈣離子反應，生成鹽類結晶於擔體上，鹽類結晶包括矽酸鎂(MgSiO3
)、矽酸鈣(Na2
Ca2
Si3
O9
)、氫氧化鎂(Mg(OH)2
)、碳酸鈣(CaCO3
)或上述之組合。上述擔體中之反應可於室溫下進行，溫度可為約20~35℃，但不以此為限，因溫度愈高時愈利於二氧化矽之離子化。此外，上述添加原水12與鹼性溶液14的順序，並不以此為限，此技藝人士可依實際應用之需求，對添加順序作適當的調整，例如同時添加原水12與鹼性溶液14，或者是先添加鹼性溶液14再添加原水12。
本發明藉由二氧化矽與鈣離子與鎂離子反應，於降低水中二氧化矽含量的同時，亦能有效降低水中鈣離子與鎂離子之含量。
之後，將流體化床反應槽106之流出水18導入一後續處理系統(圖中未標示)，例如電透析(electrodialysis, ED)、
倒極式電透析(electrodialysis reversal, EDR)或逆滲透(reverse osmosis, RO)。藉由本發明之方法，可有效降低水中二氧化矽之含量，使二氧化矽之去除率約大於50%。
當擔體表面形成之結晶量逐漸增加，晶體粒徑會愈大，通常靠近反應槽下方之晶體粒徑較大，為了維持流體化及提供足夠結晶表面積，藉由定期將反應槽下方較大粒徑之鹽類結晶排出，然後再補充一些新的擔體至流體化床反應槽內，以維持二氧化矽的處理效率。
本發明之另一實施例，請參見第2圖，將含有二氧化矽、鎂離子與鈣離子之原水22導入一含有擔體28之流體化床反應槽208內，其中原水係來自於冷卻循環水，原水中二氧化矽的濃度約大於10 mg/L，而流體化床反應槽208之擔體28之種類與作用與第一實施例相同，在此不再贅述。
接著添加一鹼性溶液24與一含碳酸根之溶液26分別到一鹼液槽204與一碳酸根藥液槽206中，鹼性溶液例如氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)溶液，而碳酸根之溶液例如碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液。再將兩種溶液24、26導入流體化床反應槽208中，使流體化床反應槽208之pH值約為11~13，較佳之pH為12。添加碳酸根之溶液26之目的在於增加水中的碳酸根濃度。當碳酸根濃度提高時，更能有效幫助碳酸鈣的沉澱，因此於降低水中二氧化矽的同時，也能達到有效降低水中鈣離子的濃度。此處需注意的是，第一實施例主要係藉由增加氫氧根(OH-
)離子濃度而
增加pH值，而本實施例添加碳酸根溶液之用意主要係增加碳酸根離子的濃度，以幫助碳酸鈣結晶的生成。此外，上述添加原水12與鹼性溶液14的順序，並不以此為限，此技藝人士可依實際應用之需求，對添加順序作適當的調整，例如同時添加原水12與鹼性溶液14，或者是先添加鹼性溶液14再添加原水12。
之後，將流體化床反應槽208之流出水30導入一後續處理系統(圖中未標示)，例如電透析(electrodialysis, ED)、倒極式電透析(electrodialysis reversal, EDR)或逆滲透(reverse osmosis, RO)。藉由本發明之方法，可有效降低水中二氧化矽之含量，二氧化矽之去除率約大於50%。
本發明之實施例可應用於水中同時含有二氧化矽、鈣離子與鎂離子的廢水中，例如應用於冷卻循環水回收利用、廢水處理或製程排水處理。再者，本發明藉由控制流體化床反應槽之pH值，使得二氧化矽於pH約為11~13的條件子離子化，而生成各種鹽類結晶，此方法不但能有效降低水中二氧化矽的含量，亦同時能達到降低鈣離子與鎂離子的效果。
實驗裝置採用直徑2cm，高120cm之透明玻璃管柱，內填裝85cm高粒徑0.1~0.3mm石英砂(SiO2
)的擔體。利用氯化鈣、氯化鎂、矽酸鈉與碳酸氫鈉藥品配製含鈣、鎂、
矽之溶液模擬冷卻水原水，由反應槽下方導入，並同時注入氫氧化鈉以提高其pH值，而S1-S7中並加入碳酸氫鈉。數組實驗結果(S1~S9)如表1所示。反應槽pH需在11以上時(如S4,S5,S8,S9)對鈣、矽、鎂才會有明顯的處理效果。比較S4,S5與S8,S9(未添加碳酸氫鈉)之實驗結果，可知鹼度會影響鈣離子去除率，非氫氧根鹼度愈高時鈣離子去除率也較高。
