האתגרים של ריכוז ממברנה באפס-טיפול בשפכי שפכים - אבנית סיליקט

סקירה כללית של קנה מידה סיליקט

תרכובות סיליקה הן טומאה עיקרית במים טבעיים, לעתים קרובות מתמוססות במים במגע עם סלעים המכילים סיליקטים ואלונוסיליקטים. מי תהום מכילים בדרך כלל יותר תרכובות סיליקה מאשר מים עיליים, עם תכולת SiO2 במקורות מים קונבנציונליים בדרך כלל<50 mg/L.

בפרויקטים של שימוש חוזר בשפכים תעשייתיים (במיוחד מערכות לשימוש חוזר בשפכים כימיים בפחם), תכולת ה- SiO2 הגבוהה בדרך כלל בשפכים מובילה בקלות להצטברות סיליקט במערכות אוסמוזה הפוכה, ופוגעת קשות באורך החיים ובפעולתן היציבה.

בתחום האפס-הנפוץ כיום בסין, קנה מידה סיליקט הוא אחת הבעיות הקשות ביותר לפתרון עקב הקושי בהסרת SiO2.

מנגנון של קנה מידה סיליקט

מערכות RO רגישות מאוד לתכולת SiO2 מכיוון שבמצב רווי, SiO2 יכול להתפלמר לסיליקה קולואידית מאוד לא מסיסה, להתמקם על פני הממברנה ולהתברר כקשה לניקוי. הריכוז המותר של SiO2 בקטע התרכיז של RO (Recirculating Air) תלוי בתוצר המסיסות של SiO2 ומושפע מאוד מטמפרטורת המים וה-pH.

המסיסות של SiO2 עומדת ביחס ישר לטמפרטורת המים; לדוגמה, המסיסות היא 100 מ"ג/ליטר ב-25 מעלות ו-160 מ"ג/ליטר ב-40 מעלות.

הקשר בין מסיסות SiO2 ל-pH:

ב-pH 7-8, SiO2 קיים כחומצה סיליקית מומסת, כאשר H2SiO3 ו-HSiO3- נמצאים במים. ב-pH נמוך יותר, הוא קיים כתמיסת חומצה חופשית או במצב קולואידי של סיליקט מגנזיום סידן. ב-pH גבוה יותר, אם קיימים יוני סידן ומגנזיום במים, הוא קיים במצב קולואידי של סיליקט מגנזיום סידן.

מאפיינים וסכנות של אבנית סיליקט

לסידן קרבונט יש קשיות Mohs (היהלום הוא 10) של 3, לסידן פלואוריד קשיות Mohs של 4, ולסיליקט קשיות Mohs הקשורה לתכולת המים, הנעה בין 4.5 ל-7.5. אבנית סיליקט היא האבנית הקשה מכל סוגי האבנית.

ברגע שמתרחשת אבנית סיליקט במערכת אוסמוזה הפוכה, קצב ההתפלה וקצב זרימת החלחלים יורדים במהירות, וקצב ההתפלה יירד משמעותית גם לאחר ניקוי כימי.

אבנית חמורה יכולה לגרום לעלייה מהירה בהפרש הלחץ, ואף עלולה להוביל לשטיפה החוצה של מסך התרכיז.

תצפית מיקרוסקופית של ממברנות בקנה מידה חמור מגלה שריטות עדינות על פני הממברנה, המעידות על נזק פיזי בלתי הפיך.

דרישות לריכוזי SiO2 ושאר יונים במי ההזנה

ריכוז SiO2 במי הזנת האוסמוזה ההפוכה נקבע על סמך המסיסות המרבית בצד התרכיז ומקדם הריכוז, והוא בדרך כלל 20 ppm. דרישות קדם: חמצן (DO) < 0.5 מ"ג/ליטר, pH < 6, וריכוז יוני ברזל ואלומיניום < 0.05 מ"ג/ליטר, שכן לתכולת יוני הברזל והאלומיניום יש השפעה משמעותית על אבנית הסיליקט.

