Silica là tên gọi thông thường của oxit silic SiO₂ . Silica ở mức cao trong nước gây ra cặn bám trên thiết bị truyền nhiệt, làm tắc nghẽn màng RO, gây mài mòn các bộ phận và bề mặt chuyển động khiến thiết bị phải thường xuyên ngừng hoạt động để vệ sinh và sửa chữa. Do đó cần thiết phải loại bỏ silica trong nước. Bài viết giúp bạn tìm hiểu silica là gì, tại sao cần loại bỏ silica trong nước và các phương pháp loại bỏ silica trong nước  và các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp loại bỏ silica.

Silica là gì

Silica là tên gọi thông thường của oxit silic SiO₂ (còn được gọi là silicon dioxide), một hợp chất tự nhiên được tạo thành từ silic và oxy, ở trạng thái rắn bao gồm cả trạng thái rắn kết tinh (có mô hình xác định và lặp đi lặp lại trong sự phân bố các hạt của chúng) và trạng thái vô định hình (không có thứ tự xác định).

Silica là thành phần chính của vỏ trái đất và thường được tìm thấy trong các vật liệu như cát, thạch anh và nhiều loại đá khác nhau. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước dưới dạng môi trường dạng hạt ở lớp lọc sâu như cát thạch anh (hoặc cát silic) để giữ các hạt lơ lửng ở dạng keo.

Silica có thể tồn tại trong nước ở nhiều dạng, các hạt tương đối lớn được gọi là hạt silica, các hạt lơ lửng mịn hơn gọi là silica keo, silica ion phản ứng và silica hòa tan. Các dạng silica phụ thuộc vào các yếu tố như độ PH, nhiệt độ và nguồn nước.

Tại sao cần loại bỏ silica trong nước

Cần loại bỏ silica trong nước vì cặn silica cứng lại bám trên thiết bị truyền nhiệt đóng vai trò như chất cách điện  làm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt và làm giảm hiệu suất, cản trở phạm vi áp suất mong muốn của thiết bị, làm tắc nghẽn màng trong hệ thống RO và các thiết bị lọc khác, gây mài mòn các bộ phận và bề mặt chuyển động khiến thiết bị phải thường xuyên ngừng hoạt động để vệ sinh và sửa chữa.

Loại bỏ silica đặc biệt quan trọng với các ứng dụng sử dụng lượng nước lớn như tháp giải nhiệt và nồi hơi. Silica tích tụ trên bề mặt thiết bị và đường ống gây ra cặn khoáng cứng. Cặn tích tụ trong đường ống và bề mặt truyền nhiệt khi nước được đun nóng các tạp chất kết tủa hoặc lắng xuống, theo thời gian nó tích tụ ngày càng nhiều gây cản trở quá trình truyền nhiệt hoặc trong trường hợp nghiêm trọng gây ra hỏng thiết bị và đường ống. Vì vậy đối với tháp giải nhiệt và nồi hơi, nếu không loại bỏ silica trong nước có thể dẫn đến làm giảm hiệu suất, bảo trì sửa chữa liên tục và thiết bị nhanh hỏng hơn.

Đối với ngành sản xuất điện, sản xuất vi điện tử và khai thác mỏ phải đối mặt là tích tụ silica dư thừa trong nước thô

Các phương pháp loại bỏ silica trong nước

Các phương pháp loại bỏ silica trong nước bao gồm: Lọc màng thẩm thấu ngược RO, trao đổi ion, làm mềm bằng vôi, gốm xúc tác, siêu loc, và đốt điện.

Loại bỏ silica trong nước bằng màng thẩm thấu ngược RO

Màng thẩm thấu ngược RO có thể loại bỏ hơn 95% silica hòa tan bằng cách sử dụng áp lực để ép nước qua màng bán thấm. Tuy nhiên silica cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến màng thẩm thấu ngược. Sự hiện diện của silica trong nước có thể dẫn đến sự hình thành silica (silicat) trên bề mặt màng thẩm thấu ngược, làm giảm hiệu quả cũng như thời gian tiếp xúc của màng thẩm thấu ngược, làm tăng áp lực cần thiết để xử lý nước và làm giảm chất lượng nước sản xuất.

Nồng độ silica trong nước có thể gây hại cho màng thẩm thấu ngược khác nhau tùy thuộc vào loại màng và điều kiện hoạt động. Nói chung nồng độ silica trên 20 – 30 mg/l bắt đầu gây hại cho màng. Tuy nhiên giá trị này có thể thấp hơn trong điều kiện thu hồi cao hoặc nhiệt độ cao hơn, vì những điều kiện này tạo thuận lợi cho sự kết tủa của silica.

Để quản lý nồng độ silica cao, có thể thực hiện các biện pháp như xử lý nước trước để giảm nồng độ silica, sử dụng chất chống cặn cho silica hoặc vận hành hệ thống thẩm thấu ngược ở tốc độ thu hồi thấp hơn để giảm thiểu nồng độ silica trong dung dịch được giữ lại. Chất chống cặn silica có hiệu quả trong việc giữ silic ở dạng dung dịch và ngăn chặn sự kết tủa của nó và dính vào màng. Chúng có thể làm tăng đáng kể ngưỡng nồng độ silica tại đó xảy ra hiện tượng tắc nghẽn do đó làm giảm tần suất và mức độ nghiêm trọng của nó. Điều quan trọng là cần căn cứ vào thông số kỹ thuật của nhà sản xuất màng và điều kiện cụ thể của từng hệ thống xử lý nước.

