Jako inżynierowie zajmujący się przemysłowymi oczyszczalniami ścieków często stajemy przed złożonymi wyzwaniami chemicznymi. Jedną z najbardziej problematycznych substancji w planowaniu i eksploatacji systemów odwróconej osmozy jest krzem, szczególnie w postaci dwutlenku krzemu (SiO₂) lub krzemionki (H₄SiO₄). Związki te występują w różnych formach i stężeniach w wodzie surowej i procesowej i mogą powodować znaczące problemy w uzdatnianiu wody.
Spis treści
Problem krzemu i związków krzemu
Krzem jest obecny w wodach powierzchniowych, miejskich, gruntowych, procesowych i ściekach w różnych formach, w tym:
- Koloidalny dwutlenek krzemu: Drobno rozproszone cząstki, które są trudne do oddzielenia i prowadzą do zablokowania powierzchni membrany.
- Rozpuszczony kwas krzemowy: Może tworzyć słabo rozpuszczalne krzemiany, które mogą wytrącać się chemicznie w stężeniu w odwróconej osmozie.
- Skompleksowane związki krzemu: W połączeniu z innymi jonami, takimi jak wapń lub magnez, powstają słabo rozpuszczalne krzemiany, które w pewnych warunkach osadzają się na membranach.
- Spolimeryzowany krzem: W wyższych stężeniach i przy wahaniach pH krzem może polimeryzować, co jeszcze bardziej utrudnia jego usuwanie.
Pochodzenie krzemu w ściekach i wodzie technologicznej
Stężenie i forma krzemu w wodzie silnie zależy od pochodzenia wody:
- Wody gruntowe: Często zawierają rozpuszczony kwas krzemowy, który dostaje się do wody poprzez kontakt ze skałami bogatymi w krzemiany, takimi jak kwarc.
- Wody powierzchniowe: Mogą zawierać zarówno koloidalną, jak i rozpuszczoną krzemionkę, szczególnie w regionach o dużym dopływie minerałów.
- Ścieki przemysłowe: Procesy takie jak produkcja szkła, produkcja elektroniki lub produkcja chemiczna często prowadzą do zwiększonego stężenia krzemu. Pozostałości z procesów czyszczenia i obróbki chemicznej są szczególnie krytyczne.
- Woda chłodząca i płucząca: Krzem z wód gruntowych, rzecznych lub miejskich gromadzi się tutaj w procesach parowania i recyklingu.
Dlaczego krzem jest tak problematyczny?
Wytrącanie związków krzemu w dużym stopniu zależy od konkretnych warunków, takich jak wartość pH, temperatura i siła jonowa. Utrudnia to określenie dokładnej granicy wytrącania. Ponadto różne związki krzemu mogą tworzyć różne produkty wytrącania, w tym
- Amorficzne krzemiany
- Osady krystaliczne, takie jak kwarc
- Złożone produkty mieszane z wapniem, magnezem lub aluminium
Osady te są niezwykle uporczywe i stabilne chemicznie, przez co trudno je usunąć.
Zdjęcie: Nasz system odwróconej osmozy ALMA OSMO Process do produkcji wody procesowej ze ścieków (recykling wody)
Wpływ krzemu na systemy odwróconej osmozy
Stężenie obecnego krzemu może mieć negatywny wpływ na działanie systemu odwróconej osmozy na różne sposoby:
1. złuszczanie (osady)
Krzem może tworzyć nierozpuszczalne krzemiany przy wysokich stężeniach lub niekorzystnych wartościach pH. Osadzają się one na powierzchni membrany i zmniejszają przepływ wody (strumień), a także współczynnik retencji soli. Jest to szczególnie istotne w przypadku uzdatniania wody słonawej lub morskiej, gdzie stężenie krzemu jest wyższe.
2. uszkodzenie struktury membrany
Po wytrąceniu się związków krzemu mogą one nie tylko pogorszyć wydajność filtracji membrany, ale także spowodować uszkodzenia mechaniczne. Osady działają jak bariera, która utrudnia działanie membrany i prowadzi do strat ciśnienia.
