Als ingenieurs voor industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties worden we vaak geconfronteerd met complexe chemische uitdagingen. Een van de meest problematische stoffen bij de planning en werking van omgekeerde osmose systemen is silicium, vooral in de vorm van siliciumdioxide (SiO₂) of silica (H₄SiO₄). Deze verbindingen komen in verschillende vormen en concentraties voor in ruw en proceswater en kunnen aanzienlijke problemen veroorzaken bij de waterbehandeling.
Inhoudsopgave
Het probleem van silicium en siliciumverbindingen
Silicium komt in verschillende vormen voor in oppervlaktewater, stedelijk water, grondwater, proceswater en afvalwater:
- Colloïdaal siliciumdioxide: Fijn gedispergeerde deeltjes die moeilijk te scheiden zijn en leiden tot blokkering van het membraanoppervlak.
- Opgelost kiezelzuur: Dit kan slecht oplosbare silicaten vormen, die chemisch kunnen neerslaan bij de concentratie in de omgekeerde osmose.
- Complexe siliciumverbindingen: In combinatie met andere ionen zoals calcium of magnesium worden slecht oplosbare silicaten gevormd, die onder bepaalde omstandigheden op membranen worden afgezet.
- Gepolymeriseerd silicium: In hogere concentraties en bij pH-schommelingen kan silicium polymeriseren, wat het verwijderen nog moeilijker maakt.
Oorsprong van silicium in afvalwater en proceswater
De concentratie en vorm van silicium in water hangt sterk af van de herkomst van het water:
- Grondwater: bevat vaak opgelost kiezelzuur, dat in het water terechtkomt door contact met silicaatrijke rotsen zoals kwarts.
- Oppervlaktewater: Kan zowel colloïdale als opgeloste silica bevatten, vooral in regio's met veel mineralen.
- Industrieel afvalwater: Processen zoals glasproductie, elektronicaproductie of chemische productie leiden vaak tot verhoogde siliciumconcentraties. Vooral resten van reinigingsprocessen en chemische behandelingen zijn kritisch.
- Koel- en spoelwater: hier hoopt zich silicium op uit grondwater, rivierwater of stadswater door verdamping en recyclingprocessen.
Waarom is silicium zo problematisch?
Het neerslaan van siliciumverbindingen is sterk afhankelijk van specifieke omstandigheden zoals pH-waarde, temperatuur en ionensterkte. Dit maakt het moeilijk om een precipitatiegrens te bepalen. Bovendien kunnen verschillende siliciumverbindingen verschillende neerslagproducten vormen, waaronder
- Amorfe silicaten
- Kristallijne afzettingen zoals kwarts
- Complexe mengproducten met calcium, magnesium of aluminium
Deze afzettingen zijn extreem hardnekkig en chemisch stabiel, waardoor ze moeilijk te verwijderen zijn.
Afbeelding: Ons ALMA OSMO Process omgekeerde osmosesysteem voor de productie van proceswater uit afvalwater (waterrecycling)
Effecten van silicium op omgekeerde osmose systemen
De aanwezige concentratie silicium kan op verschillende manieren een negatief effect hebben op de werking van een omgekeerd osmosesysteem:
1. schilfering (afzettingen)
Silicium kan onoplosbare silicaten vormen bij hoge concentraties of ongunstige pH-waarden. Deze zetten zich af op het membraanoppervlak en verminderen de waterstroom (flux) en de zoutretentie. Dit is vooral belangrijk bij de behandeling van brak of zeewater, waar de siliciumconcentraties hoger zijn.
2. schade aan de membraanstructuur
Zodra siliciumverbindingen zijn neergeslagen, kunnen ze niet alleen de filtratieprestaties van het membraan aantasten, maar ook mechanische schade veroorzaken. De afzettingen werken als een barrière die de werking van het membraan belemmert en tot drukverlies leidt.
