Przegląd kamienia krzemianowego
Związki krzemionki są głównym zanieczyszczeniem wody naturalnej, często rozpuszczając się w wodzie w kontakcie ze skałami zawierającymi krzemiany i glinokrzemiany. Wody gruntowe na ogół zawierają więcej związków krzemionki niż wody powierzchniowe, przy czym zazwyczaj zawartość SiO2 występuje w konwencjonalnych źródłach wody<50 mg/L.
W projektach ponownego wykorzystania ścieków przemysłowych (zwłaszcza w systemach ponownego wykorzystania ścieków chemicznych z węgla) ogólnie wysoka zawartość SiO2 w ściekach łatwo prowadzi do tworzenia się kamienia krzemianowego w systemach odwróconej osmozy, poważnie wpływając na ich żywotność i stabilną pracę.
W obecnie popularnym w Chinach polu-z zerowym wyładowaniem, osadzanie się krzemianów jest jednym z najtrudniejszych problemów do rozwiązania ze względu na trudności w usuwaniu SiO2.
Mechanizm kamienia krzemianowego
Systemy RO są bardzo wrażliwe na zawartość SiO2, ponieważ w stanie nasyconym SiO2 może polimeryzować w wysoce nierozpuszczalną krzemionkę koloidalną, osadzając się na powierzchni membrany i okazując się trudną do czyszczenia. Dopuszczalne stężenie SiO2 w sekcji koncentratu RO (powietrze recyrkulacyjne) zależy od produktu rozpuszczalności SiO2 i w dużym stopniu zależy od temperatury i pH wody.
Rozpuszczalność SiO2 jest wprost proporcjonalna do temperatury wody; na przykład rozpuszczalność wynosi 100 mg/l w temperaturze 25 stopni i 160 mg/l w temperaturze 40 stopni.
Zależność pomiędzy rozpuszczalnością SiO2 a pH:
Przy pH 7–8 SiO2 występuje w postaci rozpuszczonego kwasu krzemowego, a H2SiO3 i HSiO3- występują w wodzie. Przy niższym pH występuje w postaci wolnego roztworu kwasu lub w stanie koloidalnym krzemianu wapniowo-magnezowego. Przy wyższym pH, jeśli w wodzie obecne są jony wapnia i magnezu, występuje ona w stanie koloidalnym krzemianu wapniowo-magnezowego.
Charakterystyka i zagrożenia związane z powstawaniem kamienia krzemianowego
Węglan wapnia ma twardość w skali Mohsa (diament wynosi 10) wynoszącą 3, fluorek wapnia ma twardość w skali Mohsa wynoszącą 4, a krzemian ma twardość w skali Mohsa związaną z zawartością wody w zakresie od 4,5 do 7,5. Zgorzelina krzemianowa jest najtwardszą ze wszystkich rodzajów zgorzeliny.
Gdy w systemie odwróconej osmozy wystąpi kamień krzemianowy, szybkość odsalania i natężenie przepływu permeatu gwałtownie spadną, a szybkość odsalania znacznie spadnie nawet po czyszczeniu chemicznym.
Silne osadzanie się kamienia może spowodować szybki wzrost różnicy ciśnień, a nawet może doprowadzić do wypłukania sita koncentratu.
Obserwacja mikroskopowa membran z dużym złuszczeniem ujawnia drobne rysy na powierzchni membrany, wskazujące na nieodwracalne uszkodzenia fizyczne.
Wymagania dotyczące stężeń SiO2 i innych jonów w wodzie zasilającej
Stężenie SiO2 w wodzie zasilającej metodą odwróconej osmozy określa się na podstawie maksymalnej rozpuszczalności po stronie koncentratu i współczynnika stężenia i zazwyczaj wynosi 20 ppm. Warunki wstępne: Tlen (DO) < 0,5 mg/L, pH < 6 oraz stężenie jonów żelaza i glinu < 0,05 mg/L, gdyż zawartość jonów żelaza i glinu ma istotny wpływ na powstawanie kamienia krzemianowego.
