[发明专利]水处理方法

说明书

描述了用于同时去除二氧化硅和减小含有二氧化硅和结垢离子的天然水或废水的总硬度的方法。该方法包括向所述水添加(i)氢氧化镁或氢氧化镁前体和(ii)可溶的铝酸盐化合物或铝酸盐前体，同时维持所述料流的pH为pH8以原位产生层状双氢氧化物，其中该层状双氢氧化物在层状双氢氧化物的晶格中含有结垢离子并且二氧化硅并入该层状双氢氧化物的晶格中作为中间层阴离子和/或通过一种或多种结合方式与该层状双氢氧化物结合。

技术领域

本公开内容涉及水处理方法，特别地涉及用于去除二氧化硅和减小含有二氧化硅和结垢离子的天然水或废水的总硬度的方法。

背景

对本发明的背景的以下讨论意在促进理解本发明。然而，应理解该讨论不是承认或认可任何提到的材料在本申请的优先权日时是公开的、已知的或公知常识的一部分。

用于从天然水或废水有效去除二氧化硅、总硬度(作为溶解的Ca+Mg)和微粒和胶体材料的方法对于在再使用或排放前与例如纺织或煤一样多样的许多产业或部门或者对于用于饮用水供应的表面和地下水处理构成主要挑战。

目前可使用一系列技术，通常采用顺序组合来实现以上目的。合适的实例包括但不限于以下一种或多种：微滤、超滤、反向或正向渗透、离子交换、化学沉淀、絮凝、砂(深度)过滤和(超)离心。

关于二氧化硅去除，使用煅烧氧化镁或氢氧化镁从各种天然水和废水不同成功程度地去除二氧化硅。供选择地，使用两种制备的(预制的)层状双氢氧化物(包括层状双氢氧化物)或煅烧衍生物从天然水或废水去除二氧化硅。日本专利公开号JP 2012106227(A)教导了包括溶解的二氧化硅的水滑石结构并且当Si浓度高于20mg/L时水滑石去除效率减小，并且建议通过添加中和剂例如NaOH或Ca(OH)₂并且调节水的pH至pH为5至10从而首先形成铁或铝氢氧化物与溶解的二氧化硅和硅酸根离子的共沉淀物来预处理二氧化硅含量大于这一临界值的水。随后分离共沉淀物以产生Si浓度小于10mg/L的水。这个预处理步骤给处理高Si含量水的处理工厂引入复杂性和额外的资金和操作费用。

存在与目前处理水以去除二氧化硅并减小硬度/离子强度有关的许多益处，不仅是以上概括的那些，而且是对于利用其它技术例如反向渗透而言随之而来的下游益处，其中特别通过减少的二氧化硅和总硬度减轻膜结垢(和增加的操作成本)的可能性。

然而迄今为止，看起来没有这样的技术：在不存在一个或多个预处理步骤的情况下能够部分地减小二氧化硅或其它污染物的浓度，同时去除二氧化硅(在此定义为溶解的、聚合物的、胶体的或微粒的形式，其可根据溶液组成和pH变化)、减小硬度、去除微粒(＞1μm)和胶体(＜1μm)部分，并且在许多情况下还减小处理过的水的离子强度。

因此需要开发替代的和更有效的用于处理水的方法，以去除二氧化硅和减小总硬度。

概述

出乎意料地，并且偶然发现，对跨越相当大范围的离子组成、离子强度、pH、悬浮固体和其它水质参数的一系列天然水和废水的测试揭示了，用一系列组合物原位沉淀一系列层状双氢氧化物矿物并且并入天然水或废水内含有的溶解的元素、物质或络合物作为结构组分可实现至少一些上述期望的结果，所述一系列组合物包括一种或多种的层状双氢氧化物、水滑石、含有钙的层状双氢氧化物或类似物、相关矿物或它们的混合物。特别地，并且发明人发现了，违反直觉地，通过添加氢氧化镁或氢氧化镁前体来提高硬水中镁的浓度具有净“软化”效果，因为结垢离子例如镁在层状双氢氧化物原位形成时并入层状双氢氧化物(特别是水滑石)的晶格中。

发明人发现了在不需要使用一个或多个预处理步骤以减小天然水或废水中二氧化硅的浓度的情况下可同时去除二氧化硅与结垢离子。

在公开内容的一个方面中提供了用于去除二氧化硅和减小含有二氧化硅和结垢离子的天然水或废水的总硬度的方法，该方法包括：