در حال حاضر اسمز معکوس RO اصلی ترین روش آب شیرین کن صنعتی است. و کیفیت آب اصلی ترین عامل تاثیر گذار بر فرایند اسمز معکوس است. آب تصفیه نشده حاوی سطح مشخصی از سیلیس است که از سیلیکات فلزی موجود در پوسته زمین منشاء می گیرد. به دلیل پیچیدگی، کنترل رسوب سیلیس دشوار است، که اغلب باعث طراحی غیر کارآمد سیستم RO برای عملکرد ایمن می شود.
سیلیس چیست؟
آب یکی از اصلیترین عناصر در بسیاری از صنایع است برای مثال در صنایع داروسازی ،معدن ها ،صنایع نفت و گاز و …
بر این اساس، آب شیرین کن صنعتی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین موضوعات دردهه‌های گذشته مطرح شده است . سیستم کلی نمک زدایی شامل پیش تصفیه، تصفیه اسمز معکوس (RO) وتصفیه پساب است. در این پیکربندی، RO فرآیند اصلی است که معیارهای کیفیت آب را برای استفاده صنعتی تضمین می کند .
طراحی و عملکرد سیستم RO تا حد زیادی تحت تأثیر کیفیت منبع آب قرار دارد. سیلیس دومین عنصر فراوان در پوسته زمین از نظر جرم است. بنابراین، منابع آب طبیعی معمولاً حاوی سطح مشخصی سیلیس از ۱ تا ۴۰ میلی گرم در لیتر است . در برخی مناطق جغرافیایی، غلظت آن می تواند تا نزدیک به ۱۰۰ میلی گرم باشد.
مشکلات ایجاد شده توسط سیلیکات در آب شیرین کن صنعتی
با انجام عملیات RO، سطح سیلیس در جریان افزایش می‌یابد و به حد اشباع می‌رسد و باعث رسوب سیلیس یا رسوب سیلیکات‌های فلزی بر روی سطح غشاء می شود (Scaling). حذف رسوب سیلیس از غشای RO بسیار دشوار است و منجر به بدتر شدن عملکرد مانند از دست دادن نفوذپذیری و خاموش شدن زودهنگام سیستم می شود . اگرچه می توان از مواد شیمیایی پاک کننده قوی مانند بی فلوراید آمونیوم (NH4HF2) و اسید هیدروفلوئوریک (HF) برای حذف رسوب سیلیس استفاده کرد، اما استفاده از مواد شیمیایی تمیزکننده خشن خطر آسیب و خوردگی تجهیزات و آسیب های زیست محیطی را به همراه دارد . در نتیجه، سیستم RO اغلب با کارایی کمتری کار می کند. به این معنا که نرخ بازیابی سیستم RO برای کنترل سطح سیلیس در جریان کنسانتره در زیر نقطه اشباع آن نسبت به PH و دما کاهش می یابد.
اشکال سیلیس
سیلیس موجود در آب در اشکال مختلف محلول، پلیمری، کلوئیدی و ذرات معلق (مانند شن) است. فرمول های مختلف سیلیس دارای خواص فیزیکوشیمیایی متفاوتی است و از طریق مکانیسم های مختلف رسوب مونومر، پلیمریزاسیون و تجمع ذرات در تشکیل رسوب نقش دارد .در مقیاس کوچک کارخانه آب شیرین کن صنعتی RO با استفاده از آب طبیعی، رسوب آلی و همچنین رسوب گذاری معدنی به طور قابل توجهی عملکرد RO را محدود می کند . ما سیلیس را به دو دسته پیش تصفیه و پیشگیری از جرم گیری طبقه بندی می کنیم. غلظت سیلیس در آب خوراک RO را می توان با استفاده از پیش کاهش داد. کاهش پوسته پوسته شدن سیلیس در سیستم RO می تواند عملیات پایدار را تحت اشباع بیش از حد سیلیس امکان پذیر کند.