3. zwiększone koszty operacyjne
Osady prowadzą do wyższych strat ciśnienia w modułach membranowych. Wymaga to więcej energii, aby osiągnąć pożądaną wydajność permeatu. Ponadto częste czyszczenie chemiczne (CIP) zwiększa koszty operacyjne.
4. nieprzewidywalne problemy wynikające ze złożonych połączeń
Duża liczba możliwych związków krzemu i ich zachowanie w wodzie utrudniają dokładne przewidywanie problemów. Skalowanie często pojawia się niespodziewanie, co prowadzi do nieprzewidzianych przerw konserwacyjnych i awarii.
Rozwiązania problemu krzemu
Skuteczne obchodzenie się z krzemem w systemach odwróconej osmozy wymaga połączenia środków zapobiegawczych i reaktywnych. Poniższe strategie sprawdziły się w praktyce:
1. optymalizacja obróbki wstępnej
Wstępne uzdatnianie wody surowej ma kluczowe znaczenie dla usunięcia lub redukcji krzemu przed odwróconą osmozą:
- Ultrafiltracja (UF): Skuteczna w usuwaniu koloidalnego krzemu.
- Flokulacja i sedymentacja w systemach CP: Chemiczne środki strącające, takie jak sole glinu lub chlorek żelaza, mogą agregować krzem koloidalny w większe cząstki, które są łatwiejsze do oddzielenia.
- Wymieniacze j onowe: Wymieniacze jonowe mogą przyczynić się do redukcji rozpuszczonego krzemu.
Zdjęcie: Nasze silnie zasadowe wymienniki anionowe ALMA ION do usuwania dwutlenku krzemu z filtrami wielowarstwowymi ALMA FIL.
2. antyskalanty dla krzemu
Specjalnie opracowane antyskalanty mogą skutecznie hamować powstawanie osadów krzemianowych. Te substancje chemiczne wiążą się z rozpuszczonymi związkami krzemu i zapobiegają ich wytrącaniu. Ostatnie osiągnięcia w tej dziedzinie pokazują obiecujące wyniki w hamowaniu nawet złożonych związków krzemianowych.
3. optymalizacja parametrów operacyjnych
Osady krzemu można zminimalizować poprzez dostosowanie warunków pracy:
- Zmniejszenie współczynnika odzys ku: Niższy współczynnik odzysku zmniejsza stężenie krzemu w strumieniu koncentratu, a tym samym ryzyko osadzania się kamienia.
- Kontrola pH: Lekko kwaśna wartość pH może hamować wytrącanie się krzemianów.
- Zarządzanie temperaturą: Kontrolowanie temperatury roboczej może zmniejszyć tendencję krzemu do polimeryzacji.
4. regularne czyszczenie (CIP)
Zoptymalizowany proces czyszczenia na miejscu (CIP) ma kluczowe znaczenie dla usuwania istniejących osadów i ochrony membran przed trwałym uszkodzeniem. W tym celu można stosować silnie alkaliczne środki czyszczące lub specjalnie opracowane rozpuszczalniki silikonowe.
5. monitorowanie online
Nowoczesna technologia czujników umożliwia ciągłe monitorowanie stężenia krzemu w strumieniu zasilającym i koncentracie. Umożliwia to rozpoznanie potencjalnych problemów na wczesnym etapie i podjęcie środków zaradczych.
Znaczenie kontroli krzemu
Kontrola krzemu w systemach odwróconej osmozy to nie tylko kwestia techniczna, ale także ekonomiczna i ekologiczna. Skuteczne środki redukcji krzemu:
- Wydłużenie żywotności membran.
- Obniżenie kosztów operacyjnych dzięki niższym kosztom energii i mniejszemu zużyciu środków chemicznych.
- Przyczynianie się do bezpieczeństwa operacyjnego i wydajności całego systemu.
Wnioski
Krzem i jego różne związki stanowią poważne wyzwanie dla działania systemów odwróconej osmozy. Trudność zdefiniowania wyraźnych limitów opadów sprawia, że niezbędne jest rozsądne planowanie i staranne monitorowanie. Jednak dzięki dobrze przemyślanej kombinacji obróbki wstępnej, dostosowanych parametrów operacyjnych, antyskalantów i nowoczesnego monitorowania, problemy te można z powodzeniem przezwyciężyć.
Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!