實驗裝置採用直徑2cm，高120cm之透明玻璃管柱，內填裝85cm高粒徑0.1~0.3mm石英砂的擔體。取實廠冷卻水塔冷卻循環水由反應槽下方導入，並同時注入液鹼以提高其pH值。數組實驗結果(S10~S13)如表2所示。S10實驗對二氧化矽、鎂離子與鈣離子皆有明顯的去除效果，矽離子去除率達88%。由於此冷卻循環水中碳酸根濃度低，鈣離子去除率也因而較低。在pH 11以上，矽離子與鎂離子去除率可達70%以上。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界
定者為準。
12‧‧‧原水
14‧‧‧液鹼
16‧‧‧擔體
18‧‧‧流出水
22‧‧‧原水
24‧‧‧液鹼
26‧‧‧含碳酸根之溶液
28‧‧‧擔體
30‧‧‧流出水
102‧‧‧原水槽
104‧‧‧鹼液槽
106‧‧‧流體化床反應槽
202‧‧‧原水槽
204‧‧‧鹼液槽
206‧‧‧含碳酸根之藥液槽
208‧‧‧流體化床反應槽
第1圖為一實施例之示意圖，用以說明本發明之降低水中二氧化矽的方法。
第2圖為另一實施例之示意圖，用以說明本發明之降低水中二氧化矽的方法。
12‧‧‧原水
14‧‧‧液鹼
16‧‧‧擔體
18‧‧‧流出水
102‧‧‧原水槽
104‧‧‧鹼液槽
106‧‧‧流體化床反應槽
Claims (12)
- 一種降低水中二氧化矽的方法，包括下列步驟：將含有二氧化矽、鎂離子與鈣離子之原水導入一含擔體之流體化床反應槽內，其中該流體化床反應槽之擔體包括石英砂、磚粉、活性碳或上述之組合；添加一鹼性溶液到該流體床反應槽內，使該流體化床反應槽內之pH值約為11~13，其中該擔體上形成一鹽類結晶；以及將該流體化床反應槽之流出水導入一後續處理系統。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該鹽類結晶包括矽酸鎂、矽酸鈣、氫氧化鎂、碳酸鈣或上述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該流體化床反應槽之擔體粒徑大小約0.1~1 mm。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該流體化床反應槽內之溫度約為20~35℃。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該後續處理系統包括電透析(electrodialysis,ED)、倒極式電透析(electrodialysis reversal,EDR)或逆滲透(reverse osmosis,RO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該鹼性溶液包括氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的 方法，尚包括將該鹽類結晶排出，再補充該擔體加入該流體化床反應槽內。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，尚包括：添加一含碳酸根之溶液導入到該流體化床反應槽內。
- 如申請專利範圍第8項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該含碳酸根之溶液包括碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該原水之二氧化矽濃度約大於10 mg/L。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該流出水之二氧化矽去除率約大於50%。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低水中二氧化矽的方法，其中該原水係來自於冷卻循環水。
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-
2008
- 2008-11-07 TW TW097143028A patent/TWI385125B/zh active
Patent Citations (2)
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