水中硅對工業的危害與電絮凝除硅技術
天然水中的硅主要以以下四種形態存在。
（1）呈分子、離子狀態的硅酸化合物：這種硅又稱溶解硅，是二氧化硅溶解于水所致，在水中的主要產物為H4SiO4，其微粒大小一般在1nm以下，因此呈現真實溶液狀態。這主要是由于天然水與含有硅酸鹽的巖石接觸所致。硅酸的酸性很弱，而且溶解度極小，因此，即便很弱的酸便可將它置換出來，從而導致各種形態的硅酸化合物溶于天然水中。此外，它可以通過強堿性離子交換樹脂加以去除。
（2）呈不安定的膠體硅：膠體硅一般被認為是由各種聚合態硅和二氧化硅的聚合產物，也可能是硅與其他不同種類的有機或者無機化合物結合而成。其微
（3）吸附狀態的硅酸化合物：天然水中含有各種顆粒物（如鐵、鋁氧化物顆粒、鈣鎂等碳酸鹽以及有機物顆粒），它們能將水中的硅酸吸附至其表面，這種硅酸化合物一般可經過濾去除。但當水中含有大量有機物時，常存在較安定的，粒度非常小的懸浮物，則不宜過濾排除。
（4）呈較安定粗粒的硅酸化合物：這種硅可能是硅和水中的沙石及懸浮物等共同組成，比表面積較大。這種形態的硅酸化合物，隨著季節不同，含量變化甚大，一般可用過濾方法去除。
由于近代工業的迅猛崛起，種類繁多，無論何種工業生產過程都需要很大的水量，因而水質的好壞直接會對生產過程或者產品質量產生不同的影響。以下是硅在不同行業中的危害。
（1）工業鍋爐
作為工業用水大戶之一的火電廠，二氧化硅結垢是一個亟待解決的問題，美電力研究院稱，在70%的電廠用水因二氧化硅的濃縮而受限，硅酸鹽水垢的量雖小，但是危害很大，尤其是在和其他離子相互作用下，不僅增加水垢的生成量而且增加水垢的硬度。水垢一旦形成，增加了傳熱阻力，熱量不能迅速并有效的傳遞給爐水，大量的熱量便隨著煙氣排除，降低傳熱效率即需要消耗更大量的燃料，資料顯示，結垢可使電力輸出降低10-20%，熱效率下降10%。
（2）循環冷卻水
在循環冷卻水系統的正常運行中，為了阻止水垢的產生以及防止設備的腐蝕，最常用的方法是向水中加入大量的阻垢劑和緩蝕劑，這些藥劑使得循環水能夠攜帶大于飽和濃度的礦物質離子運行，然而，循環冷卻塔中所能允許的最大SiO2濃度與諸多因素有關。循環冷卻水中的二氧化硅超出限定濃度后。濃度較高的硅易與水中Ca2+、Mg2+生成傳熱系數很低的CaCO3SiO2沉淀和硅酸鎂垢，降低換熱器的傳熱效率，造成管道堵塞。
（3）膜系統
為了應對水污染造成的淡水資源短缺問題，海水（也包括苦成水）脫鹽已經在世界范圍內成為一種提供淡水資源的重要途徑。在諸多的淡化技術中，反滲透膜（RO）技術和納米過濾（NF）技術由于其應用的成熟度、去除效率高以及相對合理的費用，從而在脫鹽市場上占有不可代替的位置。然而，正如其他膜系統一樣，RO與NF系統易在膜表面形成污垢，其中最難去除的一種污垢即為硅垢。硅沉淀不僅發生在源水硅濃度比較高的第一級膜表面，而且發生在低硅濃度的多級膜表面。這不僅是單體硅在膜表面聚合而成，也是由于SiO2膠體在膜表面累積而成。另有資料顯示，硅垢不僅會堵塞過濾膜而且還會堵塞蒸發器。因此，硅垢的形成不僅會降低膜的性能，而且一旦形成很難清除，在清理的過程中容易損壞膜組件。
（4）飲料
目前，輕工業部汽水生產用水只是對原水水質的硬度指標加以限制，而沒有對硅化物的含量加以規定，這主要是因為大多數地區的硅化物含量在每升幾毫克至幾十毫克之間，如果更高時，則必須考慮除硅，否則在pH值變化時與硬度成分具有加快沉淀物生成的協同作用。據資料顯示291，某家汽水廠發現罐裝后的汽水次日即有沉淀生成，且逐漸增加，沉淀物（干基）可高達每2-3g/kg，嚴重影響了汽水的外觀和口感，因此，給廠家的生產和供應造成困難。具體分析該廠原水的成分和沉淀物的成分，硅化物是形成飲料生成沉淀的主要原因，而鈣鎂含量高和重碳酸鹽堿度大是促進生成沉淀的協同因素。
（5）電子工業
二氧化硅含量是制造高或超純水過程中一個重要的質量指標，對于電子工業等高精度行業用水這一指標尤其重要。對于超大規模集成電路來說，硅的含量必須限定在很低范圍內，例如兆位電路對二氧化硅的要求含量僅為5ug/L。MOVPE作為一類重要的外延生長方法被廣泛的應用于高技術電子產品的制造，然而，要降低雜質在外延材料中的濃度，必須將各種原料中硅的含量降低。硅濃度對最終產品等是十分重要的。此外，二氧化硅的存在會對單晶硅表面生產半導體造成極大危害，降低電子管和固體電路的質量，微電子系統要求水中含硅量不超過1ug/L。
（6）油田系統
