به دلیل بحران کم آبی در سالهای اخیر، نمک زدایی و حذف آلایندهها از آبها، اهمیت ویژه ای یافته است. بدین منظور از ترکیباتی تحت عنوان آنتی اسکالانتها بهره می برند که در سیستم اسمز معکوس به خوبی عمل می کند. آبی که وارد سیستم اسمز معکوس می شود حاوی نمکهای محلول کلسیم، منیزیم و سایر مواد معدنی است. از این رو برای حذف این رسوبات معدنی، می توان از این ترکیبات استفاده نمود. در ادامه به بررسی نقش آنتی اسکالانت در اسمز معکوس می پردازیم.
دلایل تشکیل رسوبات روی فیلترهای غشایی ممبران :
دلایل متعددی برای این امر وجود دارد که شامل:
- افزایش غلظت مواد معدنی محلول در آب ورودی
- افزایش pH
- ایجاد و افزایش سطوح مورد نیاز برای رسوب گذاری
- افزایش دمای آب
است. برای حذف این رسوبات و نمکهای معدنی روشهای متعددی وجود دارد که در ادامه بررسی می کنیم.
کاربردهای ضد رسوبها:
از جمله کاربردهای این ضد رسوبها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- کنترل موثر رسوبات غیرآلی در محدوده غلظت وسیع
- عدم ترکیب شدن با اکسیدهای آهن و آلومینیوم
- عدم تشکیل مواد نامحلول
- جلوگیری موثر از تجمع و رسوب سیلیکون
- استفاده در غشاهای متنوع
همچنین حلالیت و پایداری عالی و اثربخشی در محدوده pH 5 الی 10 از دیگر کاربردهای این ترکیبات است.
تصفیه آب به روش اسمز معکوس:
در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس، آب خام از طریق فیلترهای مختلف مانند کربن فعال، کربن فعال فشرده و غیره و در ادامه به کمک پمپ می تواند آلانیدهها، فلزات سنگین، باکتریها، ویروسها و غیره را که در آب مخلوط شدند را جدا کند. دستگاه تصفیه آب، آب شرب با شاخصهای فیزیکی و شیمیایی و استاندارهای بهداشتی با بهترین کیفیت برای بدن انسان را ارائه می دهد. اسمز معکوس می تواند بالاترین خلوص آب را در بین تمامی فناوریها ارائه دهد.
غشا این سیستم از کلیدی ترین تجهیزات آن است. مسدود شدن منافذ غشا می تواند روی عملکرد کلی سیستم تاثیر بگذارد و به آن آسیب بزند. از آنجایی که قیمت آنتی اسکالانتها بالا است، استفاده از این ترکیبات برای محافظت از سیستم ضروری است. این ضد رسوب ها برای سیستم RO، آنتی اسکالانت سیستم نانوفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون مورد استفاده قرار می گیرد و به تولید آب با کیفیت و کاهش هزینههای عملیاتی کمک می کند.
نقش آنتی اسکالانت در اسمز معکوس:
عموما این ترکیبات برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن و رسوب غشاهای اسمز معکوس مورد استفاده قرار میگیرد. رسوبات معدنی شامل ترکیباتی از جمله:
- سولفات کلسیم
- کربنات کلسیم
- سولفات باریم
- سیلیس
- فلوراید کلسیم
- سولفات استرانسیم
هستند که برای حذف آنها از این ضد رسوبها بهره می برند. این ترکیبات به دلیل اثربخشی عالی در کاهش رسوبات غشایی، برای سیستمهای آبی عالی هستند. عموما از آنها برای پردازش آب خوراک نامرغوب با نرخ بازیابی بالا استفاده می کنند. در صورت استفاده صحیح از این مواد، زمان بین تمیز کردن غشا بین چند هفته تا چند سال افزایش می یابد. بدون ضد رسوب ها، سیستم غشایی اسمز معکوس نمیتواند در صنعت تصفیه آب موفق عمل کند. نقش این ترکیبات در سیستم RO شامل:
- افزایش حلالیت نمکهای معدنی
- جلوگیری از رشد طبیعی کریستالهای و توقف شکل گیری آنها
- افزایش دافعه بین ذرات و در نتیجه جلوگیری از تجمع آنها
- جلوگیری از رسوب نمکهای معدنی
- حذف موثر آلودگیها
است. انواع مختلفی از آنتی اسکالانت ها در بازار موجود است که برای کاربردهای متنوع می تواند آنها را تهیه نمایید.