Loại bỏ silica trong nước bằng trao đổi ion

Phương pháp loại bỏ silica trong nước bằng trao đổi ion có thể loại bỏ silica trong nước là các anion yếu. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng cần giảm đáng kể nồng độ silica.

Nhựa trao đổi ion được sử dụng là nhựa anion bazo mạnh, đây là loại nhựa có hiệu quả trong việc loại bỏ các ion silica đặc biệt ở dạng axit silicic (H₄SiO₄), đây là dạng silica phổ biến nhất trong nước ở PH trung tính hoặc axit.

Một số yếu tố cần xem xét khi sử dụng nhựa trao đổi ion để loại bỏ silica như: Khả năng trao đổi, tái sinh, điều kiện nước, loại nhựa, chi phí và bảo trì.

• Khả năng trao đổi: Khả năng trao đổi của nhựa giúp xác định lượng silica có thể được loại bỏ trước khi nhựa cần được tái sinh.
• Tái sinh: Nhựa phải được tái sinh định kỳ để đảm bảo duy trì hiệu quả. Quá trình tái sih liên quan đến việc rửa nhựa bằng dung dịch nhằm thay thế các ion silica bị thu giữ bằng các ion có thể trao đổi trở lại nước.
• Điều kiện nước: PH,nhiệt độ và sự hiện diện của các ion khác trong nước có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của nhựa. Ví dụ, độ PH cao hơn có thể làm giảm hiệu quả thu giữ silica của nhựa.
• Loại nhựa: Có nhiều loại nhựa anion khác nhau và việc lựa chọn thích hợp phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của nước cần xử lý và mục tiêu chất lượng nước.
• Chi phí và bảo trì: Việc sử dụng nhựa trao đổi ion liên quan đến chi phí lắp đặt ban đầu cũng như chi phí vận hành và bảo trì liên tục, bao gồm cả việc tái sinh nhựa.

Loại bỏ silica trong nước bằng làm mềm vôi

Một trong những phương pháp phổ biến nhất để loại bỏ silica, đặc biệt là các hạt silica lớn hơn là phương pháp làm mềm bằng vôi canxi hydroxit. Phương pháp làm mềm bằng vôi là việc sử dụng canxi hydroxit (vôi) vào nước để tăng độ PH và kích hoạt sự kết tủa silica cùng với các khoáng chất cứng như canxi, magie. Chất rắn kết tủa tạo thành các khối lắng ra khỏi dung dịch, mang theo silica.

Phương pháp làm mềm bằng vôi thường được sử dụng như một bước tiền xử lý trước các công nghệ loại bỏ silic khác để giảm tải lượng silic tổng thể.

Loại bỏ silica bằng gốm xúc tác

Gốm xúc tác là vật liệu lọc chuyên dụng được sử dụng trong quy trình xử lý nước để loại bỏ các chất gây ô nhiễm  bao gồm cả silica.

Loại bỏ silica bằng siêu lọc

Màng siêu lọc UF có kích thước lỗ lọc nhỏ có thể loại bỏ các hạt silica keo rất mịn tuy nhiên UF không loại bỏ được silica hòa tan nên có thể kết hợp với các phương pháp khác như RO đẻ loại bỏ hoàn toàn silica.

Loại bỏ silica bằng đốt điện

Phương pháp đốt điện sử dụng công nghệ đông tụ điện tạo dòng điện để giải phóng các ion kim loại khỏi các điện cực, thường được thiết kế từ nhôm hoặc sắt. Các ion này kết tụ lại với nhau, tập hợp silica và các chất ô nhiễm khác khiến chúng kết tụ lại.

Phương pháp đốt điện có thể xử lý lượng silic cao và tạo ra ít chất thải hơn so với xử lý bằng hóa chất. Tuy nhiên công nghệ này thường yêu cầu mức độ tối thiểu nhất định để hoạt động hiệu quả. Trong trường hợp này, nó rất hiệu quả trong việc loại bỏ silica keo nhưng có thể phải kết hợp với các phương pháp khác như RO để loại bỏ silica hòa tan.

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp loại bỏ silica trong nước

Để lựa chọn phương pháp loại bỏ silica trong nước cần căn cứ vào các yếu tố như: Nồng độ và dạng silic (dạng keo, hòa tan, phản ứng), yêu cầu chất lượng nước, các chỉ tiêu hóa học của nước thô (TDS, PH, độ cứng, các ion), ngân sách, mức độ tự động hóa mong muốn, phương án và chi phí xử lý chất thải.

• Phương pháp làm mềm bằng vôi có chi phí vận hành thấp nhưng đòi hỏi không gian lớn và tạo ra nhiều bùn
• RO loại bỏ silica tốt nhưng có chi phí vốn và năng lượng cao
• Đốt điện có diện tích nhỏ nhưng đầu tư ban đầu cao hơn và yêu cầu mức độ dẫn điện tối thiểu để đạt hiệu quả.
• Siêu lọc có khả năng loại bỏ silica tốt đối với silica dạng keo nhưng không tốt đối với các dạng silica khác và nó có thể dễ bị đóng cặn.