油田采出系統出水中的硅主要以溶解和膠體硅的形態存在，其形成主要是由于與地層土壤和巖石接觸所致。在三元復合驅中，由于堿的引入導致采出系統結垢嚴重，硅垢成分中50%（質量分數）的含量為硅鋁酸鹽，此種水垢無比堅硬，極難處理，因此，這種結垢常常使得集輸系統管線損壞甚至報廢。若將含硅的采出水用于發生蒸汽，就會在熱采鍋爐或注汽管線內形成硅垢，其危害遠遠高于其他垢類，最終將導致爐管和注汽管線穿孔，甚至報廢，給油田的生產帶來困難。
因此，油田采出水進行除硅處理是很有必要的。
（7）其他行業
在造紙工業中，用水中硅含量過高，對生產設備的危害表現為各種管道的堵塞，影響泵的正常運行；對最終產品的影響表現為紙漿的色澤發黃，耐折度下降，紙質變脆等。對于濕法冶金工業，如果用水中硅的含量過高，則會出現乳化現象，從而影響生產效率。在人造絲工業中，如果用水中硅的含量過高，則會影響纖維強度和粘膠的粘度。在地熱電站中，由于所用井水中融入大量的硅酸鹽化合物，外加使用過程中水溫增加，使得整個地熱發電系統出現結垢現象（硅垢），因而除硅和抑制硅垢就成為地熱電站的一個主要難題。
在含硅工業廢水實驗結果表明，鐵電極和鋁電極均能有效的去除冷卻水中可溶性硅。傳統的除硅方法去除效率低，運行費用高或者引入二次污染，為了有效的利用水資源，降低能源浪費，需要探索一種高效、潔凈和低成本的除硅方法。近些年，電絮凝技術越來越廣泛的應用于水處理和水凈化領域，并表現出極具優勢的潛力。
電絮凝的反應原理是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被溶蝕，產生Al、Fe等離子，在經一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發展成為各種羥基絡合物、多核羥基絡合物以至氫氧化物，使廢水中的膠態雜質、懸浮雜質凝聚沉淀而分離。同時，帶電的污染物顆粒在電場中泳動，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩聚沉，其中產生的(AlO)n(SiO)n/2(OH)2n析出，達到去除二氧化硅的目的。
（1）電絮凝設備簡單，易操作，易于應對使用過程中出現的各種問題。
（2）電絮凝處理出水清澈、無色、無味。
（3）由于沉淀主要為金屬的氫氧化物或者水合氧化物，因此，這種沉淀沉降性能良好，易脫水。
（4）電絮凝過程形成的絮體比化學絮凝形成的絮體比表面積大，活性高，結合水較少，因此，穩定性較高，易于分離。
（5）與化學絮凝相比，電絮凝出水總溶解性固體含量較低，這在水回用過程中將會大大降低回收成本。
（6）電絮凝對于微小的膠體物質也非常有效，因為電解出的金屬氫氧化物對污染物膠體有很強的失穩作用。
（7）與化學絮凝相比，電絮凝不需要加入大量的化學藥劑，從而不會引起二次污染，因此，也不需要后續中和或者去除陰離子工藝。
（8）電絮凝過程中產生微小氣泡，能過攜帶污染物至溶液表面，從而使得濃縮和去除更加容易。
（9）電絮凝只需要電力設備，不要任何移動設施，因此，操作設備較簡單。
（10）電絮凝可以用于電力設備不齊全的邊遠地區，因為，它可以利用太陽發電板作為電力來源。
項目
實驗參數
SiO2(mg/l)
F-(mg/l)
總硬(mg/l)
鈣硬(mg/l)
鎂硬(mg/l)
PH
原水
-
98.05
24.5
182
60.5
121.5
8.37
實驗1
-
50.9
9.77
141
50.5
90.5
8.44
去除率
48%
60%
23%
17%
26%
實驗2
-
18.98
13.6
101
50.5
50.5
8.58
去除率
81%
44%
45%
17%
58%
實驗3
-
7.43
10.05
96.8
20.2
76.6
9.01
去除率
92%
59%
47%
67%
37%
實驗4
-
14.4
12.91
101
20.2
80.8
8.66
去除率
85%
47%
45%
67%
33%
實驗5
-
7.65
9.76
80.7
10.1
70.6
8.95
去除率
92%
60%
56%
83%
42%
實驗6
-
4.18
7.1
60.5
0
60.5
9.24
去除率
96%
71%
67%
100%
50%
實驗7
-
7.65
10.51
90.8
10.1
80.7
8.82
去除率
92%
57%
50%
83%
34%
實驗8
-
5.33
7.33
80.7
10.1
70.6
9.05
去除率
95%
70%
56%
83%
42%
實驗9
-
2.8
5.54
60.5
0
60.5
9.37
去除率
97%
77%
67%
100%
50%
實驗10
-
5.8
7.05
60.5
0
60.5
9.31
去除率
94%
71%
67%
100%
50%
