Überblick über Silikatablagerungen
Kieselsäureverbindungen sind eine Hauptverunreinigung in natürlichem Wasser und lösen sich häufig im Wasser auf, wenn sie mit Gesteinen in Kontakt kommen, die Silikate und Alumosilikate enthalten. Grundwasser enthält im Allgemeinen mehr Kieselsäureverbindungen als Oberflächenwasser, wobei herkömmliche Wasserquellen typischerweise einen SiO2-Gehalt aufweisen<50 mg/L.
Bei industriellen Abwasserwiederverwendungsprojekten (insbesondere bei kohlechemischen Abwasserwiederverwendungssystemen) führt der allgemein hohe SiO2-Gehalt im Abwasser leicht zu Silikatablagerungen in Umkehrosmoseanlagen, was deren Lebensdauer und stabilen Betrieb erheblich beeinträchtigt.
Im derzeit beliebten Nullentladungsgebiet in China ist die Silikatablagerung aufgrund der Schwierigkeit, SiO2 zu entfernen, eines der am schwierigsten zu lösenden Probleme.
Mechanismus der Silikatablagerung
RO-Systeme reagieren sehr empfindlich auf den SiO2-Gehalt, da SiO2 im gesättigten Zustand zu hoch unlöslichem kolloidalem Siliciumdioxid polymerisieren kann, sich auf der Membranoberfläche ablagert und sich als schwer zu reinigen erweist. Die zulässige Konzentration von SiO2 im Konzentratbereich von RO (Umluft) hängt vom Löslichkeitsprodukt von SiO2 ab und wird stark von der Wassertemperatur und dem pH-Wert beeinflusst.
Die Löslichkeit von SiO2 ist direkt proportional zur Wassertemperatur; Beispielsweise beträgt die Löslichkeit 100 mg/L bei 25 Grad und 160 mg/L bei 40 Grad.
Die Beziehung zwischen SiO2-Löslichkeit und pH-Wert:
Bei pH 7–8 liegt SiO2 als gelöste Kieselsäure vor, wobei H2SiO3 und HSiO3- im Wasser vorhanden sind. Bei niedrigerem pH-Wert liegt es als freie Säurelösung oder im kolloidalen Zustand von Calciummagnesiumsilikat vor. Wenn bei einem höheren pH-Wert Kalzium- und Magnesiumionen im Wasser vorhanden sind, liegt es im kolloidalen Zustand von Kalziummagnesiumsilikat vor.
Eigenschaften und Gefahren von Silikatablagerungen
Calciumcarbonat hat eine Mohs-Härte (Diamant ist 10) von 3, Calciumfluorid hat eine Mohs-Härte von 4 und Silikat hat eine Mohs-Härte, bezogen auf den Wassergehalt, zwischen 4,5 und 7,5. Silikatablagerungen sind die härtesten aller Ablagerungsarten.
Sobald in einer Umkehrosmoseanlage Silikatablagerungen auftreten, nehmen die Entsalzungsrate und die Permeatflussrate schnell ab, und die Entsalzungsrate sinkt auch nach der chemischen Reinigung erheblich.
Starke Ablagerungen können zu einem schnellen Anstieg der Druckdifferenz führen und sogar zum Ausspülen des Konzentratsiebs führen.
Bei der mikroskopischen Betrachtung stark schuppiger Membranen fallen feine Kratzer auf der Membranoberfläche auf, die auf irreversible physikalische Schäden hinweisen.
Anforderungen an SiO2 und andere Ionenkonzentrationen im Speisewasser
Die SiO2-Konzentration im Speisewasser der Umkehrosmose wird anhand der maximalen Löslichkeit auf der Konzentratseite und des Konzentrationsfaktors bestimmt und beträgt im Allgemeinen 20 ppm. Voraussetzungen: Sauerstoff (DO) < 0,5 mg/L, pH < 6 und Eisen- und Aluminiumionenkonzentrationen < 0,05 mg/L, da der Gehalt an Eisen- und Aluminiumionen einen erheblichen Einfluss auf die Silikatablagerung hat.
