Översikt över silikatskalning
Kiseldioxidföreningar är en stor förorening i naturligt vatten, som ofta löses i vatten vid kontakt med stenar som innehåller silikater och aluminiumsilikater. Grundvatten innehåller i allmänhet mer kiseldioxidföreningar än ytvatten, med SiO2-halt i konventionella vattenkällor typiskt<50 mg/L.
I industriprojekt för återanvändning av avloppsvatten (särskilt kolkemiska avloppsvattenåteranvändningssystem) leder den generellt höga SiO2-halten i avloppsvattnet lätt till silikatavlagring i system med omvänd osmos, vilket allvarligt påverkar deras livslängd och stabila drift.
I det för närvarande populära nollutsläppsfältet i Kina är silikatskalning ett av de svåraste problemen att lösa på grund av svårigheten att ta bort SiO2.
Mekanism för silikatskalning
RO-system är mycket känsliga för SiO2-innehåll eftersom SiO2 i mättat tillstånd kan polymerisera till mycket olöslig kolloidal kiseldioxid, avsättas på membranytan och visa sig vara svår att rengöra. Den tillåtna koncentrationen av SiO2 i koncentratdelen av RO (recirkulerande luft) beror på löslighetsprodukten av SiO2 och påverkas i hög grad av vattentemperatur och pH.
Lösligheten av SiO2 är direkt proportionell mot vattentemperaturen; till exempel är lösligheten 100 mg/L vid 25 grader och 160 mg/L vid 40 grader.
Förhållandet mellan SiO2-löslighet och pH:
Vid pH 7–8 finns SiO2 som löst kiselsyra, med H2SiO3 och HSiO3- närvarande i vattnet. Vid lägre pH finns det som en fri syralösning eller i ett kolloidalt tillstånd av kalciummagnesiumsilikat. Vid högre pH, om kalcium- och magnesiumjoner är närvarande i vattnet, existerar det i ett kolloidalt tillstånd av kalciummagnesiumsilikat.
Egenskaper och faror med silikatavlagring
Kalciumkarbonat har en Mohs-hårdhet (diamant är 10) på 3, kalciumfluorid har en Mohs-hårdhet på 4 och silikat har en Mohs-hårdhet relaterad till vatteninnehåll, från 4,5 till 7,5. Silikatfjäll är den hårdaste av alla typer av fjäll.
När silikatavlagring väl inträffar i ett system med omvänd osmos kommer avsaltningshastigheten och permeatflödeshastigheten att minska snabbt, och avsaltningshastigheten kommer att sjunka avsevärt även efter kemisk rengöring.
Allvarlig avlagring kan orsaka en snabb ökning av tryckskillnaden och kan till och med leda till att koncentratsilen spolas ut.
Mikroskopisk observation av kraftigt skalade membran avslöjar fina repor på membranytan, vilket tyder på oåterkalleliga fysiska skador.
Krav på SiO2 och andra jonkoncentrationer i matarvattnet
SiO2-koncentrationen i matarvattnet för omvänd osmos bestäms utifrån den maximala lösligheten på koncentratsidan och koncentrationsfaktorn och är i allmänhet 20 ppm. Förkunskaper: Syre (DO) < 0,5 mg/L, pH < 6, samt järn- och aluminiumjonkoncentrationer < 0,05 mg/L, då innehållet av järn- och aluminiumjoner har en betydande inverkan på silikatavlagringen.
Inverkan av järn, aluminium etc. på silikatavlagring
Kiselavlagring uppstår oftast på grund av närvaron av aluminium eller järn i vattnet. Järn och aluminium reagerar med kisel och bildar olösliga metallsilikater (aluminiumsilikat och järnsilikat). Dessa metallsilikater förändrar lösligheten av SiO2, vilket ytterligare accelererar membranförorening.
Även vid låga kiselkoncentrationer (10 ppm) kan aluminiumkoncentrationer på 50 ppb försämra systemets prestanda.
Om kisel finns, se till att vattnet är fritt från aluminium eller järn och använd en 1 μm säkerhetsfilterpatron tillsammans med förebyggande syrarengöring.
Rengörande silikatfjäll
Konventionell kemisk rengöring är i stort sett ineffektiv mot silikatbeläggning, medan fluorvätesyra är mycket effektiv. Även vid låga temperaturer och koncentrationer uppvisar fluorvätesyra god upplösningsförmåga för silikatavlagringar.
Kemisk rengöring kan utföras med en blandning av 0,1 % HF och 0,4 % HCl, eller 0,1 % NaF och 0,4 % HCl.
Notera:
(1) Koncentrationen av rengöringslösningen måste justeras efter den faktiska nedsmutsningsgraden. Det rekommenderas att utföra en provrengöring för att bestämma lämplig koncentration.
(2) Fluorvätesyra är extremt frätande. Inandning av dess ångor eller hudkontakt kan orsaka brännskador som är svåra att läka. Det uppskattas att intag av 1,5 g fluorvätesyra kan orsaka omedelbar död. Inandning av höga koncentrationer av fluorvätesyradimma kan orsaka bronkit och hemorragiskt lungödem. Det kan också absorberas genom huden, vilket orsakar allvarlig förgiftning. Därför måste skyddsåtgärder vidtas vid kemisk rengöring, och operationen måste utföras av kvalificerad personal.
Förebyggande av silikatavlagring
(1) Att kontrollera SiO2-koncentrationen i matarvattnet och återvinningshastigheten för det omvända osmossystemet för att minska SiO2-koncentrationen i koncentratet och förhindra att den överskrider löslighetsprodukten är den huvudsakliga metoden för att förhindra avlagring av SiO2;
(2) Att använda förbättrade eller förbättrade förbehandlingsprocesser, såsom kalkmjukning, kan minska SiO2 i matarvattnet med 50 %, eller tillsats av magnesiumoxid eller natriumaluminat under kalk-sodaavhärdande förbehandling för att minska SiO2-koncentrationen i matarvattnet;
(3) Öka vattentemperaturen på lämpligt sätt (men inte överskrida de angivna gränserna). (4) Lämplig ökning av pH-värdet i influenten hjälper till att öka lösligheten av SiO2 och bromsa silikatavlagringen;
(5) Tillsats av en avlagringshämmare specifikt för kiseldioxidavlagring under förbehandling. Den maximalt tillåtna SiO2-koncentrationen på koncentratsidan varierar beroende på beläggningshämmaren. Vänligen kontakta tillverkaren av kalkinhibitorer för detaljer;
(6) Kolloidal kiseldioxid kan avlägsnas genom adsorption med ett starkt basiskt anjonbytarharts eller genom att använda ett ultrafiltreringsmembran med en molekylviktssänkning till mindre än 10 000.