השפעת הברזל, האלומיניום וכו' על אבנית סיליקט

אבנית סיליקה מתרחשת בעיקר עקב נוכחות אלומיניום או ברזל במים. ברזל ואלומיניום מגיבים עם סיליקון ויוצרים סיליקטים מתכת בלתי מסיסים (אלומיניום סיליקט וברזל סיליקט). סיליקטים מתכתיים אלו משנים את המסיסות של SiO2, ומאיצים עוד יותר את התכלות הממברנה.

אפילו בריכוזי סיליקון נמוכים (10 ppm), ריכוזי אלומיניום של 50 ppb עלולים לפגוע בביצועי המערכת.

אם קיים סיליקון, ודא שהמים נקיים מאלומיניום או ברזל, והשתמש במחסנית מסנן אבטחה 1 מיקרומטר, יחד עם ניקוי חומצה מונע.

סולם סיליקט ניקוי

ניקוי כימי קונבנציונלי אינו יעיל במידה רבה כנגד אבנית סיליקט, בעוד חומצה הידרופלואורית יעילה ביותר. אפילו בטמפרטורות וריכוזים נמוכים, חומצה הידרופלואורית מציגה כוח המסה טוב עבור אבנית סיליקט.

ניתן לבצע ניקוי כימי באמצעות תערובת של 0.1% HF ו-0.4% HCl, או 0.1% NaF ו-0.4% HCl.

פֶּתֶק:

(1) יש להתאים את ריכוז תמיסת הניקוי בהתאם לדרגת הלכלוך בפועל. מומלץ לבצע ניקוי נסיוני לקביעת הריכוז המתאים.

(2) חומצה הידרופלואורית היא קורוזיבית ביותר. שאיפת האדים שלו או מגע בעור עלולים לגרום לכוויות שקשה להחלים. ההערכה היא כי בליעה של 1.5 גרם חומצה הידרופלואורית עלולה לגרום למוות מיידי. שאיפת ריכוזים גבוהים של ערפל חומצה הידרופלואורית עלולה לגרום לברונכיטיס ולבצקת ריאות דימומית. זה יכול גם להיספג דרך העור, ולגרום להרעלה חמורה. לכן, יש לנקוט באמצעי הגנה במהלך הניקוי הכימי, והפעולה חייבת להתבצע על ידי צוות מוסמך.

מניעת אבנית סיליקט

(1) שליטה בריכוז ה- SiO2 במי הזנה ובקצב ההתאוששות של מערכת האוסמוזה ההפוכה כדי להפחית את ריכוז ה- SiO2 בתרכיז ולמנוע ממנו לחרוג ממוצר המסיסות היא השיטה העיקרית למניעת אבנית של SiO2;

(2) אימוץ תהליכי טיפול מקדים משופרים או משופרים, כגון ריכוך סיד, יכול להפחית את SiO2 במי ההזנה ב-50%, או הוספת תחמוצת מגנזיום או נתרן אלומינאט במהלך טיפול מקדים לריכוך אפר סודה בסיד כדי להפחית את ריכוז SiO2 במי ההזנה;

(3) הגדלת טמפרטורת המים בצורה מתאימה (אך לא חורגת מהמגבלות שצוינו). (4) הגדלת ה-pH של ה-influent מסייעת להגביר את המסיסות של SiO2 ולהאט את קנה המידה של סיליקט;

(5) הוספת מעכב אבנית במיוחד עבור אבנית סיליקה במהלך טיפול מקדים. ריכוז SiO2 המרבי המותר בצד התרכיז משתנה בהתאם למעכב האבנית. נא להתייעץ עם יצרן מעכבי האבנית לפרטים;

(6) ניתן להסיר סיליקה קולואידית על ידי ספיחה עם שרף חילופי אניונים בסיסי חזק או על ידי שימוש בממברנת סינון אולטרה עם משקל מולקולרי חתוך לפחות מ-10,000.