آنتی اسکالانت Antiscalant ضد رسوب ممبران اسمز معکوس

آنتی اسکالانت Antiscalant ها پلیمرهایی بر پایه آکریلیک اسید (Acrylic acid polymers) و یا ارگانوفسفات (Organophosphatess) می باشند که وظیفه کنترل تشکیل رسوب کربنات کلسیم در شرایط LSI  و S&DSI مثبت و کنترل تشکیل سایر رسوبات (سولفات ها ، فلوئورید ، سیلیس و …) در شرایط SR  بالاتر از ۱۰۰ % را بر روی ممبرین های اسمز معکوس بر عهده دارند و به زبان ساده تر، آنتی اسکالانت ها مانع از تشکیل رسوب (scaling) روی سطح ممبرین RO می شوند.

 

آنتی اسکالانت ( Antiscalant )

آنتی اسکالانت ها معممولا قبل از فیلتر کارتریج تزریق می شوند و چون دارای بار الکتریکی منفی می باشند ، جذب کریستال های رسوب با بار مثبت می شوند و باعث می شوند که رسوب دیگر رشد نکند، در واقع آنتی اسکالانت ها رسوب را از بین نمی برند ، بلکه سرعت تشکیل رسوب را کند می کنند تا رسوب به راحتی شکل نگیرد (کریستالی نشود) و توسط آب حل شده و از سطح ممبرین شسته شود.

باید به این نکته دقت داشت که هر آنتی اسکالانت روی یک دسته از رسوبات تاثیر می گذارد و به همین دلیل نمی توان از یک آنتی اسکالانت برای تمام رسوبات استفاده کرد.

هر سیستم غشائی نظیر سیستم RO بطور طبیعی بر اثر موجود مواد معلق، املاح محلول و پارامترهای میکروبی موجود در آب خوراک دچار گرفتگی می­شود که این امر لزوم در نظر داشت پیش تصفیه فیزیکی و شیمیایی صحیح سیستم را ضروری می سازد.
فرایند ترسیب عبارت از نشست نمکهای کم محلول روی سطح غشاء و فولینگ عبارت از تجمع مواد معلق جامد و میکروارگانیسمها روی سطح غشاء می­باشد. فولینگ در سیستمهای RO یک پدیده طبیعی تلقی می­شود که با عملیات پیش تصفیه و فیلتراسیون مناسب و شستشوی شیمیائی در مواقع نیاز قابل کنترل است.

لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) ناشی از ترکیبات معدنی محلول در آب همچون کربنات کلسیم  (CaCO3) ، سولفات کلسیم  (CaSO4 )، سیلیکا (SiO2) یا دی اکسید سیلیکون ، سولفات باریم (BaSO4) و … می تواند موجب محدودیت راندمان کاری سیستم های فیلتراسیون غشایی ، افزایش فشار و درنتیجه افزایش مصرف انرژی و هزینه های مرتبط با آن ، کاهش کیفیت آب بدست آمده ، شست و شوها و از کارافتادگیهای مکرر می شود . لازم به ذکر است عمر مفید فیلترهای غشایی بر اثر پدیده هایی چون لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) کاهش می یابد.
تشکیل رسوب زمانی آغاز می شود که غلظت یک نمک از حلالیت آن در شرایط محلول بالاتر رود. هسته­های اولیه کریستال نقش کاتالیزوری را برای تشکیل کریستالهای بیشتر از نمک بازی می­کند. این کریستالهای نمک به شرط اینکه به اندازه و جرم حجمی لازم برسند از حالت معلق خارج می‌شوند و شروع به رسوب‌دهی می‌کنند. فرآیند ته‌نشینی رسوب تا زمانی ادامه خواهد داشت که یونهای تشکیل دهنده نمک در محلول به صورت فوق اشباع باشند.

علل لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) را می توان به چهار دسته کلی تقسیم بندی نمود:

افزایش غلظت مواد معدنی محلول در آب ورودی به غشا.
افزایش PH آب.
ایجاد و افزایش سطوح مورد نیاز برای ترسیب که با استمرار لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) این سطح موردنیاز افزایش می یابد.
افزایش دمای آب.

