Zeitschrift für Membranwissenschaft und -technologie

Abstrakt

Einblick in die Anfangsstadien der Silica-Skalierung durch Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie

Bogdan C Donose, Greg Birkett und Steven Pratt

Die Leistung der Umkehrosmose-Entsalzung (RO) kann durch Membranablagerungen eingeschränkt werden. Besonders problematisch sind Kieselsäureablagerungen, die sich, wenn sie sich erst einmal auf der Membran abgelagert haben, nur sehr schwer entfernen lassen. In dieser Arbeit wurde die Ablagerung von silikatenreichen Nanopartikeln untersucht. Für eine mikroskopische Untersuchung der Ablagerung und Haftung der silikatenreichen Nanopartikel wurde eine neuartige In-situ-Probenvorbereitungsmethode entwickelt. Bei dieser Methode wird ein sauberer Silika-Wafer in eine bewegte Salzlösung gelegt, um Partikel zu sammeln und so die Anfangsstadien der Ablagerung zu simulieren. Die „abgelagerten“ Oberflächen wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) charakterisiert. Es wurden Modellsalzlösungen mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Konzentration von Nanopartikeln, Kationen und organischen Stoffen sowie Abfallsalzlösungen aus einer voll funktionsfähigen Wasseraufbereitungsanlage getestet. Die Mikroskopie ergab, dass silikatenreiche Nanopartikel aus allen Wässern abgelagert wurden, wobei kleinere Nanopartikel leichter an der Wafer haften blieben als größere. Die Anwesenheit von organischen Stoffen erhöhte die Haftung der Nanopartikel, während zweiwertige Kationen (Ca2+ und Mg2+) die Haftung der Nanopartikel verringerten. Diese Ergebnisse haben Auswirkungen auf die Bewertung, Auswahl und Durchführung von RO-Vorbehandlungsprozessen und chemischen Dosierungsstrategien, insbesondere auf den Bedarf an schwach sauren Kationenaustauschern (WAC-IX) bzw. Antiscalant-Chemikalien.