Das Problem der emissionsfreien Membrankonzentration im Abwasser – Silikatablagerungen

Auch im natürlichen Wasser stellen Kieselsäureverbindungen eine große Verunreinigung dar. Sie werden häufig nach Kontakt mit Gesteinen, die Silikate und Alumosilikate enthalten, in Wasser gelöst. Generell ist der Gehalt an Silikatverbindungen im Grundwasser höher als im Oberflächenwasser. Der Gehalt an SiO2 in herkömmlichen Wasserquellen beträgt<50mg/L.

Bei industriellen Abwasserwiederverwendungsprojekten (insbesondere bei kohlechemischen Abwasserwiederverwendungssystemen) ist der Gehalt an SiO2 im Abwasser im Allgemeinen hoch, was zu Silikatablagerungen in Umkehrosmoseanlagen führt und somit die Lebensdauer von Umkehrosmoseanlagen und den stabilen Betrieb der Anlage erheblich beeinträchtigt .

Im derzeit heißen Null-Emissions-Feld in China ist die Silikatablagerung aufgrund der Schwierigkeit, SiO2 zu entfernen, eines der am schwierigsten zu lösenden Probleme.

RO-Systeme reagieren empfindlich auf den Gehalt an SiO2, da SiO2 in gesättigtem Zustand zu sehr unlöslichem kolloidalem Silizium polymerisieren und sich auf der Membranoberfläche ablagern kann und schwer zu reinigen ist. Die zulässige SiO2-Konzentration im RO-Konzentratbereich hängt vom Löslichkeitsprodukt von SiO2 ab und wird stark von der Wassertemperatur und dem pH-Wert beeinflusst.

Die Löslichkeit von SiO2 ist proportional zur Wassertemperatur, beispielsweise 100 mg/L bei 25 Grad und 160 mg/L bei 40 Grad.

Der Zusammenhang zwischen der Löslichkeit von SiO2 und dem pH-Wert:

Bei einem pH-Wert von =7-8 ist SiO2 gelöste Kieselsäure und H2SiO3 und HSiO3- sind im Wasser vorhanden; Wenn der pH-Wert niedrig ist, handelt es sich um eine freie Säurelösung oder einen peptisierten Calciummagnesiumsilikat-Zustand. Wenn der pH-Wert hoch ist und sich Kalzium- und Magnesiumionen im Wasser befinden, handelt es sich um einen peptisierten Kalzium-Magnesium-Silikat-Zustand.

Die Mohs-Härte von Calciumcarbonat (Diamant ist 10) beträgt 3, die Mohs-Härte von Calciumfluorid beträgt 4 und die Mohs-Härte von Silikat hängt vom Wassergehalt ab, der 4,5-7,5 beträgt. Silikatablagerungen sind unter vielen Ablagerungsarten die härtesten.

Sobald in der Umkehrosmoseanlage Silikatablagerungen auftreten, sinkt die Entsalzungsrate rapide, die Wasserleistung sinkt rapide und die Entsalzungsrate der Anlage sinkt nach der chemischen Reinigung erheblich.

Bei starker Ablagerung steigt der Druckunterschied schnell an und sogar das konzentrierte Wassergitter wird ausgespült.

Wenn die Membran mit starker Ablagerung unter dem Mikroskop betrachtet wird, werden feine Kratzer auf der Membranoberfläche gefunden (siehe Abbildung 1) und die Membran weist irreversible physische Kratzer auf. In Abbildung 2 finden Sie das elektronenmikroskopische Foto der Silikatablagerungen.

Die SiO2-Konzentration im Zulauf der Umkehrosmose wird durch das maximale Löslichkeits- und Konzentrationsmultiplikator auf der Seite des konzentrierten Wassers bestimmt, im Allgemeinen 20 ppm. Voraussetzungen: Wenn der Sauerstoffgehalt (DO) im Wasser ist<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.