دلیل استفاده از آنتی اسکالانت در اسمز معکوس:
طیف گسترده ای از سیستمهای آبی مورد استفاده در محیطهای تجاری، صنعتی و فرایندی دارای مشکلات مربوط به آب سخت هستند. رسوبها عموما زمانی تشکیل می شوند که غلظت نمک در شرایط محلول از حلالیت آن فراتر رود. از این رو تمیز کردن عالی غشا، به کارایی و عملکرد بهتر تجهیزات کمک می کند.
روش استفاده از آنتی اسکالانت در اسمز معکوس:
این ترکیبات به عنوان یک افزودنی در فرایند تصفیه آب در سیستمهای اسمز معکوس استفاده می شود. این ترکیبات به عنوان یک ماده ی فعال برای کنترل رسوب در غشاها استفاده می شوند. پیش از انتقال آب ورودی به سیستم اسمز معکوس، یک آنتی اسکالانت با غلظت مناسب را به جریان تغذیه، تزریق می کنند. مواد شیمیایی موجود در این ترکیبات، از تشکیل رسوبات معدنی در سطح غشا جلوگیری میکند. تزریق غلظت مناسب باعث کنترل تشکیل انواع رسوبات معدنی مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، رسوبات آهن و غیره میشود.
اهمیت استفاده از آنتی اسکالانت:
این ترکیبات با کاهش هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری به سیستم های تصفیه آب کمک ویژه ای می کنند. با تزریق مداوم ضد رسوب ها به سیستم اسمز معکوس، جریان جرم گیری به سرعت کاهش می یابد. مقدار بازدارنده رسوب مورد استفاده به عنوان عامل رسوب زدا به غلظت نمکهای محلول در آب تغذیه یا محل مصرف بستگی دارد.
مکانیسم عمل آنتی اسکالانتها:
این ترکیبات با جلوگیری از رشد کریستالهای نمک معدنی، باعث کند شدن فرایند ته نشینی می شوند. بیشتر این ضد رسوب ها دارای خواص پراکندگی هستند. خواص پراکندگی با به دام انداختن ذرات معلق نمک، آهن یا مواد آلی جامد و دفع آنها توسط یونهای دیگر در محلول رخ می دهد. این فرایند از تجمع ذرات و تشکیل ذرات بزرگتر جلوگیری می کند. این ترکیبات عمدتاً از طریق مکانیسمهای مختلفی از جمله:
- مبارزه با رسوبات
- تغییر ساختار کریستالی
- پراکندگی ذرات در آب تغذیه
باعث حذف مؤثر رسوبات از غشاهای اسمز معکوس می شوند.
مشکلات ناشی از عدم استفاده از آنتی اسکالانت:
مشکلاتی که در صورت عدم استفاده از این ترکیبات به وجود می آید به شرح زیر است:
- کاهش کیفیت جریان و کمیت آب جاری
- افزایش فشار کم، فشار مورد نیاز، مصرف انرژی و هزینه
- شستشوی مداوم در فواصل زمانی کم، باعث کاهش عمر مفید غشا و افزایش هزینه
- خرابیهای مکرر و طولانی مدت
- پراکندگی غشاء در هنگام برخورد با کریستالهای رسوب معدنی
آنتی اسکالانت بی کیفیت نیاز به شستشوی غشا را افزایش می دهد که برای دستگاههای تصفیه آب اصلا مناسب نیست. مواد نامرغوب باعث افزایش سرعت تعویض غشاها می شوند که این موضوع عمر مفید فیلتر را کاهش می دهد. مهم ترین موضوع این است که در صورتی که این ماده کیفیت خوبی نداشته باشد، برای آب نیز مضر بوده و عملکرد و کیفیت آب را کاهش می دهد.
