Přehled silikátového škálování
Sloučeniny křemičitanu jsou hlavní nečistotou v přírodní vodě, často se rozpouštějí ve vodě při kontaktu s horninami obsahujícími silikáty a hlinitokřemičitany. Podzemní voda obecně obsahuje více sloučenin oxidu křemičitého než povrchová voda, přičemž obvykle je obsah SiO2 v konvenčních vodních zdrojích<50 mg/L.
V projektech opětovného použití průmyslových odpadních vod (zejména v systémech opětovného použití uhelných chemických odpadních vod) obecně vysoký obsah SiO2 v odpadních vodách snadno vede k usazování silikátu v systémech reverzní osmózy, což má vážný dopad na jejich životnost a stabilní provoz.
V současné době populární nulové-výbojové oblasti v Číně je silikátové usazování jedním z nejobtížněji řešitelných problémů kvůli obtížnosti odstraňování SiO2.
Mechanismus silikátového škálování
RO systémy jsou vysoce citlivé na obsah SiO2, protože v nasyceném stavu může SiO2 polymerovat na vysoce nerozpustný koloidní oxid křemičitý, který se ukládá na povrchu membrány a obtížně se čistí. Přípustná koncentrace SiO2 v sekci koncentrátu RO (Recirculating Air) závisí na součinu rozpustnosti SiO2 a je značně ovlivněna teplotou vody a pH.
Rozpustnost SiO2 je přímo úměrná teplotě vody; například rozpustnost je 100 mg/l při 25 stupních a 160 mg/l při 40 stupních.
Vztah mezi rozpustností SiO2 a pH:
Při pH 7–8 existuje SiO2 jako rozpuštěná kyselina křemičitá s H2SiO3 a HSiO3- přítomnými ve vodě. Při nižším pH existuje jako roztok volné kyseliny nebo v koloidním stavu křemičitanu vápenato-hořečnatého. Při vyšším pH, pokud jsou ve vodě přítomny ionty vápníku a hořčíku, existuje ve vodě v koloidním stavu křemičitanu vápenato-hořečnatého.
Charakteristika a rizika silikátového usazování
Uhličitan vápenatý má Mohsovu tvrdost (kosočtverec je 10) 3, fluorid vápenatý má Mohsovu tvrdost 4 a silikát má Mohsovu tvrdost podle obsahu vody v rozmezí od 4,5 do 7,5. Silikátové okují jsou nejtvrdší ze všech typů okují.
Jakmile dojde v systému reverzní osmózy k usazování křemičitanu, rychlost odsolování a průtok permeátu se rychle sníží a rychlost odsolování výrazně klesne i po chemickém čištění.
Silné usazování vodního kamene může způsobit rychlý nárůst tlakového rozdílu a může dokonce vést k vypláchnutí síta koncentrátu.
Mikroskopické pozorování silně okujených membrán odhalí jemné škrábance na povrchu membrány, což ukazuje na nevratné fyzické poškození.
Požadavky na SiO2 a další koncentrace iontů v napájecí vodě
Koncentrace Si02 v napájecí vodě s reverzní osmózou se určuje na základě maximální rozpustnosti na straně koncentrátu a koncentračního faktoru a je obecně 20 ppm. Předpoklady: Kyslík (DO) < 0,5 mg/l, pH < 6 a koncentrace iontů železa a hliníku < 0,05 mg/l, protože obsah iontů železa a hliníku má významný vliv na tvorbu vodního kamene.
Vliv železa, hliníku atd. na silikátové usazování
K usazování oxidu křemičitého většinou dochází v důsledku přítomnosti hliníku nebo železa ve vodě. Železo a hliník reagují s křemíkem za vzniku nerozpustných křemičitanů kovů (křemičitan hlinitý a křemičitan železa). Tyto křemičitany kovů mění rozpustnost Si02 a dále urychlují zanášení membrány.
I při nízkých koncentracích křemíku (10 ppm) mohou koncentrace hliníku 50 ppb zhoršit výkon systému.
Pokud je přítomen křemík, ujistěte se, že voda neobsahuje hliník nebo železo, a použijte 1 μm bezpečnostní filtrační vložku spolu s preventivním čištěním kyselinou.
Čistící silikátová škála
Běžné chemické čištění je do značné míry neúčinné proti silikátovým usazeninám, zatímco kyselina fluorovodíková je vysoce účinná. I při nízkých teplotách a koncentracích vykazuje kyselina fluorovodíková dobrou rozpouštěcí schopnost pro křemičitany.
Chemické čištění lze provádět pomocí směsi 0,1 % HF a 0,4 % HCl, nebo 0,1 % NaF a 0,4 % HCl.
Poznámka:
(1) Koncentraci čisticího roztoku je třeba upravit podle skutečného stupně znečištění. Pro stanovení vhodné koncentrace se doporučuje provést zkušební čištění.
(2) Kyselina fluorovodíková je extrémně žíravá. Vdechování jeho par nebo kontakt s pokožkou může způsobit popáleniny, které se obtížně hojí. Odhaduje se, že požití 1,5 g kyseliny fluorovodíkové může způsobit okamžitou smrt. Inhalace vysokých koncentrací mlhy kyseliny fluorovodíkové může způsobit bronchitidu a hemoragický plicní edém. Může se také vstřebat kůží a způsobit tak těžkou otravu. Při chemickém čištění je proto nutné přijmout ochranná opatření a obsluhu musí provádět kvalifikovaný personál.
Prevence silikátového usazování
(1) Řízení koncentrace SiO2 v napájecí vodě a rychlosti regenerace systému reverzní osmózy za účelem snížení koncentrace SiO2 v koncentrátu a zabránění překročení hodnoty rozpustnosti je hlavní metodou, jak zabránit tvorbě vodního kamene SiO2;
(2) Přijetím vylepšených nebo vylepšených procesů předúpravy, jako je změkčování vápna, lze snížit SiO2 v napájecí vodě o 50 %, nebo přidáním oxidu hořečnatého nebo hlinitanu sodného během předúpravy změkčováním vápna- sody ke snížení koncentrace SiO2 v napájecí vodě;
(3) Přiměřeně zvýšit teplotu vody (ale nepřekračovat stanovené limity). (4) Vhodné zvýšení pH přítoku pomáhá zvýšit rozpustnost SiO2 a zpomalit usazování křemičitanu;
(5) Přidání inhibitoru kotelního kamene speciálně pro tvorbu kotelního kamene během předúpravy. Maximální přípustná koncentrace SiO2 na straně koncentrátu se liší v závislosti na inhibitoru vodního kamene. Podrobnosti získáte od výrobce inhibitoru vodního kamene;
(6) Koloidní oxid křemičitý lze odstranit adsorpcí silně bazickou anexovou pryskyřicí nebo použitím ultrafiltrační membrány s molekulovou hmotností nižší než 10 000.