Prehľad silikátového škálovania
Zlúčeniny kremíka sú hlavnou nečistotou v prírodnej vode, často sa rozpúšťajú vo vode pri kontakte s horninami obsahujúcimi silikáty a hlinitokremičitany. Podzemná voda vo všeobecnosti obsahuje viac zlúčenín oxidu kremičitého ako povrchová voda, pričom zvyčajne je obsah SiO2 v konvenčných vodných zdrojoch<50 mg/L.
V projektoch opätovného využitia priemyselných odpadových vôd (najmä v systémoch opätovného využitia uhoľných chemických odpadových vôd) všeobecne vysoký obsah SiO2 v odpadových vodách ľahko vedie k usadzovaniu silikátov v systémoch reverznej osmózy, čo vážne ovplyvňuje ich životnosť a stabilnú prevádzku.
V momentálne populárnom poli s nulovým{0}}výbojom v Číne je silikátové usadzovanie jedným z najťažších problémov na vyriešenie kvôli ťažkostiam pri odstraňovaní SiO2.
Mechanizmus silikátového škálovania
RO systémy sú vysoko citlivé na obsah SiO2, pretože v nasýtenom stave môže SiO2 polymerizovať na vysoko nerozpustný koloidný oxid kremičitý, ktorý sa usadzuje na povrchu membrány a ťažko sa čistí. Prípustná koncentrácia SiO2 v sekcii koncentrátu RO (Recirculating Air) závisí od produktu rozpustnosti SiO2 a je výrazne ovplyvnená teplotou vody a pH.
Rozpustnosť Si02 je priamo úmerná teplote vody; napríklad rozpustnosť je 100 mg/l pri 25 stupňoch a 160 mg/l pri 40 stupňoch.
Vzťah medzi rozpustnosťou SiO2 a pH:
Pri pH 7–8 existuje SiO2 ako rozpustená kyselina kremičitá, pričom vo vode sú prítomné H2SiO3 a HSiO3-. Pri nižšom pH existuje ako roztok voľnej kyseliny alebo v koloidnom stave kremičitanu vápenato-horečnatého. Pri vyššom pH, ak sú vo vode prítomné ióny vápnika a horčíka, voda existuje v koloidnom stave kremičitanu vápenato-horečnatého.
Charakteristika a riziká silikátového usadzovania
Uhličitan vápenatý má Mohsovu tvrdosť (kosoštvorec je 10) 3, fluorid vápenatý má Mohsovu tvrdosť 4 a kremičitan má Mohsovu tvrdosť súvisiacu s obsahom vody v rozsahu od 4,5 do 7,5. Silikátový kameň je najtvrdší zo všetkých typov vodného kameňa.
Keď v systéme reverznej osmózy dôjde k usadzovaniu kremičitanov, rýchlosť odsoľovania a prietok permeátu sa rýchlo zníži a rýchlosť odsoľovania výrazne klesne aj po chemickom čistení.
Silná tvorba vodného kameňa môže spôsobiť rýchly nárast tlakového rozdielu a môže dokonca viesť k vypláchnutiu sita koncentrátu.
Mikroskopické pozorovanie výrazne šupinatých membrán odhaľuje jemné škrabance na povrchu membrány, čo naznačuje nezvratné fyzické poškodenie.
Požiadavky na koncentrácie SiO2 a iných iónov v napájacej vode
Koncentrácia Si02 v napájacej vode reverznej osmózy sa určuje na základe maximálnej rozpustnosti na strane koncentrátu a koncentračného faktora a je všeobecne 20 ppm. Predpoklady: Kyslík (DO) < 0,5 mg/l, pH < 6 a koncentrácie iónov železa a hliníka < 0,05 mg/l, keďže obsah iónov železa a hliníka má významný vplyv na tvorbu vodného kameňa.
Vplyv železa, hliníka atď. na silikátové usadzovanie
K tvorbe vodného kameňa dochádza väčšinou v dôsledku prítomnosti hliníka alebo železa vo vode. Železo a hliník reagujú s kremíkom za vzniku nerozpustných kremičitanov kovov (silikát hlinitý a kremičitan železa). Tieto kremičitany kovov menia rozpustnosť Si02, čím ďalej urýchľujú zanášanie membrány.
Dokonca aj pri nízkych koncentráciách kremíka (10 ppm) môžu koncentrácie hliníka 50 ppb zhoršiť výkon systému.
Ak je prítomný kremík, uistite sa, že voda neobsahuje hliník alebo železo a použite 1 μm bezpečnostnú filtračnú vložku spolu s preventívnym čistením kyselinou.
Čistiaca silikátová škála
Bežné chemické čistenie je do značnej miery neúčinné proti silikátovým vodným kameňom, zatiaľ čo kyselina fluorovodíková je vysoko účinná. Aj pri nízkych teplotách a koncentráciách vykazuje kyselina fluorovodíková dobrú rozpúšťaciu schopnosť pre silikátové usadeniny.
Chemické čistenie je možné vykonať pomocou zmesi 0,1 % HF a 0,4 % HCl, alebo 0,1 % NaF a 0,4 % HCl.
Poznámka:
(1) Koncentráciu čistiaceho roztoku je potrebné upraviť podľa skutočného stupňa znečistenia. Na určenie vhodnej koncentrácie sa odporúča vykonať skúšobné čistenie.
(2) Kyselina fluorovodíková je mimoriadne žieravá. Vdýchnutie jeho pár alebo kontakt s pokožkou môže spôsobiť popáleniny, ktoré sa ťažko hoja. Odhaduje sa, že požitie 1,5 g kyseliny fluorovodíkovej môže spôsobiť okamžitú smrť. Inhalácia vysokých koncentrácií hmly kyseliny fluorovodíkovej môže spôsobiť bronchitídu a hemoragický pľúcny edém. Môže sa tiež absorbovať cez pokožku, čo spôsobuje ťažkú otravu. Preto je potrebné pri chemickom čistení prijať ochranné opatrenia a obsluhu musí vykonávať kvalifikovaný personál.
Prevencia silikátového usadzovania
(1) Riadenie koncentrácie SiO2 v napájacej vode a rýchlosti regenerácie systému reverznej osmózy s cieľom znížiť koncentráciu SiO2 v koncentráte a zabrániť tomu, aby prekročila hodnotu produktu rozpustnosti, je hlavnou metódou na zabránenie tvorby vodného kameňa SiO2;
(2) Prijatie vylepšených alebo vylepšených procesov predúpravy, ako je zmäkčovanie vápna, môže znížiť SiO2 v napájacej vode o 50 %, alebo pridanie oxidu horečnatého alebo hlinitanu sodného počas predúpravy zmäkčovaním vápna-sodnej soli na zníženie koncentrácie SiO2 v napájacej vode;
(3) Primerané zvýšenie teploty vody (ale neprekračujúce stanovené limity). (4) Primerané zvýšenie pH prítoku pomáha zvýšiť rozpustnosť Si02 a spomaliť tvorbu vodného kameňa;
(5) Pridanie inhibítora vodného kameňa špeciálne na tvorbu vodného kameňa oxidu kremičitého počas predbežnej úpravy. Maximálna povolená koncentrácia SiO2 na strane koncentrátu sa mení v závislosti od inhibítora vodného kameňa. Podrobnosti získate od výrobcu inhibítora vodného kameňa;
(6) Koloidný oxid kremičitý možno odstrániť adsorpciou so silne zásaditou aniónomeničovou živicou alebo použitím ultrafiltračnej membrány s molekulovou hmotnosťou zníženou na menej ako 10 000.