مقدار تزریق آنتی اسکالانت:
میزان تزریق به پارامترهای متنوعی از جمله:
- آنالیز آب
- سرعت جریان
- دما
- pH
- نرخ بازیابی سیستم
- منبع آب
- نوع غشا
- نحوه چیدمان غشاها
بستگی دارد. عموما میزان تزریق بین 1 تا 6 ppm متغیر است. این ترکیبات با توجه به ساختار و فرمول شیمیایی که دارند، نمی توانند از غشا عبور کنند. از این رو هیچ غلظتی از آنها وارد آب تولیدی توسط اسمز معکوس نمی شود. البته از نظر زیست محیطی نیز، باید میزان تزریق برای خط کنترل شود و کمترین درصد ممکن به آب ورودی تزریق شود.
مزایا و معایب استفاده از آنتی اسکالانت در سیستم اسمز معکوس:
از مزایای این ترکیبات می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- تمیز کردن نواحی غشا
- نرخ بازیابی قابل توجه
- کاهش هزینههای عملیاتی
همچنین معایب استفاده از انواع نامرغوب شامل:
- کاهش ظرفیت تولید در سیستمهای تصفیه آب
- افزایش تعداد مواد معدنی محلول در آب
- افزایش فشار روی پمپها
- کاهش عمر پمپ
- کاهش عمر غشا و جایگزینی زود هنگام
است. به طور کلی تمامی سیستمهایی که در آنها از تکنولوژی غشایی برای تصفیه آب استفاده می کنند، در معرض انسداد منافذ غشایی قرار دارند. از این رو استفاده صحیح در مقدار مناسب از این ترکیبات ضروری است.
جمع بندی:
آنتی اسکالانتها به عنوان یک افزودنی به آب پیش تصفیه در سیستم اسمز معکوس یا همان RO اضافه می شوند تا از پوسته پوسته شدن غشا جلوگیری کنند. این فرایند زمان بین تمیز کردن غشا را بین ماهها تا سالها افزایش می دهد. از این رو با تزریق ضدرسوب ها می توانیم از غشا محافظت کنیم. البته تزریق میزان بیش از حد از این ترکیبات می تواند اثر منفی داشته باشد و حتی باعث انسداد شود. پس داشتن برنامه ای برای استفاده از آنتی اسکالانت ها در اسمز معکوس بسیار مهم و کارآمد باشد.
روش استفاده از آنتی اسکالانت
آنتی اسکالانت به عنوان یک افزودنی آب پیش تصفیه در سیستم های اسمز معکوس، از تشکیل رسوب در غشا جلوگیری می کند. در سیستم های اسمز معکوس (RO)، آب را با استفاده از غشاهای اسمز معکوس نمک زدایی می کنند. به مرور زمان سیستم غشا با رسوبات ناخالصی فیلتر شده مسدود می شود، که به این حالت پوسته پوسته شدن غشا می گویند. برخی از رسوبات رایج که باعث بروز این پدیده می شوند شامل کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، آهن، سیلیس و سایر آلاینده های آلی هستند. عوارض این پدیده شامل گرفتگی غشا، مصرف انرژی زیاد، کاهش کیفیت آب و حتی تعویض غشا است. به همین دلیل روش استفاده از آنتی اسکالانت، انتخاب و نحوه محاسبه دوز آن حائز اهمیت است.
