把硅分成有机和无机两类,有机的是人造化合物,无机的则是天然水中复杂的矿物物质,这里的无机硅主要指溶解在水里和形成胶体的硅。水中的硅会以4种状态出现:有的是离子分子状态的硅酸化合物,这类物质通常溶解在水里,主要来源于硅酸盐、硅酸铝盐和氧化硅等。这类溶解硅的主要产物是H4SiO4,偶尔也会有HSiO3存在。还有一种是不稳定的胶体硅,这是由硅酸分子聚集而成的聚合产物,比如聚硅酸和低聚硅酸。另外还有一种是被吸附在天然水中各种颗粒物上的硅酸化合物,比如铁/铝氧化物颗粒或者钙镁碳酸盐颗粒。这些颗粒能把硅酸吸附到表面上来,通过过滤就能把它们去除掉。最后一种是比较稳定的粗粒硅酸化合物,这种可能是跟沙石、悬浮物混在一起的大颗粒物质,通过过滤也能去掉。水质测定中主要看全硅含量,全硅指的是水中所有形式的硅酸化合物总和。全硅又分为活性硅和非活性硅。活性硅指的是溶解在水里的二氧化硅形成的硅酸盐;非活性硅则是剩下的那部分,包括胶体硅和微粒硅。微粒硅主要是水中悬浮的二氧化硅颗粒;而胶体硅的粒径通常在5到200纳米之间。 了解硅垢形成的原因很重要:第一点是二氧化硅分子里含有4个羟基,容易自己聚在一起变成沉淀;第二点是铁和铝容易跟二氧化硅反应生成难溶的硅酸铁和硅酸铝;第三点是这种污垢不容易用普通酸碱清洗干净;第四点是水中钙镁含量高或者重碳酸碱度大也会让硅更容易沉淀。硅垢的形成既看内因也看外因:内因就是溶液里本身就有各种形态的硅;外因是条件变化导致过饱和析出沉淀。 当溶液里有各种形态的硅和钙、镁离子以及碳酸根离子(CO32)、硫酸根离子(SO42)时,更容易形成硅垢。循环过程中离子浓缩到一定程度就会生成硅酸钙和硅酸镁沉淀;浓缩过程中碳酸钙等水垢又给混合污垢提供了晶核中心;高盐分环境下二氧化硅胶体可能会析出变成沉淀;工业装置压力突然下降时硅酸盐等物质也容易沉积下来。 高盐废水中的二氧化硅主要以单硅酸和二聚硅酸等形式存在。当PH值小于7时,高聚硅酸[(H2SO3)]容易在膜表面沉积形成无定形污染层;当PH值大于7时,二氧化硅主要以硅酸根离子(SiO32)的形式存在,它会和金属离子反应生成难溶的金属硅酸盐垢。 常见的除硅工艺通常要根据不同形态的硅来选择方法:胶体硅可以通过混凝澄清、过滤、气浮、UF超滤或者ROFILM反渗透来去除;溶解硅可以采用化学除硅或者ROFILM反渗透、离子交换、电絮凝、EDI等方法处理。化学除硅通常用镁剂、铁盐、铝盐或者石灰等复合处理手段。反渗透膜浓水侧对二氧化硅溶解度的影响因素主要是PH值和温度等条件。二氧化硅在水里溶解时会发生Si( OH)4⇌Si( OH)3- + OH-2这样的反应。当PH值在7到8之间时硅酸溶解度几乎不变;PH值超过8以后硅酸分子部分电离成硅酸根离子,PH值越高溶解度也就越大。