طبقه بندی گونه های سیلیس در آب
این عنصر به دو صورت کریستالی یا آمورف وجود دارد . سیلیس آمورف به عنوان محلول، پلیمری، کلوئیدی و ذرات طبقه بندی می شود. سیلیس در آب طبیعی از انحلال سنگ ها و مواد معدنی به دست می آید . واکنش اصلی انحلال هیدرولیز پیوندهای Si-O-Si است که منجر به تولید اسید سیلیسیک می شود.
حلالیت سیلیس
پوسته پوسته شدن سیلیس زمانی اتفاق می افتد که غلظت آن بیش از حد حلالیت مجاز باشد. سیلیس کریستالی دارای حلالیت ۵-۶ میلی گرم در لیتر است که حلالیت کمی است، در حالی که حلالیت سیلیس آمورف بین ۱۲۰-۱۵۰ میلی گرم در لیتر در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد است . در سیستم تصفیه آب، حلالیت سیلیس آمورف عمدتاً تحت تأثیر دما، pH و حضور یونهای دیگر است . . افزایش دما به طور قابل ملاحظه ای حلالیت سیلیس را افزایش می دهد. حلالیت سیلیس به شرایط pH نیز بستگی دارد زیرا اسید سیلیسیک اسید ضعیف است. به طور خلاصه، حلالیت آن تا مقدار pH 9 نسبتاً ثابت است و در pH بیش از ۱۰ افزایش چشمگیری را نشان می دهد. وجود کاتیون های چند ظرفیتی مانند سختی، آهن و آلومینیوم به دلیل برهمکنش آنها با سیلیس، حلالیت ظاهری سیلیس را کاهش می دهد. آنیون سیلیکات به طور خاص، کلسیم و منیزیم واکنش پلیمریزاسیون سیلیس محلول را کاتالیز می کنند. این بدان معنی است که غلظت های بالاتر سختی کل منجر به افت سریع تر سطح سیلیس محلول می شود. مشابه کاتیون ها، آنیون هایی مانند یدید، برمید و کلرید حلالیت سیلیس را کاهش می دهند.
تمیز کردن شیمیایی رسوب سیلیس در سیستم آب شیرین کن صنعتی
همانطور که گفته شد، پوسته پوسته شدن سیلیس را می توان با استفاده از بی فلوراید آمونیوم و اسید هیدروفلوئوریک از نظر شیمیایی حذف کرد. اما، این مواد شیمیایی نیز خطر آسیب غشاء و دفع زباله های شیمیایی خطرناک پس از تمیز کردن را دارند. در طول عملیات تجاری کارخانه RO، تمیز کردن در محل (CIP) به طور دوره ای برای بازیابی نفوذپذیری غشاء RO انجام می شود. به طور کلی، لایه‌های رسوب‌کننده سیلیس را می‌توان با استفاده از فرآورده‌های سوزاننده مانند هیدروکسید سدیم در حداکثر pH مجاز توسط سازندگان غشاء حذف کرد. حذف رسوب سیلیس در شرایط CIP قلیایی را می توان با این توضیح داد که انحلال سیلیس توسط یون هیدروکسید کاتالیز می شود. با این وجود، حذف رسوب سیلیس از سطح غشاء RO با استفاده از CIP قلیایی به طور کلی زمان قابل توجهی را می طلبد، که به ناچار ظرفیت سیستم RO برای تامین آب مداوم را افزایش می دهد.
نرم شدن متوسط کنسانتره RO
سیستم RO صنعتی معمولاً پیکربندی چند مرحله‌ای را اجرا می‌کند، جایی که کنسانتره از مرحله اولیه به عنوان خوراک به مرحله بعدی جریان می‌یابد. مفهوم اساسی نرم شدن میانی، بازیافت کنسانتره RO از مرحله قبل پس از حذف مواد معدنی سیلیس دار است. گزینه های مختلفی مانند رسوب شیمیایی بارش بذری ، تبادل یونی و انعقاد الکتریکی ، برای تصفیه کنسانتره درصورت می گیرند. یک فرآیند دو مرحله‌ای پیشنهاد می شود که در آن کنسانتره RO 1 قبل از RO 2 توسط دمینراسازی شیمیایی میانی (ICD) درمان شد. راندمان حذف سیلیس ۶۷٪ توسط ICD بازیابی کلی آب را تا ۹۵٪ افزایش می دهد. منبع