Oversikt over silikatskalering
Silikaforbindelser er en stor urenhet i naturlig vann, og løses ofte opp i vann ved kontakt med bergarter som inneholder silikater og aluminosilikater. Grunnvann inneholder generelt mer silikaforbindelser enn overflatevann, med SiO2-innhold i konvensjonelle vannkilder typisk<50 mg/L.
I gjenbruksprosjekter for industrielt avløpsvann (spesielt systemer for gjenbruk av kjemiske avløpsvann) fører det generelt høye SiO2-innholdet i avløpsvannet lett til silikatavleiring i omvendt osmosesystemer, noe som påvirker deres levetid og stabil drift alvorlig.
I det for tiden populære nullutslippsfeltet i Kina er silikatskalering et av de vanskeligste problemene å løse på grunn av vanskeligheten med å fjerne SiO2.
Mekanisme for silikatskalering
RO-systemer er svært følsomme for SiO2-innhold fordi SiO2 i mettet tilstand kan polymerisere til svært uløselig kolloidalt silika, avsettes på membranoverflaten og vise seg å være vanskelig å rengjøre. Den tillatte konsentrasjonen av SiO2 i konsentratdelen av RO (Recirculating Air) avhenger av løselighetsproduktet til SiO2 og påvirkes i stor grad av vanntemperatur og pH.
Løseligheten til SiO2 er direkte proporsjonal med vanntemperaturen; for eksempel er løseligheten 100 mg/L ved 25 grader og 160 mg/L ved 40 grader.
Forholdet mellom SiO2-løselighet og pH:
Ved pH 7–8 eksisterer SiO2 som oppløst kiselsyre, med H2SiO3 og HSiO3- tilstede i vannet. Ved lavere pH eksisterer den som en fri syreløsning eller i en kolloidal tilstand av kalsiummagnesiumsilikat. Ved høyere pH, hvis kalsium- og magnesiumioner er tilstede i vannet, eksisterer det i en kolloidal tilstand av kalsiummagnesiumsilikat.
Karakteristikker og farer ved silikatavleiring
Kalsiumkarbonat har en Mohs-hardhet (diamant er 10) på 3, kalsiumfluorid har en Mohs-hardhet på 4, og silikat har en Mohs-hardhet relatert til vanninnhold, fra 4,5 til 7,5. Silikatvekt er den hardeste av alle typer vekt.
Når silikatavleiring skjer i et omvendt osmosesystem, vil avsaltningshastigheten og permeatets strømningshastighet raskt avta, og avsaltingshastigheten vil synke betydelig selv etter kjemisk rensing.
Alvorlig avleiring kan forårsake en rask økning i trykkforskjellen, og kan til og med føre til spyling av kraftfôrsilen.
Mikroskopisk observasjon av sterkt avskalerte membraner avslører fine riper på membranoverflaten, noe som indikerer irreversibel fysisk skade.
Krav til SiO2 og andre ionekonsentrasjoner i fødevannet
SiO2-konsentrasjonen i tilførselsvannet for omvendt osmose bestemmes basert på maksimal løselighet på konsentratsiden og konsentrasjonsfaktoren, og er generelt 20 ppm. Forutsetninger: Oksygen (DO) < 0,5 mg/L, pH < 6, og jern- og aluminiumionekonsentrasjoner < 0,05 mg/L, da innholdet av jern- og aluminiumioner har betydelig innvirkning på silikatavleiring.
Påvirkningen av jern, aluminium osv. på silikatavleiring
Silikaavleiring oppstår for det meste på grunn av tilstedeværelsen av aluminium eller jern i vannet. Jern og aluminium reagerer med silisium og danner uløselige metallsilikater (aluminiumsilikat og jernsilikat). Disse metallsilikatene endrer løseligheten til SiO2, og akselererer membranbegroing ytterligere.
Selv ved lave silisiumkonsentrasjoner (10 ppm), kan aluminiumkonsentrasjoner på 50 ppb forringe systemets ytelse.
Hvis silisium er tilstede, sørg for at vannet er fritt for aluminium eller jern, og bruk en 1 μm sikkerhetsfilterpatron, sammen med forebyggende syrerengjøring.
Rensende silikatvekt
Konvensjonell kjemisk rengjøring er stort sett ineffektiv mot silikatavleiring, mens flussyre er svært effektivt. Selv ved lave temperaturer og konsentrasjoner har flussyre god oppløsningsevne for silikatavleiring.
Kjemisk rensing kan utføres ved å bruke en blanding av 0,1 % HF og 0,4 % HCl, eller 0,1 % NaF og 0,4 % HCl.
Note:
(1) Konsentrasjonen av rengjøringsløsningen må justeres i henhold til den faktiske begroingsgraden. Det anbefales å utføre en prøverengjøring for å bestemme riktig konsentrasjon.
(2) Flussyre er ekstremt etsende. Innånding av damp eller hudkontakt kan forårsake brannskader som er vanskelig å helbrede. Det er anslått at inntak av 1,5 g flussyre kan føre til umiddelbar død. Innånding av høye konsentrasjoner av flussyretåke kan forårsake bronkitt og hemorragisk lungeødem. Det kan også absorberes gjennom huden, og forårsake alvorlig forgiftning. Derfor må det tas beskyttelsestiltak under kjemisk rengjøring, og operasjonen må utføres av kvalifisert personell.
Forebygging av silikatavleiring
(1) Kontroll av SiO2-konsentrasjonen i tilførselsvannet og utvinningshastigheten til omvendt osmosesystemet for å redusere SiO2-konsentrasjonen i konsentratet og forhindre at den overskrider løselighetsproduktet er hovedmetoden for å forhindre SiO2-skalering;
(2) Ved å ta i bruk forbedrede eller forbedrede forbehandlingsprosesser, slik som kalkmykning, kan det redusere SiO2 i fødevannet med 50 %, eller tilsetning av magnesiumoksid eller natriumaluminat under kalk-sodamykningsforbehandling for å redusere SiO2-konsentrasjonen i fødevannet;
(3) Øke vanntemperaturen på passende måte (men ikke overskride de angitte grensene). (4) Hensiktsmessig økning av pH-verdien til innløpet bidrar til å øke løseligheten av SiO2 og bremse silikatavleiring;
(5) Tilsetning av en avleiringshemmer spesifikt for silika-avleiring under forbehandling. Den maksimalt tillatte SiO2-konsentrasjonen på konsentratsiden varierer avhengig av avleiringshemmeren. Vennligst kontakt produsenten av kalkinhibitoren for detaljer;
(6) Kolloidalt silika kan fjernes ved adsorpsjon med en sterkt basisk anionbytterharpiks eller ved å bruke en ultrafiltreringsmembran med en molekylvekt kuttet til mindre enn 10 000.