高盐水主要指海水、苦咸水和含盐质量分数大于3.5%的废水。高盐水处理主要应用在海水及苦咸水淡化、电厂脱硫废水以及化工、印染、食品加工等行业^〔1〕。现代煤化工是以煤为原料生产化学品及其衍生物的新型化工产业。煤化工具有耗水量巨大，环境污染严重，煤炭资源需求量大等特点。而我国煤炭资源分布与水资源分布恰好相反，煤化工基地大都分布在缺水、环境容量小的西北部地区。因此，现代煤化工行业产生的高含盐废水已经成为高含盐废水零排放处理的主要目标^〔2〕。

高含盐废水中主要存在Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NH⁴⁺、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-等离子及COD、二氧化硅、浊度等污染物。在零排放处理过程中，废水中的二氧化硅易产生硅垢风险，在反渗透、纳滤等膜系统内结垢，污染膜元件，增加化学清洗频率，影响膜元件使用寿命；同时二氧化硅在蒸发器内也极易结垢，产生的硅垢质地坚硬，很难清洗，严重影响换热效率^〔3〕。

传统的除硅方法主要包括絮凝除硅（常用镁剂和石灰）、电絮凝、离子交换、反渗透等，但存在除硅效率低、污泥产量大、运行成本高等问题^〔4〕。笔者以煤化工高含盐废水为基础，研究偏铝酸钠对废水中二氧化硅的去除效果，开发了一种高效、稳定、经济实用的除硅药剂。

主要仪器：烧杯、搅拌器、天平、移液枪、分光光度计、pH计。

主要试剂：0.348 mol/L偏铝酸钠溶液；质量分数为2.5%的氢氧化钠溶液；1 mol/L盐酸溶液；质量分数为10%的聚铁；质量分数为0.5%的PAM；实验分析类药剂等。

高含盐废水水样：TDS 65 000 mg/L，其中SiO₂ 36.3 mg/L，Ca²⁺ 94.5 mg/L，Mg²⁺ 81.6 mg/L。

取高含盐废水200 mL，投加0.348 mol/L偏铝酸钠溶液0.5 mL（对应的铝酸钠与二氧化硅的投加质量比为2:1），同时投加氢氧化钠和盐酸，控制pH在8.5左右；之后加入0.1 mL 10%聚铁快速搅拌15 min，后加入0.1 mL 0.5%PAM快速搅拌1.0 min，慢速搅拌1.0 min，停止搅拌，沉淀10 min后对上清液进行取样分析。单因素实验中，固定其他条件，改变偏铝酸钠溶液投加量分别为0.13、0.25、0.5、0.75、1.0、2.0 mL，对应的铝酸钠与二氧化硅的投加质量比（以下简称投加比或偏铝酸钠投加比）为1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、8:1，或改变pH分别为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5，以考察偏铝酸钠投加量、pH对二氧化硅去除效果的影响。

实验通过控制偏铝酸钠溶液的投加量，验证不同投加比对二氧化硅去除效果的影响，结果见图1。

由图1可知，随着偏铝酸钠投加比的不断增大，产水中二氧化硅的浓度逐渐降低，二氧化硅去除率随偏铝酸钠投加比的增大而增大。当投加比为2:1时，产水中二氧化硅降至5 mg/L以下，此时二氧化硅去除率达到85%以上；当投加比＞2:1时，虽然二氧化硅浓度可以进一步降低，但去除率提升速度缓慢，从工程实用及经济效益考虑，建议在实际使用过程中偏铝酸钠与二氧化硅的投加比控制在2:1较为适宜。

pH控制在8.5时，投加比对Ca²⁺、Mg²⁺去除效果的影响见图2。

由图2可以看出，随着偏铝酸钠与二氧化硅投加比的不断增大，产水中Ca²⁺浓度与进水相比几乎没有任何变化，Ca²⁺去除率均在5%以内。考虑到实验及分析的误差，说明偏铝酸钠在去除二氧化硅的过程中不具备同时去除Ca²⁺的功能；随着偏铝酸钠与二氧化硅投加比的不断增大，产水中Mg²⁺浓度在初期有一定下降，去除率在15%左右，因此说明偏铝酸钠在去除二氧化硅的过程中对Mg²⁺有一定的去除效果，但去除率有限。且随着投加比的继续加大，Mg²⁺浓度不再降低，因此偏铝酸钠投加量对Mg²⁺去除效果没有明显影响。

控制偏铝酸钠与二氧化硅的投加比为2:1，用盐酸和氢氧化钠分别调节pH为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5，对应的除硅率分别为13.24%、31.62%、53.24%、97.82%、81.40%、67.21%。

