물 속의 실리카는 주로 무기 규산 화합물 형태로 존재하며, 산업계에서는 이를 이산화규소(SiO₂)로 통일하여 측정합니다. GB/T 12149-2017, 산업용 순환 냉각수 및 보일러수 중 규소 측정에 따르면 물 속의 실리카는 네 가지 형태로 존재합니다:
1. 용해성 실리카 (반응성 실리카) 주로 단량체 정규 규산(H₄SiO₄)과 메타 규산(H₂SiO₃)으로 구성되며, 몰리브덴산 비색법으로 검출 가능합니다. 입자 크기는 10.5 조건에서는 소량의 규산염 이온으로 해리됩니다.
2. 콜로이드성 실리카 (비반응성 실리카) 규산 분자가 중합하여 다중 규산 콜로이드를 형성하며, 입자 크기는 1 nm에서 1 μm입니다. 일반적인 응집으로는 약 60%만 제거되며, 초여과 및 역삼투막을 쉽게 통과할 수 있습니다.
3. 흡착성 실리카 침전물, 수산화철 또는 탄산칼슘 응집체의 표면에 흡착된 실리카로, 대부분 일반적인 침전 및 여과를 통해 제거할 수 있습니다.
4. 입자성 실리카 모래, 자갈, 규산염 광물과 같은 고체 입자로, 스크린 및 석영사 여과로 완전히 차단할 수 있습니다.
제로 액체 배출(ZLD) 및 MVR 증발 시스템의 경우, 용해성 실리카와 콜로이드성 실리카가 가장 위험합니다. 막 시스템을 통과하면서 지속적으로 농축되고 농도가 배가되어 실리카 스케일 형성의 핵심 원인이 됩니다.
수처리에서 실리카를 제거해야 하는 핵심 이유와 실리카의 위험성:
1. 역삼투/나노여과 막 시스템 손상 콜로이드성 실리카는 막 표면에 조밀한 겔층을 형성하고, 용해성 실리카는 지속적인 농축 후 실리카 스케일로 침전됩니다. HJ 579-2010, 막 분리 폐수 처리 기술 사양에 따르면 RO 공급수 SDI는 ≤ 5여야 합니다. 과도한 실리카는 SDI를 지속적으로 높여 막간 압력의 월별 상승, 생산 능력 30% 이상 감소, 1-2년 내 막 요소의 조기 고장으로 나타납니다. 실리카 스케일은 일반적인 산 또는 알칼리 세척으로 용해되지 않으며, 불산으로만 제거할 수 있어 화학 물질 소비량과 현장 안전 위험이 크게 증가합니다.
2. MVR 증발-결정화 시스템에 치명적인 영향 산업 표준은 MVR 증발기 공급수의 이산화규소 함량이 50 mg/L를 초과해서는 안 된다고 명확히 규정하고 있으며, 염 자원 회수 프로젝트는 10 mg/L 이내로 제어해야 합니다. 고온 농축 시 규산은 중합하여 조밀하고 단단한 규산마그네슘 및 규산칼슘 스케일을 형성하여 열교환기 튜브 벽에 단단히 부착됩니다. 스테인리스강의 1/100에 불과한 열전도율로 인해 실리카 스케일은 증발 에너지 소비를 직접적으로 40% 증가시킵니다. 매우 단단하여 일반적인 산 세척으로는 제거하기 어렵고 고압수 세척을 위해 가동 중단이 필요하며, 이러한 유지 보수 중단은 각각 3-7일이 소요될 수 있습니다. 실리카 스케일로 인해 파이프라인이 막히면 시스템 처리 용량이 급격히 감소하고, 규정을 준수하지 않는 폐수 배출의 환경 위험도 있습니다.
3. 2차 연쇄 경제적 손실 결정화된 염 제품으로 들어간 실리카는 염을 검게 만들고 품질 기준을 충족하지 못하게 하여 산업용 염으로 판매할 수 없게 되고, 최대 10배의 비용으로 유해 폐기물로 처리해야 합니다. 한편, 빈번한 시동-정지 주기와 반복적인 화학 세척은 다량의 유해 슬러지를 생성하며, 화학 소모품, 노동 시간 및 생산 중단 시간을 합하면 전반적인 운영 및 유지 보수 비용이 배가됩니다.
실리카 스케일은 세척의 어려움, 비가역적 손상, 장비의 심각한 마모라는 세 가지 주요 특징을 가지며, 막 농축 및 증발-결정화 시스템의 안정적인 운영에 대한 핵심적인 숨겨진 위협입니다.
모든 산업 설계 코드는 탈실리카가 다운스트림 장비로 치유되거나 수리될 수 없으며, pH, 화학 물질 투여량, 반응 유지 시간과 같은 주요 공정 매개변수를 엄격하게 제어하는 전처리 과정의 핵심 부분이 되어야 함을 명확히 합니다. 프로젝트의 실제 수질 및 자원 회수 목표에 따라, 마그네슘염 침전, 관형 막, 수지 연마와 같은 적절한 공정을 선택하여 공급수 이산화규소를 표준 한계 이내로 제어해야 합니다. 이러한 방법만이 장비 고장, 가동 중단 유지 보수 및 유해 폐기물 처리로 인한 포괄적인 비용을 효과적으로 줄여 전체 수처리 시스템의 장기적이고 안정적이며 규정을 준수하는 운영을 보장할 수 있습니다.
