بازدارنده های رسوب در آب شیرین کن ها
(Scale Inhibitors)
مقدمه
بدون روش های جلوگیری از رسوب، ممبرین های اسمز معکوس و میزان دبی عبوری از بین المان های ممبرین در نتیجه رسوب بخشی از نمک های محلول دچار گرفتگی خواهند شد. تعدادی از نمونه های رایج این رسوب ها عبارتند از : کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، و سولفات استرانسیم. موارد کمتر نیز شامل رسوب های سیلیس و فلوراید کلسیم می شود.
اثر رسوب بر روی نرخ تولید آب سیستم های RO در شکل 1 نشان داده شده است. در طول زمان القا دبی واحد به سرعت کاهش می یابد. طول زمان القا بسته به نوع رسوب و درجه فوق اشباعیت بخشی از نمک های محلول متغیر است.
زمان القا برای کربنات کلسیم بسیار کوتاه تر از رسوب های سولفات همچون سولفات کلسیم می باشد. اگرچه شوینده های موثری برای رسوب موجود می باشد اما مسایل اقتصادی ایجاب می کند تا از تشکیل رسوب جلوگیری شود. رسوب اغلب با بستن مسیر های عبور آب ورودی المان RO سبب می شود تا عملیات شستشو سخت و بسیار وقت گیر دنبال گردد. همچنین این ریسک نیز وجود دارد که رسوب سبب آسیب دیدن سطوح ممبرین شود.
روش های کنترل رسوب
سه روش معمولا برای کنترل رسوب بکار گرفته می شود:
1- اسید زنی (Acidification)
2- نرم سازی با زئولیت (Zeolite softening)
3- اضافه کردن آنتی اسکالانت (Antiscalant addition)
تزریق اسید:
اضافه کردن اسید موجب تخریب یون های کربنات می شود. این امر باعث حذف یکی از واکنشگرهای لازم جهت رسوب کربنات کلسیم می گردد. اگرچه این روش در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم بسیار موثر می باشد اما تزریق اسید در باز داشتن انواع دیگر رسوب ها همچون سولفات کلسیم غیر موثر است. استفاده از اسید سولفوریک نیز ممکن است حتی سبب رسوب سولفات شود چرا که اسید سولفوریک دارای یون سولفور می باشد. بکارگیری اسید کلریدریک از این مشکل جلوگیری می کند اما هزینه آن بیشتر است.
دیگر معایب شامل خورندگی اسید، هزینه تانک های دخیره، تجهیزات مونیتورینگ و کاهش pH آب تصفیه RO می باشد. بدون عملیات گاززدایی، دی اکسید کربن اضافی موجود در آب تصفیه سیستم های با تزریق اسید سبب افزایش هزینه های احیا فرایند تعویض یونی می شود.
نرم سازی با زئولیت:
فرایند نرم سازی با استفاده از زئولیت شامل بکارگیری یک رزین تعویض کاتیونی اسیدی قوی با فرم یونی سدیم می باشد. سدیم موجود در رزین با یون های کلسیم و منیزیم موجود در خوراک واحد RO جابجا می شود. این واکنش ها به شکل معادلات شیمیایی زیر می باشد. NaZ معرف رزین زئولیت - سدیم است. Ca و Mg به ترتیب کلسیم و منیزیم می باشند.
هنگامی که تمامی یون های سدیم با کلسیم و منیزیم جابجا شد، رزین باید توسط محلول آب نمک (کلرید سدیم) احیا شود. فرایند نرم سازی با زئولیت نیاز به تزریق پیوسته اسید و آنتی اسکالانت را برطرف می کند. بعضی از آثار جانبی فرایند نرم سازی با زئولیت شامل حذف ذرات آلی موجود در خوراک واحد RO و به علاوه کاهش فولینگ سطوح ممبرین توسط آلودگی های کلوئیدی می باشد. اگرچه این حقیقت موجود است که نرم سازی با رزین بسیاری از مولکول های آلی مختلف را جذب می کند و همچنین نرم سازی باعث افزایش بار الکترواستاتیکی منفی جامدات کلوئیدی می شود اما به هر حال دلیل قاطعی برای اثر بخشی قابل توجه ای از این توابع بر روی عملکرد سیستم RO وجود ندارد.