در فرایند پوسته پوسته شدن، رسوب ذرات بر روی یک غشا باعث مسدود شدن آن می شوند. بیشتر آب های طبیعی حاوی غلظت طبیعی بالا از یونهای کلسیم، سولفات و بی کربنات هستند. به همین دلیل بدون برخی از ابزارهای بازدارندگی رسوب، غشاهای سیستم اسمز معکوس و گذرگاه های جریان توسط رسوب این ترکیبات، پوسته پوسته خواهند شد. در عملیات های نمک زدایی، غشایی با نسبت بازیابی بالا باعث تبلور روی سطوح غشا می شود. در ادامه این انسداد سطحی باعث کاهش شار نفوذی و راندمان فرایند و افزایش هزینه های عملیاتی می شود.
انتخاب آنتی اسکالانت:
این ترکیبات را می توان به طور موثر برای انواع مختلفی از آب های تغذیه به کار برد. تمام این مواد برای کنترل پوسته پوسته شدن غشا کاربرد دارند؛ البته می توان آنها را برای اهداف عمومی یا کنترل نوع خاصی از پوسته نیز طراحی کرد. تست کیفیت آنتی اسکالانت می تواند در انتخاب آن بسیار حائز اهمیت باشد.
انتخاب و روش استفاده از آنتی اسکالانت مناسب برای ایجاد شرایط عملیاتی بهینه بسیار مهم است. کاربرد صحیح این محصول می تواند به صرفه جویی در انرژی، کاهش فرکانس تمیزکاری، افزایش عمر غشا و کاهش هزینه های عملیاتی کمک کند.
روش استفاده از آنتی اسکالانت:
برای به کار گیری آنتی اسکالانت آن را قبل از اینکه آب تغذیه وارد غشای اسمز معکوس شود، به آب تزریق می کنند که از طریق سیستم ارسال شود. در ادامه رسوب را می توان با شستشوی غشاها با آب در pH برابر با 2 یا 3 تمیز کرد. انتخاب نوع آنتی اسکالانت مناسب و مقدار دوز تزریقی به عواملی بسیاری از جمله حجم و وزن مخصوص آنتی اسکالانت و دما و pH آب تغذیه بستگی دارد. در نهایت تمام این عوامل باعث افزایش عملکرد سیستم و کارایی آن می شوند.
روش استفاده از آنتی اسکالانت فلوکن:
مقدار فلوکن مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل رسوب به درجه فوق اشباع نمک های نامحلول، در بالاترین غلظت در سیستم بستگی دارد. درجه فوق اشباع نیز به غلظت های گونه های یونی در آب تغذیه، شوری خوراک، دمای آب تغذیه، درصد آب تغذیه بازیافتی و نوع غشا بستگی دارد.
آنتی اسکالانت فلوکن را باید پیش از فیلتر کارتریج نهایی به یک سیستم غشایی افزود. فلوکن حاوی یک ماده ی نگهدارنده است که تا زمان رقیق شدن 1 قسمت آن در 15 قسمت از آب نفوذ می کند. تمیز کردن دوره ای عمومی سیستم به عنوان بخشی از برنامه نگهداری توصیه می شود.
آنتی اسکالانت چگونه کار می کند؟
این ترکیبات به عنوان افزودنی به آب خوراک پیش از عبور از سیستم غشایی اضافه می شود، با رسوبات واکنش می دهد و آنها را تجزیه می کند. تشکیل رسوب در اسمز معکوس شبیه فرایند کریستالیزاسیون است. این فرایند، از دو رویداد اصلی هسته زایی و رشد کریستال تشکیل شده که توسط خواص ترمودینامیکی و شیمیایی هدایت می شود. در رشد کریستال، هسته زایی مرحله ای است که در آن مولکول یا اتم های املاح پراکنده می شوند و در حلال شروع به تجمع به صورت خوشه هایی میکروسکوپی می کنند.
