Pregled silikatnog kamenca
Spojevi silicijevog dioksida glavna su nečistoća u prirodnoj vodi, često se otapaju u vodi nakon kontakta sa stijenama koje sadrže silikate i aluminosilikate. Podzemna voda općenito sadrži više spojeva silicijevog dioksida nego površinska voda, s sadržajem SiO2 u uobičajenim izvorima vode<50 mg/L.
U projektima ponovne upotrebe industrijske otpadne vode (osobito u sustavima za ponovnu upotrebu kemijske otpadne vode iz ugljena), općenito visok sadržaj SiO2 u otpadnoj vodi lako dovodi do stvaranja silikatnog kamenca u sustavima reverzne osmoze, što ozbiljno utječe na njihov životni vijek i stabilan rad.
U trenutno popularnom polju nultog -pražnjenja u Kini, silikat je jedan od problema koji je najteže riješiti zbog poteškoća u uklanjanju SiO2.
Mehanizam stvaranja silikatnih kamenaca
RO sustavi vrlo su osjetljivi na sadržaj SiO2 jer, u zasićenom stanju, SiO2 može polimerizirati u visoko netopljivi koloidni silicij, taložiti se na površini membrane i teško ga je očistiti. Dopuštena koncentracija SiO2 u koncentriranoj sekciji RO (recirkulacijski zrak) ovisi o proizvodu topljivosti SiO2 i na nju uvelike utječu temperatura vode i pH.
Topivost SiO2 izravno je proporcionalna temperaturi vode; na primjer, topljivost je 100 mg/L na 25 stupnjeva i 160 mg/L na 40 stupnjeva.
Odnos između topljivosti SiO2 i pH:
Pri pH 7-8, SiO2 postoji kao otopljena silicijeva kiselina, s H2SiO3 i HSiO3- prisutnim u vodi. Pri nižim pH postoji kao otopina slobodne kiseline ili u koloidnom stanju kalcijevog magnezijevog silikata. Pri višem pH, ako su u vodi prisutni ioni kalcija i magnezija, ona postoji u koloidnom stanju kalcij magnezij silikata.
Karakteristike i opasnosti silikatnog kamenca
Kalcijev karbonat ima Mohsovu tvrdoću (dijamant je 10) od 3, kalcijev fluorid ima Mohsovu tvrdoću 4, a silikat ima Mohsovu tvrdoću povezanu s sadržajem vode, u rasponu od 4,5 do 7,5. Silikatni kamenac je najtvrđi od svih vrsta kamenca.
Nakon što dođe do stvaranja silikatnog kamenca u sustavu reverzne osmoze, brzina desalinizacije i brzina protoka permeata će se brzo smanjiti, a stopa desalinizacije značajno će pasti čak i nakon kemijskog čišćenja.
Ozbiljno stvaranje kamenca može uzrokovati brzo povećanje razlike tlaka i čak dovesti do ispiranja sita za koncentrat.
Mikroskopsko promatranje jako ljuskastih membrana otkriva sitne ogrebotine na površini membrane, što ukazuje na nepovratno fizičko oštećenje.
Zahtjevi za koncentraciju SiO2 i drugih iona u napojnoj vodi
Koncentracija SiO2 u napojnoj vodi za reverznu osmozu određena je na temelju maksimalne topljivosti na strani koncentrata i faktora koncentracije, a općenito iznosi 20 ppm. Preduvjeti: Kisik (DO) < 0,5 mg/L, pH < 6, te koncentracije iona željeza i aluminija < 0,05 mg/L, budući da sadržaj iona željeza i aluminija značajno utječe na stvaranje kamenca na silikatima.
Utjecaj željeza, aluminija itd. na stvaranje kamenca od silikata
Silikatni kamenac uglavnom nastaje zbog prisutnosti aluminija ili željeza u vodi. Željezo i aluminij reagiraju sa silicijem i stvaraju netopljive metalne silikate (aluminijev silikat i željezni silikat). Ovi metalni silikati mijenjaju topljivost SiO2, dodatno ubrzavajući onečišćenje membrane.
Čak i pri niskim koncentracijama silicija (10 ppm), koncentracije aluminija od 50 ppb mogu pogoršati performanse sustava.
Ako je silicij prisutan, osigurajte da voda ne sadrži aluminij ili željezo i koristite uložak sigurnosnog filtra od 1 μm, uz preventivno čišćenje kiselinom.
Čišćenje silikatnog kamenca
Konvencionalno kemijsko čišćenje uglavnom je neučinkovito protiv silikatnog kamenca, dok je fluorovodična kiselina vrlo učinkovita. Čak i pri niskim temperaturama i koncentracijama, fluorovodična kiselina pokazuje dobru moć otapanja silikatnog kamenca.
Kemijsko čišćenje može se izvesti pomoću mješavine 0,1% HF i 0,4% HCl ili 0,1% NaF i 0,4% HCl.
Bilješka:
(1) Koncentracija otopine za čišćenje mora se prilagoditi prema stvarnom stupnju onečišćenja. Preporuča se provesti probno čišćenje kako bi se odredila odgovarajuća koncentracija.
(2) Fluorovodična kiselina je izuzetno korozivna. Udisanje njegovih para ili dodir s kožom mogu izazvati opekline koje se teško zacjeljuju. Procjenjuje se da gutanje 1,5 g fluorovodične kiseline može uzrokovati trenutačnu smrt. Udisanje visoke koncentracije maglice fluorovodične kiseline može uzrokovati bronhitis i hemoragični plućni edem. Također se može apsorbirati kroz kožu, uzrokujući teško trovanje. Stoga se tijekom kemijskog čišćenja moraju poduzeti zaštitne mjere, a postupak mora izvoditi kvalificirano osoblje.
Sprječavanje silikatnog kamenca
(1) Kontrola koncentracije SiO2 u napojnoj vodi i stope oporavka sustava reverzne osmoze kako bi se smanjila koncentracija SiO2 u koncentratu i spriječilo da ona premaši produkt topljivosti glavna je metoda za sprječavanje stvaranja kamenca na SiO2;
(2) Usvajanje pojačanih ili poboljšanih procesa predobrade, kao što je omekšavanje vapna, može smanjiti SiO2 u napojnoj vodi za 50%, ili dodavanje magnezijevog oksida ili natrijevog aluminata tijekom predtretmana omekšavanja vapna-natrijum-soda kako bi se smanjila koncentracija SiO2 u napojnoj vodi;
(3) Odgovarajuće povećanje temperature vode (ali ne prekoračenje navedenih granica). (4) Odgovarajuće povećanje pH vrijednosti tekućine pomaže povećati topljivost SiO2 i usporiti stvaranje silikata;
(5) Dodavanje inhibitora kamenca posebno za stvaranje kamenca na silicijumu tijekom prethodne obrade. Najveća dopuštena koncentracija SiO2 na strani koncentrata varira ovisno o inhibitoru kamenca. Za detalje se obratite proizvođaču inhibitora kamenca;
(6) Koloidni silicij može se ukloniti adsorpcijom s jako bazičnom smolom za anionsku izmjenu ili uporabom ultrafiltracijske membrane s molekularnom masom smanjenom na manje od 10 000.