در مقایسه با اضافه کردن اسید و آنتی اسکالانت، اصلی ترین عیب فرایند نرم سازی، قیمت می باشد. جدول 1 مقایسه بین هزینه های مابین گزینه های نرم سازی و تزریق آنتی اسکالانت را در مقادیر مختلف سختی را نشان می دهد. اساس این مثال برای یک سیستم RO با ظرفیت تولید 75 گالن در دقیقه آب تصفیه شده و 75 درصد ریکاوری است. این مقایسه شامل هزینه های مصرفی احیا رزین نمی شود هر چند که در بعضی مناطق این هزینه ها چشمگیر است. با مشاهده هزینه های تجهیزاتی و تحلیل بهایی موجود، دیده می شود که فرایند نرم سازی در هیچ یک از مقادیر سختی قابل رقابت با تزریق آنتی اسکالانت نمی باشد.
اضافه کردن آنتی اسکالانت:
آنتی اسکالانت ها مواد فعال سطحی می باشند که در واکنش های رسوب به سه صورت وارد می شوند:
1- جلوگیری در غلظت های کم آستانه ای
2- تصحیح کریستال
3- پراکندگی
جلوگیری در غلظت های کم آستانه ای عبارت است از توانایی یک آنتی اسکالانت در نگه داشتن محلول های فوق اشباع بخشی از نمک های حل شده در محلول. وقتی کریستال ها در سطح زیر میکروسکوپی شروع به شکل گیری می کنند، گروه های منفی قرار گرفته بر روی مولکول آنتی اسکالانت به بارهای مثبت هسته رسوب حمله کرده و باعث توقف تعادل الکترونیکی لازم جهت ادامه رشد کریستال می شوند.
شکل 2 مکانیسم کم آستانه ای کربنات کلسیم را نشان می دهد. در شکل، آنتی اسکالانت (R) رشد کریستال را با حمله کردن به بارهای مثبت یون های کلسیم قرار گرفته در گوشه های کریستال متوقف می سازد.
تصحیح کریستال نیز عبارت است از خاصیت یک آنتی اسکالانت در دگرگون کردن شکل های کریستال و در نتیجه نرم و یا غیر چسبناک کردن رسوب. وقتی کریستال های رسوب توسط این مواد اصلاح می شوند، شکل آنها تغییر کرده و کمتر فشرده می شوند.
پراکندگی عبارت است از توانایی بعضی آنتی اسکالانت ها در جذب شدن بر روی کریستال ها و یا ذرات کلوئیدی و انتقال مقدار بالایی بار آنیونی به آنها. بار زیاد سبب پراکنده شدن کریستال ها می شود. به علاوه عملیات جذب متفرق کننده ها به طور پیوسته ادامه یافته و سبب عدم رشد کریستال می گردد. شکل 3 این مکانیسم را نشان می دهد. مقادیر بالای بارهای آنیونی همچنین سبب جدا کردن ذرات از بارهای آنیونی ثابت بر روی سطح ممبرین می شوند. (در شکل 3 ممبرین به شکل خطی است که بارهای ثابت آنیونی بر روی آن قرار دارد).
محصولات آنتی اسکالانت جهت رفع نیاز سیستم های جداسازی غشایی می باشند. بازدهی بالا، سازگاری با ممبرین و داشتن برهم کنش های خوب با دیگر عملیات های شیمیایی صورت گرفته در امر تصفیه آب، از جمله خصوصیات لازم و ضروری برای آنتی اسکالانت های مرغوب می باشد.
مقاله اندازه گیری سختی آب را در آب کالا بخوانید.