ケイ酸塩スケーリングの概要
シリカ化合物は天然水中の主要な不純物であり、ケイ酸塩やアルミノケイ酸塩を含む岩石と接触すると水に溶解することがよくあります。地下水には一般に地表水よりも多くのシリカ化合物が含まれており、従来の水源には一般的に SiO2 が含まれています。<50 mg/L.
産業廃水再利用プロジェクト (特に石炭化学廃水再利用システム) では、一般に廃水中の SiO2 含有量が高いため、逆浸透システムでケイ酸塩スケールが容易に発生し、システムの寿命と安定した運転に重大な影響を与えます。
現在中国で普及しているゼロ放電分野では、SiO2 の除去が難しいため、ケイ酸塩スケールは解決が最も困難な問題の 1 つです。
ケイ酸塩スケールのメカニズム
RO システムは、飽和状態では SiO2 が重合して非常に不溶性のコロイダルシリカになり、膜表面に堆積して洗浄が困難になるため、SiO2 含有量に非常に敏感です。 RO (空気再循環) の濃縮セクションにおける SiO2 の許容濃度は、SiO2 の溶解度積に依存し、水温と pH に大きく影響されます。
SiO2 の溶解度は水温に正比例します。たとえば、溶解度は 25 度で 100 mg/L、40 度で 160 mg/L です。
SiO2 の溶解度と pH の関係:
pH 7 ～ 8 では、SiO2 は溶解したケイ酸として存在し、水中には H2SiO3 および HSiO3- が存在します。より低い pH では、遊離酸溶液として、またはケイ酸カルシウムマグネシウムのコロイド状態で存在します。より高い pH では、水中にカルシウムとマグネシウムのイオンが存在する場合、水はケイ酸カルシウムマグネシウムのコロイド状態で存在します。
ケイ酸塩スケールの特徴と危険性
炭酸カルシウムのモース硬度 (ダイヤモンドは 10) は 3、フッ化カルシウムのモース硬度は 4、ケイ酸塩のモース硬度は水分含有量に関連し、4.5 ～ 7.5 の範囲です。ケイ酸塩スケールは、あらゆる種類のスケールの中で最も硬いです。
逆浸透システムでケイ酸塩スケールが発生すると、脱塩速度と透過水流量が急速に減少し、化学洗浄後でも脱塩速度は大幅に低下します。
ひどいスケーリングは差圧の急激な増加を引き起こす可能性があり、さらには濃縮物スクリーンからの流出につながる可能性があります。
ひどくスケールされた膜を顕微鏡で観察すると、膜表面に細かい傷が現れ、不可逆的な物理的損傷が示されます。
給水中の SiO2 およびその他のイオン濃度の要件
逆浸透給水中の SiO2 濃度は、濃縮側の最大溶解度と濃縮係数に基づいて決定され、一般に 20 ppm です。前提条件: 酸素 (DO) < 0.5 mg/L、pH < 6、鉄およびアルミニウム イオン濃度 < 0.05 mg/L。鉄およびアルミニウム イオンの含有量はケイ酸塩スケールに重大な影響を与えるためです。
鉄、アルミニウム等がケイ酸塩スケールに及ぼす影響
シリカスケールの主な原因は、水中のアルミニウムまたは鉄の存在です。鉄とアルミニウムはシリコンと反応して、不溶性の金属ケイ酸塩（ケイ酸アルミニウムとケイ酸鉄）を形成します。これらの金属ケイ酸塩は SiO2 の溶解度を変化させ、膜の汚れをさらに加速させます。
シリコン濃度が低い場合（10 ppm）でも、アルミニウム濃度が 50 ppb になるとシステムのパフォーマンスが低下する可能性があります。
シリコンが存在する場合は、水にアルミニウムや鉄が含まれていないことを確認し、予防的な酸洗浄とともに 1 μm セキュリティ フィルター カートリッジを使用してください。
ケイ酸塩スケールの洗浄
従来の化学洗浄はケイ酸スケールに対してほとんど効果がありませんが、フッ酸は非常に効果的です。フッ化水素酸は、低温・低濃度でもケイ酸塩スケールに対して良好な溶解力を発揮します。
化学洗浄は、0.1% HF と 0.4% HCl、または 0.1% NaF と 0.4% HCl の混合物を使用して実行できます。
注記：
(1) 実際の汚れの程度に応じて洗浄液の濃度を調整する必要があります。適切な濃度を決定するために試し洗浄を行うことをお勧めします。
(2) フッ酸は非常に腐食性が強いです。蒸気を吸入したり、皮膚に接触すると、治りにくい火傷を引き起こす可能性があります。 1.5g のフッ化水素酸を摂取すると即死を引き起こす可能性があると推定されています。高濃度のフッ化水素酸ミストを吸入すると、気管支炎や出血性肺水腫を引き起こす可能性があります。また、皮膚からも吸収され、重度の中毒を引き起こす可能性があります。したがって、化学洗浄中は保護措置を講じ、資格のある担当者が操作を実行する必要があります。
ケイ酸塩スケールの防止
(1) 供給水中の SiO2 濃度と逆浸透システムの回収率を制御して、濃縮水中の SiO2 濃度を低下させ、溶解度積を超えないようにすることが、SiO2 スケールを防止する主な方法です。
(2) 石灰軟化などの強化または改良された前処理プロセスを採用すると、給水中の SiO2 を 50% 削減できます。あるいは、石灰-ソーダ灰軟化前処理中に酸化マグネシウムまたはアルミン酸ナトリウムを添加して、給水中の SiO2 濃度を下げることができます。
(3) 水温を適切に上昇させる（ただし、指定された限度を超えない）。 (4) 流入水の pH を適切に上昇させると、SiO2 の溶解度が高まり、ケイ酸塩のスケール付着が遅くなります。
（５）前処理時にシリカスケール専用のスケール防止剤を添加する。濃縮液側の最大許容SiO2濃度はスケール防止剤によって異なります。詳細については、スケール防止剤のメーカーにお問い合わせください。
(6) コロイダルシリカは、強塩基性陰イオン交換樹脂による吸着や分子量 10,000 以下にカットした限外濾過膜を使用することで除去できます。