معمولا مشکلاتی که در اثر لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) در فیلتر های غشایی به وجود می آید ، عبارتند از :

کاهش کیفیت و مقدار جریان آب عبوری.
افزایش افت فشار و فشار مورد نیاز و مصرف انرژی و هزینه ناشی از آن.
شست و شوهای بیشتر و با فواصل زمانی کمتر  برای بهبود عملیات  که منجر به کاهش عمر مفید غشاها و افزایش هزینه می شود.
از کارافتادگی های مکرر و بلند مدت.
پارگی و گسیختگی غشا در برخورد با کریستال های رسوبی نوک تیز.

تشکیل رسوبات مختلف با توجه به ماهیت رسوب قابل کنترل یا غیر کنترل می­باشد. برخی رسوبات نظیر سولفات و سیلیکات پس از تشکیل بسیار سخت شستشو می­شوند. همچنین این رسوبات باعث کاهش سریع و شدید کارائی سیستم RO می­شوند. بنابراین باید با پیش تصفیه مناسب، کار با میزان جریانهای طراحی و تزریق مواد شیمیایی مناسب از تشکیل این رسوبات جلوگیری نمود.
رسوب و گرفتگی قادر به کاهش فضای موثر بین مواد بوده و موجب کاهش تلاطم جریان می‌شوند که نتیجه آن، افزایش پلاریزاسیون غلظت در سطح غشاء است. هر چه غلظت محلول در سطح غشاء بیشتر باشد به همان نسبت، املاح بیشتری از خود عبور می‌دهد. وقتی که سطح موثر غشاء کاهش یابد، تلاطم، کاهش خواهد یافت و تمیز نمودن سطح غشاء  مشکلتر می‌شود، زیرا امکان فرستادن محلول شیمیایی به سطوح مسدود شده توسط مواد جامد کاهش می یابد. امکان جلوگیری از تشکیل رسوب با استفاده از بازدهی صحیح سیستم و تزریق مواد شیمیایی وجود دارد.
مواد بازدارنده با جلوگیری از رشد کریستال نمک، سرعت فرآیند ته نشینی را کاهش می‌دهند. این مواد در سطح کریستال نمک تشکیل شده جذب و با جلوگیری از جذب بیشتر نمک فوق اشباع در سطوح کریستال، سرعت گسترش کریستال نمک را کاهش می‌دهند و به این ترتیب هسته­ های اولیه کریستال هرگز به اندازه یا غلظت کافی برای ترسیب نمی­رسند.
اکثر مواد بازدارنده، خاصیت معلق نگهدارندگی نیز دارا هستند. خاصیت معلق نگهدارندگی با محاصره‌ ذرات معلق نمک، آهن یا مواد جامد آلی صورت گرفته و سبب دفع آنها توسط سایر آنیونهای موجود در محلول می­شود. این فرایند از تجمع ذرات و تشکیل ذرات بزرگتر که احتمال ترسیب آنها وجود دارد، جلوگیری می­نماید.
بازدارنده‌های رسوب فقط در کاهش فرآیند تشکیل رسوب یا کاهش فرآیند و تراکم ذرات رسوب مؤثرند و فرایند ترسیب را بطور کامل متوقف نمی­سازند. البته در یک سیستم RO کافی است تا مواد بازدارنده از تشکیل رسوب تا هنگام خروج جریان غلیظ از سیستم بخوبی عمل کند.

