水处理系统之硅垢硅的汇总介绍:
硅分有机硅和无机硅,有机硅是一种合成化合物,无机硅是存在于水中复杂的一种无机物,无机硅主要指水中的溶解硅和胶体硅。硅的4种存在形态:含呈分子、离子状态的硅酸化合物,不安定的胶体硅、吸附状态的硅酸化合物,较安定粗粒的硅酸化合物。(1)离子分子状态的硅酸化合物,即溶解硅,主要来源于硅酸盐、硅酸铝盐以及各种氧化硅的溶解,一般以二氧化硅溶解为主。主要产物是H4SiO4,少部分以HSiO3形式存在。(2)不安定的胶体硅:水中以分子聚集态存在的硅酸化合物,是一种聚合产物。例如聚硅酸和硅胶之类的高聚硅酸分子,以及低聚硅酸分子。(3)吸附状态的硅酸化合物:天然水中存在的各种颗粒物如铁/铝氧化物颗粒、钙镁等碳酸盐或有机物颗粒,能将水中的硅酸吸附至其表面,通过过滤去除。(4)较安定粗粒的硅酸化合物:可能是硅和水中的沙石、悬浮物等组成,比表面积较大,一般用过滤方法也可以去除。水质测定中硅的判断依据1、全硅:水中以各种形式存在的硅酸化合物的总和。水质测定以二氧化硅为主,分为活性硅和非活性硅,按水中二氧化硅存在状态一般分胶体硅、溶解硅、微粒硅三种形式。2、活性硅:即溶解硅,主要指二氧化硅溶解于水形成的硅酸盐。3、非活性硅:全硅减去活性硅,在工业上可以理解为胶体硅和微粒硅。微粒硅:主要是指水中悬浮的二氧化硅。胶体硅的粒径一般在5~200nm。较安定粗粒的硅酸化合物即属于非活性硅的一种。可以通过混凝、澄清、过滤去除。
硅垢的成因
1、SiO2结垢的特性:(1)硅酸分子中含有4个羟基,很容易发生自聚反应而形成沉淀。(2)铁和铝等容易与硅发生反应,形成难溶硅酸铁和硅酸铝,改变SiO2的溶解度,加速污堵膜元件及蒸发器的结垢。(3)SiO2结垢一般不溶于常规的酸碱,清洗困难,且容易使RO不可恢复。(4)钙镁高含量和重碳酸碱度大是促进硅沉淀的协同影响因素。
2、硅垢的形成分为内因和外因。内因主要指溶液中存在各种形态的硅,外因是各种条件下过饱和析出的沉淀。当体系中存在各种形态的硅以及Ca2+、Mg2+、CO32-、SO42-时,硅垢更容易形成。(1)循环过程:各种离子浓缩增大达到过饱和产生硅酸钙和硅酸镁的沉淀,这些已经形成的微小颗粒又会成为成核中心,加速沉淀过程,形成坚硬密实的硅垢。(2)浓缩过程:浓缩形成的碳酸钙和氢氧化镁等沉淀型水垢,可以为硅酸垢提供晶核中心,从而促进混合型水垢的形成。(3)胶体析出:高盐分及PH和压力的降低,使得二氧化硅胶体可能析出,形成无定型或者聚合态硅酸沉淀。(4)工业生产装置压力骤降时,硅酸盐等物质最容积沉积,形成硅垢。
3、硅在水中存在形式的复杂和不稳定性,使硅垢的去除成为难点。硅垢的危害1、工业废水处理主要面临膜浓缩和蒸发器结垢的危害。硅垢不仅会堵塞膜表面还会堵塞蒸发器,降低膜的性能,而且一旦形成很难清除,清除时容易破坏膜性能。硅垢还容易影响蒸发器的换热效率,缩短蒸发器的使用寿命。
