تتواجد السيليكا في الماء في الغالب على شكل مركبات حمض السيليسيك غير العضوية، وتقيسها الصناعة بشكل موحد على أنها ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂). وفقGB/T 12149-2017، تحديد السيليكون في إعادة تدوير مياه التبريد الصناعية ومياه الغلاياتيوجد السيليكا في الماء على أربعة أشكال:
1. السيليكا المذابة (السيليكا التفاعلية)تتكون بشكل رئيسي من حمض أورثوسيليسيك أحادي (H₄SiO₄) وحمض ميتاسيليك (H₂SiO₃)؛ يمكن اكتشافه عن طريق طريقة القياس اللوني للموليبدات. حجم الجسيمات < 1 نانومتر، لذلك لا يمكن إزالتها عن طريق الترشيح العادي؛ في ظل ظروف الرقم الهيدروجيني> 10.5، ينفصل جزء صغير إلى أيونات السيليكات.
2. السيليكا الغروية (السيليكا غير التفاعلية)يتشكل عندما تتبلمر جزيئات حمض السيليسيك إلى غرويات حمض البوليسيليك، بحجم جسيم يتراوح من 1 نانومتر إلى 1 ميكرومتر. يزيل التخثر التقليدي حوالي 60% فقط، ويمكن أن يمر بسهولة عبر الترشيح الفائق وأغشية التناضح العكسي.
3. السيليكا الممتزةالسيليكا الممتزة على سطح الرواسب، أو هيدروكسيد الحديد، أو كتل كربونات الكالسيوم؛ يمكن إزالة معظمها من خلال الترسيب والترشيح التقليدي.
4. جسيمات السيليكاالجسيمات الصلبة مثل الرمل والحصى ومعادن السيليكات، والتي يمكن اعتراضها بالكامل بواسطة الشاشات الشريطية وترشيح رمل الكوارتز.
بالنسبة لأنظمة التبخر بدون تفريغ سائل (ZLD) وMVR،السيليكا الذائبة والسيليكا الغروية هي الأكثر خطورة. أثناء مرورها عبر نظام الغشاء، فإنها تتركز باستمرار وتتضاعف تركيزاتها، مما يجعلها السبب الأساسي لتكوين قشور السيليكا.
الأسباب الأساسية وراء ضرورة معالجة المياه لإزالة السيليكا ومخاطر السيليكا:
1. الأضرار التي لحقت بأنظمة غشاء التناضح العكسي / الترشيح النانويتشكل السيليكا الغروية طبقة هلامية كثيفة على سطح الغشاء، بينما تترسب السيليكا الذائبة على شكل قشور السيليكا بعد التركيز المستمر. لكلHJ 579-2010، المواصفات الفنية لمعالجة مياه الصرف الصحي بفصل الغشاء، يجب أن يكون SDI لمياه التغذية RO ≥ 5. تحافظ السيليكا الزائدة بشكل مباشر على ارتفاع SDI، مما يظهر كارتفاع شهري في ضغط الغشاء، وانخفاض القدرة الإنتاجية بأكثر من 30٪، وفشل عنصر الغشاء المبكر في غضون 1-2 سنوات. لا يمكن إذابة قشور السيليكا عن طريق التنظيف التقليدي بالأحماض أو القلويات؛ فقط حمض الهيدروفلوريك يمكنه إزالته، مما يزيد بشكل كبير من استهلاك المواد الكيميائية ومخاطر السلامة في الموقع.
2. التأثير القاتل على أنظمة التبخر والبلورة MVRتحدد معايير الصناعة بوضوح أن ثاني أكسيد السيليكا في مياه تغذية مبخر MVR يجب ألا يتجاوز 50 ملجم / لتر، في حين يجب أن تتحكم فيه مشاريع استعادة الموارد الملحية في حدود 10 ملجم / لتر. تحت تركيز درجة الحرارة العالية، يتبلمر حمض السيليك ليشكل سيليكات المغنيسيوم الصلبة الكثيفة وقشور سيليكات الكالسيوم التي تلتصق بقوة بجدران أنابيب المبادل الحراري. بفضل الموصلية الحرارية التي تبلغ 1/100 فقط من تلك الموجودة في الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن قشور السيليكا تزيد بشكل مباشر من استهلاك طاقة التبخر بنسبة 40%. نظرًا لكونها صلبة للغاية، فمن الصعب إزالتها عن طريق الغسيل بالأحماض العادية وتتطلب إيقاف التشغيل لتدفق الماء عالي الضغط؛ يمكن أن تستغرق كل محطة صيانة من 3 إلى 7 أيام. بمجرد انسداد خطوط الأنابيب بمقياس السيليكا، تنخفض قدرة معالجة النظام بشكل حاد، وهناك أيضًا خطر بيئي يتمثل في تصريف النفايات السائلة غير المتوافقة.
3. الخسائر الاقتصادية الثانوية المتتاليةيؤدي دخول السيليكا إلى منتج الملح المتبلور إلى تحويل الملح إلى اللون الأسود ويخالف معايير الجودة، مما يجعله غير قابل للبيع كملح صناعي ويجبر على التخلص منه كنفايات خطرة - بما يصل إلى 10 أضعاف التكلفة. وفي الوقت نفسه، تؤدي دورات البدء والإيقاف المتكررة والتنظيف الكيميائي المتكرر إلى توليد كميات كبيرة من الحمأة الخطرة، بالإضافة إلى المواد الكيميائية المستهلكة وساعات العمل ووقت توقف الإنتاج، وتتضاعف تكاليف التشغيل والصيانة الإجمالية.
مقياس السيليكا له ثلاث خصائص رئيسية -صعوبة التنظيف، والأضرار التي لا يمكن إصلاحها، وتآكل المعدات الثقيلة- ويشكل تهديدًا خفيًا رئيسيًا للتشغيل المستقر لأنظمة تركيز الأغشية وأنظمة التبخر والبلورة.
توضح جميع قوانين التصميم الصناعية أنه لا يمكن معالجة إزالة الهليون أو إصلاحها بواسطة المعدات النهائية؛ ويجب أن يكون جزءًا أساسيًا من المعالجة المسبقة، مع رقابة صارمة على معلمات العملية الرئيسية مثل الرقم الهيدروجيني والجرعة الكيميائية ووقت الاحتفاظ بالتفاعل. واستناداً إلى نوعية المياه الفعلية للمشروع وأهداف استعادة الموارد، فلابد من اختيار العمليات المناسبة ــ مثل ترسيب ملح المغنيسيوم، والغشاء الأنبوبي، وتلميع الراتنج لإزالة السيليكا ــ للتحكم في ثاني أكسيد السيليكا في مياه التغذية ضمن الحدود القياسية. بهذه الطريقة فقط يمكن تقليل التكاليف الشاملة الناجمة عن فشل المعدات، وصيانة إيقاف التشغيل، والتخلص من النفايات الخطرة بشكل فعال، مما يضمن التشغيل المستقر والمتوافق على المدى الطويل لنظام معالجة المياه بأكمله.