3. hogere bedrijfskosten
Afzettingen leiden tot een hoger drukverlies over de membraanmodules. Hierdoor is meer energie nodig om de gewenste permeaatoutput te bereiken. Bovendien verhoogt frequente chemische reiniging (CIP) de bedrijfskosten.
4. onvoorspelbare problemen door complexe verbindingen
Het grote aantal mogelijke siliciumverbindingen en hun gedrag in water maken het moeilijk om problemen nauwkeurig te voorspellen. Scaling treedt vaak onverwacht op, wat leidt tot onvoorziene onderhoudsintervallen en storingen.
Oplossingen voor het siliconenprobleem
De effectieve omgang met silicium in omgekeerde osmose systemen vereist een combinatie van preventieve en reactieve maatregelen. De volgende strategieën hebben zich in de praktijk bewezen:
1. optimalisatie van de voorbehandeling
Voorbehandeling van het ruwe water is cruciaal om silicium te verwijderen of te verminderen voor omgekeerde osmose:
- Ultrafiltratie (UF): Effectief voor het verwijderen van colloïdaal silicium.
- Flocculatie en bezinking in CP-systemen: Chemische neerslagmiddelen zoals aluminiumzouten of ijzerchloride kunnen colloïdaal silicium samenvoegen tot grotere deeltjes die gemakkelijker te scheiden zijn.
- Ionenwisselaars: Ionenwisselaars kunnen bijdragen aan de vermindering van opgelost silicium.
Foto: Onze sterk basische ALMA ION anionwisselaars voor het verwijderen van siliciumdioxide met upstream ALMA FIL meerlagenfilters
2. antiscalants voor silicium
Speciaal ontwikkelde antiscalants kunnen de vorming van silicaatafzettingen effectief remmen. Deze chemicaliën binden zich aan opgeloste siliciumverbindingen en voorkomen dat ze neerslaan. Recente ontwikkelingen op dit gebied laten veelbelovende resultaten zien in de remming van zelfs complexe silicaatverbindingen.
3. bedrijfsparameters optimaliseren
Siliciumafzetting kan worden geminimaliseerd door de bedrijfsomstandigheden aan te passen:
- Verlaging van het terugwinningspercentage: Een lager terugwinningspercentage verlaagt de concentratie silicium in de concentraatstroom en dus het risico op kalkaanslag.
- pH-regeling: Een licht zure pH-waarde kan het neerslaan van silicaten remmen.
- Temperatuurbeheersing: De bedrijfstemperatuur regelen kan de neiging van silicium om te polymeriseren verminderen.
4. regelmatige reiniging (CIP)
Een geoptimaliseerd cleaning-in-place (CIP) proces is cruciaal voor het verwijderen van bestaande afzettingen en het beschermen van de membranen tegen permanente schade. Hiervoor kunnen hoogalkalische reinigingsmiddelen of speciaal ontwikkelde siliconenoplosmiddelen worden gebruikt.
5. online controle
Moderne sensortechnologie maakt het mogelijk om de siliciumconcentratie in de toevoer- en concentraatstroom continu te controleren. Dit maakt het mogelijk om potentiële problemen in een vroeg stadium te herkennen en tegenmaatregelen te nemen.
Belang van siliciumcontrole
De beheersing van silicium in omgekeerde osmosesystemen is niet alleen een technische kwestie, maar ook een economische en ecologische. Efficiënte maatregelen voor siliciumvermindering:
- De levensduur van de membranen verlengen.
- Verlaag de bedrijfskosten door lagere energiekosten en een lager chemicaliënverbruik.
- Bijdragen aan de operationele veiligheid en efficiëntie van het hele systeem.
Conclusie
Silicium en zijn verschillende verbindingen vormen een belangrijke uitdaging voor de werking van omgekeerde osmose systemen. Omdat het moeilijk is om duidelijke neerslaglimieten te definiëren, zijn een goede planning en zorgvuldige bewaking essentieel. Met een goed doordachte combinatie van voorbehandeling, aangepaste bedrijfsparameters, antiscalants en moderne monitoring kunnen deze problemen echter met succes worden overwonnen.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
