Como engenheiros de estações de tratamento de águas residuais industriais, somos frequentemente confrontados com desafios químicos complexos. Uma das substâncias mais problemáticas no planeamento e operação de sistemas de osmose inversa é o silício, particularmente na forma de dióxido de silício (SiO₂) ou sílica (H₄SiO₄). Estes compostos ocorrem em várias formas e concentrações na água bruta e de processo e podem causar problemas significativos no tratamento da água.
Índice
O problema do silício e dos compostos de silício
O silício está presente nas águas de superfície, nas águas urbanas, nas águas subterrâneas, nas águas de processo e nas águas residuais sob várias formas, incluindo:
- Dióxido de silício coloidal: Partículas finamente dispersas que são difíceis de separar e levam ao bloqueio da superfície da membrana.
- Ácido silícico dissolvido: Pode formar silicatos pouco solúveis, que podem precipitar quimicamente na concentração da osmose inversa.
- Compostos de silício complexados: Em combinação com outros iões, como o cálcio ou o magnésio, formam-se silicatos pouco solúveis, que se depositam nas membranas em determinadas condições.
- Silício polimerizado: Em concentrações mais elevadas e com flutuações de pH, o silício pode polimerizar-se, o que torna a remoção ainda mais difícil.
Origem do silício nas águas residuais e nas águas de processo
A concentração e a forma do silício na água dependem fortemente da origem da água:
- Água subterrânea: contém frequentemente ácido silícico dissolvido, que entra na água através do contacto com rochas ricas em silicatos, como o quartzo.
- Águas superficiais: Podem conter sílica coloidal e dissolvida, especialmente em regiões com elevado teor de minerais.
- Águas residuais industriais: Processos como a produção de vidro, o fabrico de produtos electrónicos ou a produção de produtos químicos conduzem frequentemente a concentrações elevadas de silício. Os resíduos de processos de limpeza e tratamentos químicos são particularmente críticos.
- Água de arrefecimento e de lavagem: O silício das águas subterrâneas, fluviais ou urbanas acumula-se aqui através de processos de evaporação e reciclagem.
Porque é que o silício é tão problemático?
A precipitação de compostos de silício depende muito de condições específicas, como o valor do pH, a temperatura e a força iónica. Isto torna difícil definir um limite exato de precipitação. Além disso, diferentes compostos de silício podem formar uma variedade de produtos de precipitação, incluindo
- Silicatos amorfos
- Depósitos cristalinos como o quartzo
- Produtos mistos complexos com cálcio, magnésio ou alumínio
Estes depósitos são extremamente teimosos e quimicamente estáveis, tornando-os difíceis de remover.
Foto: O nosso sistema de osmose inversa ALMA OSMO Process para a produção de água de processo a partir de águas residuais (reciclagem de água)
Efeitos do silício nos sistemas de osmose inversa
A concentração de silício presente pode ter um efeito negativo no funcionamento de um sistema de osmose inversa de várias formas:
1. descamação (depósitos)
O silício pode formar silicatos insolúveis em concentrações elevadas ou em valores de pH desfavoráveis. Estes depositam-se na superfície da membrana e reduzem o caudal de água (fluxo), bem como a taxa de retenção de sais. Isto é particularmente crítico no tratamento de água salobra ou do mar, onde as concentrações de silício são mais elevadas.
2. danos na estrutura da membrana
Uma vez precipitados, os compostos de silício podem não só prejudicar o desempenho de filtração da membrana, mas também causar danos mecânicos. Os depósitos actuam como uma barreira que prejudica o funcionamento da membrana e conduz a perdas de pressão.
3. aumento dos custos de funcionamento
Os depósitos levam a uma maior perda de pressão através dos módulos de membrana. Isto requer mais energia para atingir a saída de permeado desejada. Além disso, a limpeza química frequente (CIP) aumenta os custos de funcionamento.
4. problemas imprevisíveis devido a ligações complexas
O grande número de compostos de silício possíveis e o seu comportamento na água dificultam a previsão exacta dos problemas. A incrustação ocorre frequentemente de forma inesperada, o que leva a intervalos de manutenção imprevistos e a avarias.
Soluções para o problema do silício
O tratamento eficaz do silício nos sistemas de osmose inversa requer uma combinação de medidas preventivas e reactivas. As seguintes estratégias têm-se revelado eficazes na prática:
1. otimização do pré-tratamento
O pré-tratamento da água bruta é crucial para remover ou reduzir o silício antes da osmose inversa:
- Ultrafiltração (UF): Eficaz na remoção de silício coloidal.
- Floculação e sedimentação em sistemas de PC: Os precipitantes químicos, tais como sais de alumínio ou cloreto férrico, podem agregar o silício coloidal em partículas maiores que são mais fáceis de separar.
- Permutadores de iões: Os permutadores de iões podem contribuir para a redução do silício dissolvido.
Foto: Os nossos permutadores de aniões ALMA ION, fortemente básicos, para remoção de dióxido de silício com filtros multicamadas ALMA FIL a montante
2. Anti-incrustantes para silício
Os anti-incrustantes especialmente desenvolvidos podem inibir eficazmente a formação de depósitos de silicatos. Estes produtos químicos ligam-se aos compostos de silício dissolvidos e impedem a sua precipitação. Desenvolvimentos recentes neste domínio revelam resultados promissores na inibição de compostos de silicato mesmo complexos.
3. otimizar os parâmetros de funcionamento
Os depósitos de silício podem ser minimizados através do ajuste das condições de funcionamento:
- Redução da taxa de recuperação: Uma taxa de recuperação mais baixa reduz a concentração de silício no fluxo de concentrado e, por conseguinte, o risco de incrustação.
- Controlo do pH: Um valor de pH ligeiramente ácido pode inibir a precipitação de silicatos.
- Gestão da temperatura: O controlo da temperatura de funcionamento pode reduzir a tendência do silício para polimerizar.
4. limpeza regular (CIP)
Um processo optimizado de limpeza no local (CIP) é crucial para remover os depósitos existentes e proteger as membranas de danos permanentes. Para este efeito, podem ser utilizados agentes de limpeza altamente alcalinos ou solventes de silicone especialmente desenvolvidos.
5. controlo em linha
A moderna tecnologia de sensores permite a monitorização contínua da concentração de silício no fluxo de alimentação e de concentrado. Isto torna possível reconhecer potenciais problemas numa fase inicial e iniciar contramedidas.
Importância do controlo do silício
O controlo do silício nos sistemas de osmose inversa não é apenas uma questão técnica, mas também económica e ecológica. Medidas eficientes para a redução do silício:
- Prolongar a vida útil das membranas.
- Reduzir os custos operacionais através de menores custos de energia e menor consumo de produtos químicos.
- Contribuir para a segurança operacional e a eficiência de todo o sistema.
Conclusão
O silício e os seus vários compostos representam um desafio significativo para o funcionamento dos sistemas de osmose inversa. A dificuldade de definir limites claros de precipitação torna essencial um bom planeamento e uma monitorização cuidadosa. No entanto, com uma combinação bem pensada de pré-tratamento, parâmetros de funcionamento personalizados, anti-incrustantes e monitorização moderna, estes problemas podem ser ultrapassados com sucesso.
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