Wpływ żelaza, aluminium itp. na osadzanie się kamienia krzemianowego
Kamień krzemionkowy występuje głównie w wyniku obecności aluminium lub żelaza w wodzie. Żelazo i aluminium reagują z krzemem, tworząc nierozpuszczalne krzemiany metali (krzemian glinu i krzemian żelaza). Te krzemiany metali zmieniają rozpuszczalność SiO2, dodatkowo przyspieszając zanieczyszczanie membran.
Nawet przy niskim stężeniu krzemu (10 ppm) stężenie glinu wynoszące 50 ppb może pogorszyć wydajność systemu.
Jeśli występuje krzem, upewnij się, że woda nie zawiera aluminium ani żelaza i użyj zabezpieczającego wkładu filtra o średnicy 1 μm oraz zapobiegawczego czyszczenia kwasem.
Oczyszczająca łuska krzemianowa
Konwencjonalne czyszczenie chemiczne jest w dużej mierze nieskuteczne w przypadku kamienia krzemianowego, podczas gdy kwas fluorowodorowy jest wysoce skuteczny. Nawet w niskich temperaturach i stężeniach kwas fluorowodorowy wykazuje dobrą zdolność rozpuszczania kamienia krzemianowego.
Czyszczenie chemiczne można przeprowadzić stosując mieszaninę 0,1% HF i 0,4% HCl lub 0,1% NaF i 0,4% HCl.
Notatka:
(1) Stężenie roztworu czyszczącego należy dostosować do rzeczywistego stopnia zabrudzenia. Zaleca się przeprowadzenie czyszczenia próbnego w celu ustalenia odpowiedniego stężenia.
(2) Kwas fluorowodorowy jest silnie żrący. Wdychanie jego oparów lub kontakt ze skórą może spowodować trudne do gojenia oparzenia. Szacuje się, że spożycie 1,5 g kwasu fluorowodorowego może spowodować natychmiastową śmierć. Wdychanie mgły kwasu fluorowodorowego o wysokim stężeniu może powodować zapalenie oskrzeli i krwotoczny obrzęk płuc. Może również przedostać się przez skórę, powodując poważne zatrucie. Dlatego podczas czyszczenia chemicznego należy zachować środki ochronne, a operację musi wykonywać wykwalifikowany personel.
Zapobieganie osadzaniu się krzemianów
(1) Kontrolowanie stężenia SiO2 w wodzie zasilającej i stopnia odzysku w systemie odwróconej osmozy w celu zmniejszenia stężenia SiO2 w koncentracie i zapobiegania jego przekroczeniu produktu rozpuszczalności jest główną metodą zapobiegania osadzaniu się kamienia SiO2;
(2) Zastosowanie ulepszonych lub ulepszonych procesów obróbki wstępnej, takich jak zmiękczanie wapnem, może zredukować SiO2 w wodzie zasilającej o 50% lub dodanie tlenku magnezu lub glinianu sodu podczas wstępnej obróbki zmiękczającej wapnem-sodą kalcynowaną w celu zmniejszenia stężenia SiO2 w wodzie zasilającej;
(3) Odpowiednio zwiększyć temperaturę wody (ale nie przekraczając określonych limitów). (4) Odpowiednie zwiększenie pH dopływu pozwala zwiększyć rozpuszczalność SiO2 i spowolnić osadzanie się krzemianów;
(5) Dodanie inhibitora kamienia specjalnie do usuwania kamienia krzemionkowego podczas obróbki wstępnej. Maksymalne dopuszczalne stężenie SiO2 po stronie koncentratu różni się w zależności od inhibitora kamienia. Aby uzyskać szczegółowe informacje, należy skonsultować się z producentem inhibitora kamienia;
(6) Krzemionkę koloidalną można usunąć poprzez adsorpcję za pomocą silnie zasadowej żywicy anionowymiennej lub za pomocą membrany ultrafiltracyjnej o masie cząsteczkowej zredukowanej do mniejszej niż 10 000.