Der Einfluss von Eisen, Aluminium usw. auf die Silikatablagerungen
Silikatablagerungen entstehen meist durch das Vorhandensein von Aluminium oder Eisen im Wasser. Eisen und Aluminium reagieren mit Silizium zu unlöslichen Metallsilikaten (Aluminiumsilikat und Eisensilikat). Diese Metallsilikate verändern die Löslichkeit von SiO2 und beschleunigen so die Membranverschmutzung weiter.
Selbst bei niedrigen Siliziumkonzentrationen (10 ppm) können Aluminiumkonzentrationen von 50 ppb die Systemleistung beeinträchtigen.
Wenn Silizium vorhanden ist, stellen Sie sicher, dass das Wasser frei von Aluminium oder Eisen ist, und verwenden Sie eine 1-μm-Sicherheitsfilterpatrone sowie eine vorbeugende Säurereinigung.
Reinigende Silikatschuppen
Herkömmliche chemische Reinigung ist gegen Silikatablagerungen weitgehend wirkungslos, während Flusssäure sehr wirksam ist. Selbst bei niedrigen Temperaturen und Konzentrationen weist Flusssäure ein gutes Lösungsvermögen für Silikatablagerungen auf.
Die chemische Reinigung kann mit einer Mischung aus 0,1 % HF und 0,4 % HCl oder 0,1 % NaF und 0,4 % HCl durchgeführt werden.
Notiz:
(1) Die Konzentration der Reinigungslösung muss entsprechend dem tatsächlichen Verschmutzungsgrad angepasst werden. Es wird empfohlen, eine Probereinigung durchzuführen, um die geeignete Konzentration zu ermitteln.
(2) Flusssäure ist extrem ätzend. Das Einatmen der Dämpfe oder Hautkontakt kann zu schwer heilenden Verbrennungen führen. Es wird geschätzt, dass die Einnahme von 1,5 g Flusssäure zum sofortigen Tod führen kann. Das Einatmen hoher Konzentrationen von Flusssäurenebel kann Bronchitis und hämorrhagisches Lungenödem verursachen. Es kann auch über die Haut aufgenommen werden und schwere Vergiftungen verursachen. Daher müssen bei der chemischen Reinigung Schutzmaßnahmen getroffen und der Vorgang von qualifiziertem Personal durchgeführt werden.
Verhinderung von Silikatablagerungen
(1) Die Kontrolle der SiO2-Konzentration im Speisewasser und der Rückgewinnungsrate des Umkehrosmosesystems, um die SiO2-Konzentration im Konzentrat zu reduzieren und zu verhindern, dass es das Löslichkeitsprodukt überschreitet, ist die wichtigste Methode zur Verhinderung von SiO2-Ablagerungen;
(2) Durch den Einsatz verbesserter oder verbesserter Vorbehandlungsprozesse, wie z. B. Kalkenthärtung, kann SiO2 im Speisewasser um 50 % reduziert werden, oder durch Zugabe von Magnesiumoxid oder Natriumaluminat während der Vorbehandlung mit Kalk-Soda-Enthärtung, um die SiO2-Konzentration im Speisewasser zu reduzieren;
(3) Angemessene Erhöhung der Wassertemperatur (jedoch nicht über die angegebenen Grenzwerte hinaus). (4) Eine entsprechende Erhöhung des pH-Werts des Zuflusses trägt dazu bei, die Löslichkeit von SiO2 zu erhöhen und die Silikatablagerung zu verlangsamen;
(5) Zugabe eines Ablagerungsinhibitors speziell gegen Silikatablagerungen während der Vorbehandlung. Die maximal zulässige SiO2-Konzentration auf der Konzentratseite variiert je nach Kesselsteininhibitor. Für Einzelheiten wenden Sie sich bitte an den Hersteller des Kalkschutzmittels.
(6) Kolloidale Kieselsäure kann durch Adsorption mit einem stark basischen Anionenaustauscherharz oder durch Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran mit einem Molekulargewicht von weniger als 10.000 entfernt werden.