2、高盐废水中SiO2的主要形态为单硅酸和二聚硅酸、低聚硅酸、高聚硅酸及非活性硅。(1)PH<7,以高聚硅酸[lbk](H2SO3)[rbk]的形式存在,可聚集并沉积在膜表面形成硅,部分以单硅酸形式存在的二氧化硅还可以在膜表面聚合,形成无定形的污染层概念。(2)PH>7,碱性条件下的二氧化硅主要以硅酸跟离子(SiO32-)的形式存在,硅酸根离子和金属离子如Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe2+反应生成金属硅酸盐垢。硅垢很难从反渗透膜上彻底去除。
常见的除硅工艺
水中硅的存在形式主要以二氧化硅测定,二氧化硅的存在形式主要分胶体硅和溶解硅,针对不同形态采用不同的去除方式。
1、胶体硅:混凝澄清、过滤、气浮、UF超滤、ROFILM反渗透。
2、溶解硅:化学除硅,ROFILM反渗透、离子交换、电絮凝、EDI等。
化学除硅含镁剂除硅、铁盐除硅、铝盐除硅、石灰除硅,一般采用复合方式。
反渗透膜浓水侧硅要求影响二氧化硅溶解度的因素主要有PH、温度等。1、二氧化硅溶解方程式Si( OH)4⇌Si( OH)3- + OH-2、PH值7~8时,硅酸溶解度几乎不变,PH>8时,硅酸分子部分电离成硅酸离子,PH升高,溶解度增大。
3、温度升高,溶解度也会增大,由于脱盐膜运行温度区间有限,此处不展开讨论。
(截图来国际品牌的反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册)
4、ROFILM反渗透膜对二氧化硅的截留率接近100%。
后除硅工艺实验情况:以下为实验室实验效果,结论需进一步有中试设备中论证......工艺描述:一级反渗透---浓水反渗透---浓浓水反渗透由于进水硅较高,被浓缩后超出标准溶度积,进入下一步反渗透系统,浓水侧可能超出阻垢剂的极限值,计划在浓水反渗透前进行除硅。
硅分有机硅和无机硅,有机硅是一种合成化合物,无机硅是存在于水中复杂的一种无机物,无机硅主要指水中的溶解硅和胶体硅。硅的4种存在形态:含呈分子、离子状态的硅酸化合物,不安定的胶体硅、吸附状态的硅酸化合物,较安定粗粒的硅酸化合物。(1)离子分子状态的硅酸化合物,即溶解硅,主要来源于硅酸盐、硅酸铝盐以及各种氧化硅的溶解,一般以二氧化硅溶解为主。主要产物是H4SiO4,少部分以HSiO3形式存在。(2)不安定的胶体硅:水中以分子聚集态存在的硅酸化合物,是一种聚合产物。例如聚硅酸和硅胶之类的高聚硅酸分子,以及低聚硅酸分子。(3)吸附状态的硅酸化合物:天然水中存在的各种颗粒物如铁/铝氧化物颗粒、钙镁等碳酸盐或有机物颗粒,能将水中的硅酸吸附至其表面,通过过滤去除。(4)较安定粗粒的硅酸化合物:可能是硅和水中的沙石、悬浮物等组成,比表面积较大,一般用过滤方法也可以去除。水质测定中硅的判断依据1、全硅:水中以各种形式存在的硅酸化合物的总和。水质测定以二氧化硅为主,分为活性硅和非活性硅,按水中二氧化硅存在状态一般分胶体硅、溶解硅、微粒硅三种形式。2、活性硅:即溶解硅,主要指二氧化硅溶解于水形成的硅酸盐。3、非活性硅:全硅减去活性硅,在工业上可以理解为胶体硅和微粒硅。微粒硅:主要是指水中悬浮的二氧化硅。胶体硅的粒径一般在5~200nm。较安定粗粒的硅酸化合物即属于非活性硅的一种。可以通过混凝、澄清、过滤去除。
硅垢的成因