رشد کریستال ها باعث افزایش اندازه هسته ها می شود و در نهایت به دستیابی آنها به صورت خوشه های بحرانی می انجامد. این ترکیبات در واقع فرایند تبلور را متوقف می کنند، زیرا با پوشاندن هسته از رشد کریستال ها جلوگیری می کنند. به طور کلی حضور این ترکیب واکنش بین کلسیم، منیزیم و بی کربنات را به تاخیر می اندازد. آب توسط سیستم (RO) تصفیه می شود، پس رسوبی نیز تشکیل نمی شود. از آنجایی که مدت زمان گذر آب در سیستم غشایی در طول تصفیه نسبتا کوتاه است، از تشکیل رسوب نیز جلوگیری می شود.
دوز مورد نیاز:
میزان بازدارنده ی رسوب مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل رسوب در غشای اسمز معکوس، با غلظت ترکیبات مختلف در محلول آب نمک تعیین می شود. افزودن بازدارنده به جریان خوراک، تجزیه و تحلیل آب خام و پیش بینی های کامپیوتری برای غشای های مورد نظر بستگی دارد. به طور معمول نرخ دوز آنتی اسکالانت در مقیاس 2 تا 5 میلی گرم در لیتر برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن کافی است.
محاسبه دوز تزریقی آنتی اسکالانت:
برای محاسبه میزان دوز تزریقی این ترکیبات، لازم است موارد زیر را در نظر بگیرید:
- حجم آنتی اسکالانت
- وزن مخصوص آنتی اسکالانت
- نرخ جریان خوراک
- حجم آب موجود در تانک
همچنین میزان دوز تزریقی به:
- آنالیز آب
- نرخ جریان
- منبع آب
- pH
- دما
و نوع ممبران و پیکربندی سیستم اسمز معکوس بستگی دارد.
در شکل بالا، فرمول محاسبه دوز تزریقی آنتی اسکالانت را مشاهده می نمایید.
مزایا و معایب:
این ترکیب نیز مانند سایر ترکیبات شیمیایی دارای فواید و مضرات خاصی است که در ادامه بررسی می کنیم:
فواید:
مواد شیمیایی ضد رسوب و ضد خوردگی بسیاری در بازار وجود دارد؛ اما ویژگی هایی از آنتی اسکالانت وجود دارد که آن را از بقیه رقبا خود متمایز می کند:
- این محصول در سیستم هایی مانند آب دریا و چاه عملکرد موثری دارد.
- برای استفاده در تصفیه آب آشامیدنی ایمن است.
- در سیستم های اسمز معکوس آب دریا و آب چاه بین 75 تا 95 درصد سیلیس و آهن را حذف می کند.
- به طور مستقیم به صورت غلیظ یا به صورت رقیق به سیستم اضافه می شود.
- عمر غشا و کارایی سیستم را افزایش می دهد.
همچنین استفاده صحیح از این ترکیبات می تواند رسوب ذرات را در سیستم های مبتنی بر غشا کاهش دهد و زمان کار و عمر غشا را افزایش دهد. این ترکیبات اثر بخشی بی نظیری در کاهش رسوب غشایی دارند و برای سیستم های آبی نیز ارجحیت دارند.
معایب:
آنتی اسکالانت بیش از حد می تواند باعث ایجاد رسوب در غشا شود. این رسوب را می توان با شستشو غشاها با آب در pH 2 تا 3 تمیز کرد.
جمع بندی:
- در این مقاله به بررسی روش استفاده از آنتی اسکالانت، انتخاب و محاسبه دوز مناسب آن پرداختیم.
- برای به کارگیری و مصرف آنتی اسکالانت، باید آن را پیش از ورود آب تغذیه به غشای سیستم اسمز معکوس به آن تزریق کرد.
- انتخاب نوع مناسب و دوز تزریقی به عواملی گوناگونی از جمله حجم و وزن آنتی اسکالانت، حجم آب خوراک، دما، pH و نرخ جریان آب بستگی دارد.
- در نهایت تمامی این عوامل باعث افزایش راندمان و عملکرد سیستم می شود.