Der Großteil der Kieselsäureablagerungen ist auf das Vorhandensein von Aluminium oder Eisen im Wasser zurückzuführen. Eisen und Aluminium reagieren mit Silizium zu unlöslichen Metallsilikaten (Aluminiumsilikat und Eisensilikat), und die gebildeten Metallsilikate verändern die Löslichkeit von SiO2, was die Membranelemente noch schneller verschmutzt.

Selbst wenn die Siliziumkonzentration im Wasser niedrig ist (10 ppm), führt eine Aluminiumkonzentration von 50 ppb zu einer Verschlechterung der Systemleistung.

Wenn Silizium vorhanden ist, sollte darauf geachtet werden, dass sich kein Aluminium oder Eisen im Wasser befindet, und es wird empfohlen, ein 1μm-Sicherheitsfilterelement zu verwenden und vorbeugende Säurereinigungsmaßnahmen zu ergreifen.

Herkömmliche chemische Reinigung ist bei Silikatablagerungen grundsätzlich wirkungslos, während Flusssäure Silikatablagerungen effektiv reinigen kann. Selbst bei niedrigen Temperaturen und geringer Konzentration weist Flusssäure eine gute Löslichkeit für Silikatablagerungen auf.

Die chemische Reinigung kann durch Mischen von {{0}},1 % HF+0,4 % HCl oder 0,1 % NaF+0,4 % HCl durchgeführt werden.

Notiz:

(1) Die Konzentration der Reinigungslösung muss entsprechend der tatsächlichen Verschmutzungssituation angepasst werden. Es wird empfohlen, vor der Bestimmung der geeigneten Reinigungskonzentration eine Probereinigung durchzuführen;

(2) Flusssäure ist extrem ätzend. Das Einatmen von Dampf oder Kontakt mit der Haut kann zu unheilbaren Verbrennungen führen. Es wird geschätzt, dass eine Person, die 1,5 g Flusssäure zu sich nimmt, zum sofortigen Tod führen kann. Das Einatmen hochkonzentrierter Flusssäurenebel kann zu Bronchitis und hämorrhagischem Lungenödem führen. Es kann auch über die Haut aufgenommen werden und schwere Vergiftungen verursachen. Deshalb müssen bei der chemischen Reinigung Schutzmaßnahmen getroffen werden und der Eingriff von Fachleuten durchgeführt werden.

(1) Die Kontrolle der SiO2-Konzentration im Zufluss und der Rückgewinnungsrate des Umkehrosmosesystems, um die SiO2-Konzentration im Konzentrat zu reduzieren und eine Überschreitung des Löslichkeitsprodukts zu vermeiden, ist die wichtigste Methode zur Verhinderung von SiO2-Ablagerungen;

(2) Durch den Einsatz zusätzlicher oder verbesserter Vorbehandlungsprozesse wie Kalkenthärtung kann der SiO2-Gehalt im Speisewasser um 50 % reduziert werden, oder durch Zugabe von Magnesiumoxid oder Natriumaluminat während der Kalk-Soda-Enthärtung kann die SiO2-Konzentration im Zulauf gesenkt werden.

(3) Erhöhen Sie die Wassertemperatur ordnungsgemäß (nicht zulässig). (4) Eine ordnungsgemäße Erhöhung des pH-Werts des Zuflusswassers trägt dazu bei, die Löslichkeit von SiO2 zu erhöhen und die Silikatablagerung zu verlangsamen.

(5) Vorbehandlung mit einem gezielten Anti-Ablagerungs-Dispergiermittel für Silica-Ablagerungen. Die maximal zulässige SiO2-Konzentration auf der Seite des konzentrierten Wassers verschiedener Dispergiermittel gegen Ablagerungen ist unterschiedlich. Für Einzelheiten wenden Sie sich bitte an den Hersteller des Antikalkmittels.

(6) Kolloidales Siliciumdioxid kann durch Adsorption mit einem stark alkalischen Anionenaustauscherharz oder durch Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran mit einem Cut-off-Molekulargewicht von weniger als 10,000 entfernt werden.