La silice nell'acqua esiste prevalentemente sotto forma di composti inorganici di acido silicico e l'industria la misura uniformemente come diossido di silicio (SiO₂). Secondo GB/T 12149-2017, Determinazione del Silicio nell'Acqua di Raffreddamento Industriale Ricircolata e nell'Acqua di Caldaia, la silice nell'acqua esiste in quattro forme:
1. Silice Disciolta (Silice Reattiva) Composta principalmente da acido ortosilicico monomerico (H₄SiO₄) e acido metasilicico (H₂SiO₃); rilevabile tramite il metodo colorimetrico al molibdato. Dimensione delle particelle 10,5, una piccola frazione si dissocia in ioni silicato.
2. Silice Colloidale (Silice Non Reattiva) Formata quando le molecole di acido silicico polimerizzano in colloidi di acido polisilicico, con una dimensione delle particelle da 1 nm a 1 μm. La coagulazione convenzionale rimuove solo circa il 60% e può facilmente attraversare le membrane di ultrafiltrazione e osmosi inversa.
3. Silice Adsorbita Silice adsorbita sulla superficie di fanghi, idrossido di ferro o flocculi di carbonato di calcio; la maggior parte può essere rimossa tramite sedimentazione e filtrazione convenzionali.
4. Silice Particolata Particelle solide come sabbia, ghiaia e minerali silicati, che possono essere completamente intercettate da griglie e filtrazione a sabbia di quarzo.
Per i sistemi di evaporazione a scarico zero (ZLD) e MVR, la silice disciolta e la silice colloidale sono le più pericolose. Poiché attraversano il sistema a membrana, vengono continuamente concentrate e le loro concentrazioni si moltiplicano, diventando la causa principale della formazione di incrostazioni di silice.
Ragioni principali per cui il trattamento delle acque deve rimuovere la silice e i pericoli della silice:
1. Danni ai Sistemi a Membrana ad Osmosi Inversa / Nanofiltrazione La silice colloidale forma uno strato di gel denso sulla superficie della membrana, mentre la silice disciolta precipita come incrostazione di silice dopo concentrazione continua. Secondo HJ 579-2010, Specifiche Tecniche per il Trattamento delle Acque Reflue a Separazione a Membrana, l'SDI dell'acqua di alimentazione RO dovrebbe essere ≤ 5. L'eccessiva silice mantiene direttamente l'SDI elevato, manifestandosi come un aumento mensile della pressione transmembrana, un calo della capacità produttiva superiore al 30% e un guasto prematuro degli elementi a membrana entro 1-2 anni. Le incrostazioni di silice non possono essere disciolte dalla pulizia convenzionale con acidi o alcali; solo l'acido fluoridrico può rimuoverle, aumentando significativamente il consumo di prodotti chimici e i rischi per la sicurezza in loco.
2. Impatto Fatale sui Sistemi di Evaporazione-Cristallizzazione MVR Gli standard industriali specificano chiaramente che il diossido di silicio nell'acqua di alimentazione dell'evaporatore MVR non deve superare i 50 mg/L, mentre i progetti di recupero delle risorse saline devono controllarlo entro 10 mg/L. Sotto concentrazione ad alta temperatura, l'acido silicico polimerizza formando incrostazioni dense e dure di silicato di magnesio e silicato di calcio che aderiscono saldamente alle pareti dei tubi dello scambiatore di calore. Con una conducibilità termica solo 1/100 di quella dell'acciaio inossidabile, le incrostazioni di silice aumentano direttamente il consumo energetico di evaporazione del 40%. Essendo estremamente dure, sono difficili da rimuovere con un lavaggio acido ordinario e richiedono lo spegnimento per il lavaggio ad alta pressione dell'acqua; ogni fermata di manutenzione di questo tipo può richiedere 3-7 giorni. Una volta che le tubazioni sono bloccate dalle incrostazioni di silice, la capacità di trattamento del sistema diminuisce drasticamente e vi è anche un rischio ambientale di scarichi non conformi.
3. Perdite Economiche Secondarie a Cascata La silice che entra nel prodotto salino cristallizzato rende il sale nero e non conforme agli standard di qualità, rendendolo invendibile come sale industriale e costringendo allo smaltimento come rifiuto pericoloso — a un costo fino a 10 volte superiore. Nel frattempo, i cicli frequenti di avvio-arresto e la ripetuta pulizia chimica generano grandi volumi di fanghi pericolosi e, combinati con i materiali di consumo chimici, le ore di manodopera e i tempi di inattività di produzione, i costi operativi e di manutenzione complessivi si moltiplicano.
Le incrostazioni di silice hanno tre caratteristiche principali — difficoltà di pulizia, danni irreversibili e usura pesante delle attrezzature — e rappresentano una minaccia nascosta chiave per il funzionamento stabile dei sistemi di concentrazione a membrana e di evaporazione-cristallizzazione.
Tutti i codici di progettazione industriale chiariscono che la desiliciazione non può essere rimediata o riparata dalle apparecchiature a valle; deve essere una parte fondamentale del pretrattamento, con un controllo rigoroso dei parametri chiave del processo come pH, dosaggio chimico e tempo di ritenzione della reazione. Sulla base della qualità effettiva dell'acqua del progetto e degli obiettivi di recupero delle risorse, è necessario selezionare i processi appropriati — come la precipitazione con sali di magnesio, la membrana tubolare e la lucidatura con resina per la rimozione della silice — per controllare il diossido di silicio nell'acqua di alimentazione entro i limiti standard. Solo in questo modo è possibile ridurre efficacemente i costi complessivi derivanti da guasti alle apparecchiature, manutenzione con arresto e smaltimento di rifiuti pericolosi, garantendo un funzionamento stabile e conforme a lungo termine dell'intero sistema di trattamento delle acque.
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