1、SiO2结垢的特性:(1)硅酸分子中含有4个羟基,很容易发生自聚反应而形成沉淀。(2)铁和铝等容易与硅发生反应,形成难溶硅酸铁和硅酸铝,改变SiO2的溶解度,加速污堵膜元件及蒸发器的结垢。(3)SiO2结垢一般不溶于常规的酸碱,清洗困难,且容易使RO不可恢复。(4)钙镁高含量和重碳酸碱度大是促进硅沉淀的协同影响因素。
2、硅垢的形成分为内因和外因。内因主要指溶液中存在各种形态的硅,外因是各种条件下过饱和析出的沉淀。当体系中存在各种形态的硅以及Ca2+、Mg2+、CO32-、SO42-时,硅垢更容易形成。(1)循环过程:各种离子浓缩增大达到过饱和产生硅酸钙和硅酸镁的沉淀,这些已经形成的微小颗粒又会成为成核中心,加速沉淀过程,形成坚硬密实的硅垢。(2)浓缩过程:浓缩形成的碳酸钙和氢氧化镁等沉淀型水垢,可以为硅酸垢提供晶核中心,从而促进混合型水垢的形成。(3)胶体析出:高盐分及PH和压力的降低,使得二氧化硅胶体可能析出,形成无定型或者聚合态硅酸沉淀。(4)工业生产装置压力骤降时,硅酸盐等物质最容积沉积,形成硅垢。
3、硅在水中存在形式的复杂和不稳定性,使硅垢的去除成为难点。硅垢的危害1、工业废水处理主要面临膜浓缩和蒸发器结垢的危害。硅垢不仅会堵塞膜表面还会堵塞蒸发器,降低膜的性能,而且一旦形成很难清除,清除时容易破坏膜性能。硅垢还容易影响蒸发器的换热效率,缩短蒸发器的使用寿命。
2、高盐废水中SiO2的主要形态为单硅酸和二聚硅酸、低聚硅酸、高聚硅酸及非活性硅。(1)PH<7,以高聚硅酸[lbk](H2SO3)[rbk]的形式存在,可聚集并沉积在膜表面形成硅,部分以单硅酸形式存在的二氧化硅还可以在膜表面聚合,形成无定形的污染层概念。(2)PH>7,碱性条件下的二氧化硅主要以硅酸跟离子(SiO32-)的形式存在,硅酸根离子和金属离子如Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe2+反应生成金属硅酸盐垢。硅垢很难从反渗透膜上彻底去除。
常见的除硅工艺
水中硅的存在形式主要以二氧化硅测定,二氧化硅的存在形式主要分胶体硅和溶解硅,针对不同形态采用不同的去除方式。
1、胶体硅:混凝澄清、过滤、气浮、UF超滤、ROFILM反渗透。
2、溶解硅:化学除硅,ROFILM反渗透、离子交换、电絮凝、EDI等。
化学除硅含镁剂除硅、铁盐除硅、铝盐除硅、石灰除硅,一般采用复合方式。
反渗透膜浓水侧硅要求影响二氧化硅溶解度的因素主要有PH、温度等。1、二氧化硅溶解方程式Si( OH)4⇌Si( OH)3- + OH-2、PH值7~8时,硅酸溶解度几乎不变,PH>8时,硅酸分子部分电离成硅酸离子,PH升高,溶解度增大。
3、温度升高,溶解度也会增大,由于脱盐膜运行温度区间有限,此处不展开讨论。
(截图来国际品牌的反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册)
4、ROFILM反渗透膜对二氧化硅的截留率接近100%。
后除硅工艺实验情况:以下为实验室实验效果,结论需进一步有中试设备中论证......工艺描述:一级反渗透---浓水反渗透---浓浓水反渗透由于进水硅较高,被浓缩后超出标准溶度积,进入下一步反渗透系统,浓水侧可能超出阻垢剂的极限值,计划在浓水反渗透前进行除硅。