可以看出，固定投加比为2:1，随着pH的不断升高，二氧化硅的去除率逐渐增加，当pH=8.5时，二氧化硅去除效果最佳，去除率高达97%；当pH继续升高时，二氧化硅去除率反而开始下降。因此，在利用偏铝酸钠除二氧化硅时，pH控制在8.5时二氧化硅去除效果最佳。弱碱性条件有利于偏铝酸钠除硅的进行，考虑到工程实际应用中不可能精确调节pH，因此建议将pH控制在8~9为宜。

考虑到工业废水处理工程中，除硅技术一般作为膜系统或蒸发结晶系统的预处理措施使用，而本研究中使用的偏铝酸钠除硅剂含有铝，在使用过程中可能会残留较多的铝离子。因铝离子的存在有可能对后续的膜系统及蒸发结晶系统产生结垢风险，影响后续工艺中纳滤、反渗透、多效、MVR系统的正常稳定运行，因此检测偏铝酸钠除硅产水中铝离子残留量显得十分必要。

本实验通过控制偏铝酸钠的投加比为1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、8:1，分别检测产水中铝离子含量的变化情况，用以判断偏铝酸钠除硅过程中铝离子的残留情况。实验结果如图3所示。

由图3可知，随着偏铝酸钠投加比的不断增大，二氧化硅去除率随之升高，但产水中铝离子浓度也随之升高。将投加比控制在（0~2）:1时，铝离子残留量变化不明显，由0.27 mg/L上升至0.47 mg/L。当投加比大于2:1时，铝离子残留量明显增加，当投加比为8:1时，铝离子残留量达到了1.36 mg/L。

前已述及，考虑到工程实际应用，建议偏铝酸钠与二氧化硅的投加比控制在2:1，此时铝离子残留量为0.47 mg/L，该铝离子残留量并不高，根据实际运行经验，并不会对后续膜系统及蒸发结晶系统产生明显的结垢风险。而当偏铝酸钠投加比进一步加大超过2:1时，不仅二氧化硅去除率上升有限，铝离子残留量还会明显上升。综合以上分析，建议工程应用过程中偏铝酸钠与二氧化硅的质量投加比控制在2:1较为合适，在此条件下，不仅可以取得很好的除硅效果，也能有效避免铝离子的大量残留。

经调研，目前市售的偏铝酸钠大都为液体商品，液体偏铝酸钠有效含量为45%，市场售价4 500元/t。在工程应用过程中当偏铝酸钠与二氧化硅的投加比为2:1时，则去除1.0 g二氧化硅的药剂成本为0.020元，而传统镁剂除硅投加比一般为15:1，镁剂市场售价900元/t，有效含量80%，则去除1.0 g二氧化硅的药剂成本为0.017元。

假设某工业废水二氧化硅质量浓度为50 mg/L，通过偏铝酸钠去除二氧化硅，则该废水的药剂成本为1.0元/t，产水中二氧化硅残留量小于5 mg/L。用镁剂除硅法药剂成本约为0.85元/t，产水中二氧化硅残留量大于10 mg/L，而镁剂除硅污泥产量是偏铝酸钠除硅污泥产量的5倍以上，污泥处置费按300元/t计算，则镁剂除硅污泥处置费较偏铝酸钠污泥处置费高0.195元。

由此可见，相对于传统镁剂除硅技术，偏铝酸钠除硅技术具有除硅彻底、污泥产量少、操作简便等优势。虽然药剂成本较传统镁剂除硅技术高约17.5%，但产泥量仅为镁剂除硅的1/5，污泥处置费大大降低，综合运行成本与镁剂除硅技术持平。

（1）偏铝酸钠对高盐水中的二氧化硅具有很好的去除效果，当偏铝酸钠与二氧化硅的质量投加比为2:1时，即可获得90%以上的二氧化硅去除率；（2）在偏铝酸钠除硅过程中，对Ca²⁺几乎没有同步去除效果，对Mg²⁺有约15%的去除率；（3）偏铝酸钠除硅最佳pH为8.5，考虑到实际应用，建议将pH控制在8.0~9.0；（4）在偏铝酸钠除硅过程中，铝离子会有一定的残留，在偏铝酸钠与二氧化硅的质量投加比≤2:1时，铝离子残留量小于0.5 mg/L，不会对后续膜处理系统及蒸发结晶系统产生明显的结垢风险；（5）偏铝酸钠除硅相对于传统的镁剂除硅法，具有除硅效果好、污泥量少、操作简便、经济适用等特点，适合用于市政、工业等废水的除硅。