阅读导语：硅的介绍、水质测定中硅的判断依据、硅垢的成因、硅垢的危害、常见的除硅工艺、反渗透膜浓水侧硅要求、实验情况
硅的介绍：
硅分有机硅和无机硅，有机硅是一种合成化合物，无机硅是存在于水中复杂的一种无机物 ， 无机硅主要指水中的溶解硅和胶体硅。
硅的 4 种存在形态：含呈分子、离子状态的硅酸化合物，不安定的胶体硅、吸附状态的硅酸化合物，较安定粗粒的硅酸化合物。
（ 1 ）离子分子状态的硅酸化合物，即溶解硅，主要来源于硅酸盐、硅酸铝盐以及各种氧化硅的溶解，一般以二氧化硅溶解为主。主要产物是 H4SiO4 ，少部分以 HSiO3 形式存在。
（ 2 ）不安定的胶体硅：水中以分子聚集态存在的硅酸化合物，是一种聚合产物。例如聚硅酸和硅胶之类的高聚硅酸分子，以及低聚硅酸分子。
（ 3 ）吸附状态的硅酸化合物：天然水中存在的各种颗粒物如铁 / 铝氧化物颗粒、钙镁等碳酸盐或有机物颗粒，能将水中的硅酸吸附至其表面，通过过滤去除。
（ 4 ）较安定粗粒的硅酸化合物：可能是硅和水中的沙石、悬浮物等组成，比表面积较大，一般用过滤方法也可以去除。
1 、全硅：水中以各种形式存在的硅酸化合物的总和。水质测定以二氧化硅为主，分为活性硅和非活性硅，按水中二氧化硅存在状态一般分胶体硅、溶解硅、微粒硅三种形式。
2 、活性硅：即溶解硅，主要指二氧化硅溶解于水形成的硅酸盐。
3 、非活性硅：全硅减去活性硅，在工业上可以理解为胶体硅和微粒硅。微粒硅：主要是指水中悬浮的二氧化硅。胶体硅的粒径一般在 5~200nm 。较安定粗粒的硅酸化合物即属于非活性硅的一种。可以通过混凝、澄清、过滤去除。
（ 1) 硅酸分子中含有 4 个羟基，很容易发生自聚反应而形成沉淀。
（ 2 ）铁和铝等容易与硅发生反应，形成难溶硅酸铁和硅酸铝，改变 SiO2 的溶解度，加速污堵膜元件及蒸发器的结垢。
（ 3 ） SiO2 结垢一般不溶于常规的酸碱，清洗困难，且容易使 RO 不可恢复。
（ 4 ）钙镁高含量和重碳酸碱度大是促进硅沉淀的协同影响因素。
2 、硅垢的形成分为内因和外因。内因主要指溶液中存在各种形态的硅，外因是各种条件下过饱和析出的沉淀。当体系中存在各种形态的硅以及 Ca2+ 、 Mg2+ 、 CO32- 、 SO42- 时，硅垢更容易形成。
（ 1 ）循环过程：各种离子浓缩增大达到过饱和产生硅酸钙和硅酸镁的沉淀，这些已经形成的微小颗粒又会成为成核中心，加速沉淀过程，形成坚硬密实的硅垢。
（ 2 ）浓缩过程：浓缩形成的碳酸钙和氢氧化镁等沉淀型水垢，可以为硅酸垢提供晶核中心，从而促进混合型水垢的形成。
（ 3 ）胶体析出：高盐分及 PH 和压力的降低，使得二氧化硅胶体可能析出，形成无定型或者聚合态硅酸沉淀。
（ 4 ）工业生产装置压力
骤降
时，硅酸盐等物质最容积沉积，形成硅垢。
3 、硅在水中存在形式的复杂和不稳定性，使硅垢的去除成为难点。
1 、工业废水处理主要面临膜浓缩和蒸发器结垢的危害。硅垢不仅会堵塞膜表面还会堵塞蒸发器，降低膜的性能，而且一旦形成很难清除，清除时容易破坏膜性能。硅垢还容易影响蒸发器的换热效率，缩短蒸发器的使用寿命。
2 、高盐废水中 SiO2 的主要形态为单硅酸和二聚硅酸、低聚硅酸、高聚硅酸及非活性硅。
(1)PH ＜ 7 ，以高聚硅酸 [(H2SO3)] 的形式存在，可聚集并沉积在膜表面形成硅，部分以单硅酸形式存在的二氧化硅还可以在膜表面聚合，形成无定形的污染层概念。
(
2
)PH ＞ 7 ，碱性条件下的二氧化硅主要以硅酸跟离子（ SiO32-) 的形式存在，硅酸
根
离子和金属离子如 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Al3+ 、 Fe2+ 反应生成金属硅酸盐垢。硅垢很难从反渗透膜上彻底去除。
常 见 的除硅工艺
水中硅的存在形式主要以二氧化硅测定，二氧化硅的存在形式主要分胶体硅和溶解硅，针对不同形态采用不同的去除方式。
1 、胶体硅：混凝澄清、过滤、气浮、超滤、反渗透。
2 、溶解硅：化学除硅，反渗透、离子交换、电絮凝、 EDI 等。
化学除硅含镁剂除硅、铁盐除硅、铝盐除硅、石灰除硅，一般采用复合方式。
1 、二氧化硅溶解方程式 Si( OH)4 ? Si( OH)3-
+
OH-
2 、 PH 值 7~8 时，硅酸溶解度几乎不变， PH ＞ 8 时，硅酸分子部分电离成硅酸离子， PH 升高，溶解度增大。
3 、
温度升高，溶解度
也会
增大
，
由于脱盐膜运行温度区间有限，此处不展开讨论
。
（截图来源
杜邦 FilmTec 反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册 2022 版
）
4
、反渗透膜对二氧化硅的截留率接近 100% 。
以下为实验室实验效果，结论需进一步有中试设备中论证 ......
工艺描述：一级反渗透 --- 浓水反渗透 --- 浓浓水反渗透
由于进水硅较高，被浓缩后超出标准溶度积，进入下一步反渗透系统，浓水侧可能超出阻垢剂的极限值，计划在浓水反渗透前进行除硅。
某设计院遇到的问题：在一级反渗透浓水中，由于投加了阻垢剂，使用化学除硅法，发现半小时后依旧沉淀不下来（如图）。
尝试了 4 个品牌的阻垢剂，不同的加药量，均不同程度的出现同样不沉淀的情况。
尝试不投加阻垢剂，发现浓水中使用化学除硅，几秒钟内就浑浊并沉淀下来。
PWT 技术人员介入后，发现尝试的阻垢剂均为磷酸盐类阻垢剂，从阻垢机理上分析判断，沉淀不下来是正常现象，建议设计院尝试 PWT 的无磷阻垢剂，阻垢机理和磷酸盐类阻垢剂完全不一样。
化学除硅投加入烧杯内， 10 秒钟后试验结果如图：
（图左边塑料杯为投加磷酸盐类阻垢剂的浓水，右边大烧杯为投加无磷阻垢剂的浓水）
从实验室的实验来初步判断，无磷阻垢剂对化学除硅法影响小，具体在项目中如何设计使用，待该设计院的中试实验报告（该报告归设计院所有，争取获得授权公开分享）。
同理，浓水反渗透 ——后除氟工艺中，也可能是阻垢剂影响除氟 .....
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