Problem koncentracji membran zeroemisyjnych w ściekach – osadzanie się kamienia krzemianowego

Związki kwasu krzemowego są również głównym zanieczyszczeniem wody naturalnej. Często rozpuszczają się w wodzie po kontakcie ze skałami zawierającymi krzemiany i glinokrzemiany. Generalnie zawartość związków krzemianów w wodach gruntowych jest wyższa niż w wodach powierzchniowych. Zawartość SiO2 w konwencjonalnych źródłach wody wynosi<50mg/L.

W projektach ponownego wykorzystania ścieków przemysłowych (zwłaszcza w systemach ponownego wykorzystania ścieków węglowych) zawartość SiO2 w ściekach jest na ogół wysoka, co powoduje osadzanie się kamienia krzemianowego w systemach odwróconej osmozy, poważnie wpływając w ten sposób na żywotność systemów odwróconej osmozy i stabilną pracę systemu .

Na obecnym gorącym złożu o zerowej emisji w Chinach osadzanie się krzemianów jest jednym z najtrudniejszych problemów do rozwiązania ze względu na trudność w usuwaniu SiO2.

Systemy RO są wrażliwe na zawartość SiO2, ponieważ SiO2 może polimeryzować w bardzo nierozpuszczalnym koloidalnym krzemie w stanie nasyconym i osadzać się na powierzchni membrany oraz jest trudny do czyszczenia. Dopuszczalne stężenie SiO2 w sekcji koncentratu RO zależy od produktu rozpuszczalności SiO2 i w dużym stopniu zależy od temperatury i pH wody.

Rozpuszczalność SiO2 jest proporcjonalna do temperatury wody i wynosi 100 mg/L w temperaturze 25 stopni i 160 mg/L w temperaturze 40 stopni.

Zależność pomiędzy rozpuszczalnością SiO2 i pH:

Gdy pH=7-8, SiO2 oznacza rozpuszczony kwas krzemowy, a w wodzie obecne są H2SiO3 i HSiO3-; przy niskim pH jest to roztwór wolnego kwasu lub stan peptyzowany krzemianu wapniowo-magnezowego; przy wysokim pH, jeśli w wodzie znajdują się jony wapnia i magnezu, jest to stan peptyzowany na bazie krzemianu wapniowo-magnezowego.

Twardość w skali Mohsa węglanu wapnia (diament wynosi 10) wynosi 3, twardość w skali Mohsa fluorku wapnia wynosi 4, a twardość w skali Mohsa krzemianu jest powiązana z zawartością wody, która wynosi 4.5-7.5. Zgorzelina krzemianowa jest najtwardszą spośród wielu rodzajów zgorzeliny.

Gdy w systemie odwróconej osmozy pojawi się kamień krzemianowy, stopień odsalania gwałtownie spadnie, wydajność wody gwałtownie spadnie, a stopień odsalania systemu znacznie spadnie po czyszczeniu chemicznym.

W przypadku silnego osadzania się kamienia różnica ciśnień gwałtownie wzrośnie i nawet skoncentrowana woda zostanie wypłukana.

Kiedy pod mikroskopem obserwuje się membranę z silnym złuszczeniem, można znaleźć drobne rysy na powierzchni membrany (patrz rysunek 1), a membrana ma nieodwracalne fizyczne rysy. Zobacz rysunek 2, aby zobaczyć zdjęcie z mikroskopu elektronowego przedstawiające osadzanie się krzemianu.

Stężenie SiO2 na dopływie z odwróconej osmozy określa się na podstawie maksymalnej rozpuszczalności i wielokrotności stężenia po stronie stężonej wody, zwykle 20 ppm. Wymagania wstępne: Gdy zawartość tlenu (DO) w wodzie wynosi<0.5mg/L and the pH is <6, the iron ion and aluminum ion content are <0.05mg/L, because the iron and aluminum ion content has a greater impact on silicate scaling.

Większość kamienia krzemionkowego powstaje w wyniku obecności aluminium lub żelaza w wodzie. Żelazo i aluminium reagują z krzemem tworząc nierozpuszczalne krzemiany metali (krzemian glinu i krzemian żelaza), a powstałe krzemiany metali zmieniają rozpuszczalność SiO2, co dodatkowo szybko zanieczyszcza elementy membrany.

Nawet jeśli stężenie krzemu w wodzie jest niskie (10 ppm), stężenie glinu wynoszące 50 ppb spowoduje spadek wydajności systemu.

Jeżeli występuje krzem, należy upewnić się, że w wodzie nie ma aluminium ani żelaza, zaleca się także zastosowanie zabezpieczającego elementu filtrującego o średnicy 1 μm i podjęcie zapobiegawczych środków czyszczenia kwasem.

Konwencjonalne czyszczenie chemiczne jest w zasadzie nieskuteczne w przypadku kamienia krzemianowego, natomiast kwas fluorowodorowy może skutecznie oczyścić kamień krzemianowy. Nawet w niskiej temperaturze i niskim stężeniu kwas fluorowodorowy ma dobrą rozpuszczalność kamienia krzemianowego.

Czyszczenie chemiczne można przeprowadzić przez zmieszanie {{0}},1% HF+0,4% HCl lub 0,1% NaF+0,4% HCl.

Notatka:

(1) Stężenie roztworu czyszczącego należy dostosować do aktualnej sytuacji zanieczyszczenia. Zaleca się przeprowadzenie czyszczenia próbnego przed określeniem odpowiedniego stężenia środka czyszczącego;

(2) Kwas fluorowodorowy jest silnie żrący. Wdychanie pary lub kontakt ze skórą może spowodować nieuleczalne 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 i spowodować poważne zatrucie. Dlatego podczas czyszczenia chemicznego należy podjąć środki ochronne, a operację muszą wykonać profesjonaliści.

(1) Kontrolowanie stężenia SiO2 na dopływie i stopnia odzysku w systemie odwróconej osmozy w celu zmniejszenia stężenia SiO2 w koncentracie i uniknięcia przekroczenia iloczynu rozpuszczalności jest główną metodą zapobiegania osadzaniu się kamienia SiO2;

(2) Zastosowanie dodatkowych lub ulepszonych procesów obróbki wstępnej, takich jak zmiękczanie wapnem, może zmniejszyć zawartość SiO2 w wodzie zasilającej o 50% lub dodanie tlenku magnezu lub glinianu sodu podczas wstępnej obróbki zmiękczającej wapnem i sodą w celu zmniejszenia stężenia SiO2 we wlocie;

(3) Odpowiednio zwiększyć temperaturę wody (niedozwolone) (4) Prawidłowe zwiększenie pH dopływającej wody pozwala zwiększyć rozpuszczalność SiO2 i spowolnić powstawanie kamienia krzemianowego;

(5) Wstępna obróbka ukierunkowanym środkiem dyspergującym zapobiegającym osadzaniu się kamienia krzemionkowego. Maksymalne dopuszczalne stężenie SiO2 po stronie stężonej wody w przypadku różnych środków dyspergujących zapobiegających osadzaniu się kamienia jest różne. Aby uzyskać szczegółowe informacje, skontaktuj się z producentem środka zapobiegającego osadzaniu się kamienia;

(6) Krzemionkę koloidalną można usunąć poprzez adsorpcję przy użyciu silnie alkalicznej żywicy anionowymiennej lub przy użyciu membrany ultrafiltracyjnej o masie cząsteczkowej odcięcia mniejszej niż 10,000.