مقایسه مواد بازدارنده رسوب

اغلب بازدارنده‌های رسوب دارای ساختار مولکولی با گروههای عاملی شامل اسید کربوکسیلیک (-COOH) یا فسفات هستند. مولکول‌های پلی اکریل با وزن مولکولی پائین (جرم مولکولی بین ۱۰۰-۵۰۰۰) شامل چندین گروه عامل اسید کربوکسیلیک هستند و به طور مشترک در بسیاری از بازدارنده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این بازدارنده‌ها در جلوگیری از تشکیل سولفات و کربنات جزء بهترین‌ها هستند، اما خاصیت پراکنده‌سازی آنها محدود است.
هگزا متا فسفات سدیم (SHMP )، یکی از موادی است که به عنوان بازدارنده انتخاب می‌شود، زیرا علاوه بر نقش بازدارندگی خوب، ارزان قیمت نیز می­باشد. از جمله معایب این ماده، ناپایداری و نیز انحلال دشوار آن در آب می­باشد. در حقیقت، اگر SHMP هر سه روز مجدداً به هم زده نشود، هگزا متا فسفات، به فسفات هیدرولیز می‌شود که در pH خنثی باکلسیم ترکیب شده و فسفات تشکیل می‌‌دهد. این نمک می‌تواند موجب گرفتگی غشاء سیستم شود. استفاده از هگزا متا فسفات به عنوان یک بازدارنده‌ رسوب برای سیستم‌های RO به دلیل وابستگی زیاد آن به مصرف صحیح، عمومیت پیدا نکرده است.
ارگانو فسفوناتها در مقایسه با سدیم هگزا متا فسفات پایدارتر هستند. خواص بازدارندگی و پراکنده‌سازی این ماده شبیه به سدیم هگزا متا فسفات است. اما بر خلاف سدیم هگزا متا فسفات، این ماده پایدار است.
پلی اکریل با جرم مولکولی سنگین (جرم مولکولی بین ۶۰۰۰ تا ۲۵۰۰۰) در پراکنده‌سازی، بهترین اثر را دارد، اما به اندازه‌ی اکریلهای سبک در بازدارندگی رسوب مؤثر نیستند.
همانطور که پیش از این گفته شد، کاربرد بازدارنده‌های ترکیبی، نتایج بهتری را نسبت به بازدارنده‌های تک مولکولی از خود نشان می‌دهند. در صورت استفاده از یک بازدارنده‌ تک مولکولی، احتمال بیشتری وجود دارد که تزریق بیش از حد بازدارنده موجب شود که خود بازدارنده به صورت کاتیون چند ظرفیتی از محلول خارج شود. با ترکیب تولیدات و استفاده از بازدارنده چند مولکولی، سایر بازدارنده‌ها می‌توانند در جلوگیری از رسوب‌دهی اولین بازدارنده مؤثر باشند. همچنین به غلظت کمتری از هر یک از اجزای مستقل بازدارنده‌ها نیاز خواهد بود.
بعضی انواع بازدارنده‌های ترکیبی، شامل پلی اکریل با جرم مولکولی سبک وسنگین هستند تا از قدرت کافی برای باز دارندگی و پراکنده‌سازی برخوردار باشند. به علاوه سایر بازدارنده‌ها، ترکیبی از ارگانوفسفات اکریلات با جرم مولکولی سبکتر هستند که علاوه بر متفرق نمودن خوب، خصوصیات یک بازدارنده را دارا می‌باشند.
بعضی اوقات، فعالیت بیولوژیکی در تانک بازدارنده رسوب می‌تواند موجب ایجاد مشکل شود. رشد بیولوژیکی می‌تواند موجب انسداد مسیر خوراک پمپ تزریق شده و در نتیجه جریان بازدارنده‌ متوقف شود. معمولاً مواد بازدارنده یا معلق نگهدارنده حاوی مقداری مواد بایوساید نیز می­باشند. اما باید در زمان رقیق سازی این محلولها در تانکهای مصرف روزانه دقت کافی مبذول گردد تا غلظت این مواد بایوساید در محلول رقیق از حداقل مقدار موثر کمتر نشود. این مقدار معمولاً از سوی سازندگان قید می­شود. با توجه به اینکه مواد بازدارنده فرایند ترسیب را کند نه متوقف می­نمایند، لذا نباید سیستم برای مدت طولانی در حالت فوق اشباع از نمکها خارج از سرویس باقی بماند. معمولاً یک شیر اتوماتیک برقی بطور موازی با جریان دفعی نصب می­شود تا درست قبل از سرویس خارج شدن سیستم باز شده و کل المنتها از نمکهای فوق اشباع تخلیه گردد.
در برخی موارد از یک تانک برای تزریق دو یا چند ماده شیمیائی در زمانهای مختلف استفاده می­شود. در این صورت باید دقت کافی معطوف به عدم اختلاط مواد با یکدیگر گردد تا لطمه­ای به کارائی آنها و سیستم وارد نشود.