آنتی اسکالانت

آنتی اسکالانت (Antiscalant) از مواد شیمیایی رسوب زدا در صنعت تصفیه آب می باشد و عمده ترین کاربرد آن در سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس برای پیشگیری از پوسته پوسته شدن غشای سیستم RO می باشد.

مواد ضد رسوب در مرحله ی پیش تصفیه دستگاه تصفیه آب صنعتی نقش بسیار مهمی دارد. در این دستگاه تکنولوژی اسمز معکوس بی نقص ترین نوع فیلتر کردن و تصفیه آب محسوب می شود.

 

آنتی اسکالانت یا ضد رسوب چیست؟

 

آنتی اسکالانت یا ضد رسوب، مواد فعال سطحی هستند که با مداخله در واکنش رسوب گذاری، مانع از تشکیل رسوباتی مانند کربنات کلسیم(CaCO₃)، سولفات کلسیم(CaSO₄)، سولفات باریم (BaSO₄) و سولفات استرونیوم (SrSO₄) که بر روی غشای پلی آمید یا ممبران دستگاه آب شیرین کن تشکیل می گردد، استفاده می شود.

احتمال تشکیل رسوبات سیلیکا(SiO₂)  نسبت به سایر رسوبات کمتر است.

نمک و جرم موجود در آب با گذر زمان می تواند سبب ایجاد رسوب در فیلترهای ممبران دستگاه آب شیرین کن شود.

استفاده صحیح از انتی اسکالانت در پاکسازی رسوب ها از ممبران، در افزایش طول عمر ممبران و هزینه های مربوط به تعویض ممبران و شستشوی ممبران را کاهش می دهد.

 

آنتی اسکالانت ها از سه طریق اصلی با واکنش های پراکندگی تداخل می کنند:

 

Threshold inhibition

 

این توانایی یک آنتی اسکالانت برای نگه داشتن محلول های اشباع شده از نمک های محلول است.

 

Crystal modification

 

 این خاصیت آنتی اسکالانت است که اشکال کریستالی را تغییر می دهد و در نتیجه منجر به نرم تر شدن میشود. هنگامی که یک کریستال در سطح زیر میکروسکوپی شکل می گیرد ، بارهای منفی مستقر در آنتی اسکالانت به بارهای مثبت روی هسته ها حمله می کنند و تعادل الکترونیکی لازم برای رشد کریستال را مورد تعرض قرار می دهند. هنگامی که با اصلاح کننده های کریستالی  تصفیه انجام شد ، کریستال های تغییر شکل یافته به نظر می رسندکه بیشتر به شکل بیضی هستند و فشرده گی کمتری دارند.

 

Dispersion

 

پراکندگی توانایی برخی از آنتی اسکالانت ها در جذب روی بلورها یا ذرات کلوئیدی و انتقال بار آنیونی بالا است که تمایل به جدا کردن کریستال ها دارد. همچنین بار آنیونی بالا ذرات را از بارهای ثابت آنیونی موجود در سطح ممبران جدا می کند.

 

مشخصات آنتی اسکالانت (Antiscalant) یا ضد رسوب

 

در طول دو دهه گذشته نسل جدید ضد رسوب ها به طور تجاری ظهور یافته اند، که در آن ها مواد تشکیل دهنده فعال، اغلب مخلوطی از پلی کربوکسیلات ها و پلی اکریلات های مختلف مولکولی هستند. آنتی اسکالانت ها به طور گسترده ای برای جلوگیری از ایجاد رسوب در لوله ها، مبدل های حرارتی و ممبران استفاده می شوند. در اغلب برنامه های کاربردی، ممبران اسمز معکوس و عبور جریان نادرست آن ها، بدون استفاده از شدت جریان و منع ناشی از ته نشینی نمک های محلول می باشد. نمونه های معمول رسوبات عبارتند از: کلسیم کربنات، کلسیم سولفات، باریم سولفات و استرانسیوم سولفات، سیلیکا و کلسیم فلوراید رسوبات رایجی نیستند اما حضورشان در سیستم مشکل به وجود می آورد. ضد رسوب های ما، رسوب ها را مهار می کنند در حالی که این خاصیت را دارند که ذرات کلوئیدی را نیز در محلول پخش می کنند. بازداری و پخش جزء ویژگی محصولات است که به افزایش زمان کار سیستم، کاهش فرکانس تمیز کردن و افزایش کارایی مولکول های RO کمک می کند.

این محصول را با نام های دیگری نظیر آنتی اسکالانت، رسوب زدا، ضد رسوب، رسوب زدای سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس و محلول پاک کننده ممبران نیز می شناسند.

 

 ضرورت استفاده از مواد ضد رسوب

 

آب ورودی به دستگاه اسمز معکوس حاوی نمک های محلول کلسیم، منیزیم و سایر املاح می باشند که این نمکهای محلول در اثر عبور از غشاهای دستگاه اسمز معکوس با گذشت زمان بر روی غشای اسمز معکوس رسوب می کنند. 

رسوب گذاری در سطح ممبران های صنعتی، باعث کاهش کارایی غشاهای سیستم RO در حذف جامدات محلول می گردد که برای از بین بردن رسوبات تشکیل شده بر روی ممبران ها، از مواد ضد رسوب استفاده می شود.

عدم استفاده از آنتی اسکالانت در سیستم اسمز معکوس صنعتی باعث ایجاد مشکلات زیر می شود:

• کاهش راندمان تولید و افزایش TDS خروجی
• کاهش میزان دبی خروجی
• باز شدن منافذ و پارگی غشا در اثر تجمع رسوبات

بنابراین با استفاده از آنتی اسکالانت با کیفیت و تزریق مداوم آن به سیستم با میزان دوز مشخص میتوان از بروز این مشکلات جلوگیری کرد که این امر سبب افزایش طول عمر غشای ممبران می گردد.

عملکرد آنتی اسکالانت

آنتی اسکالانت ها در دستگاه های آب شیرین کن صنعتی، به آلاینده های موجود در آب می پیوندند و از اتصال و چسبندگی رسوبات به سطح ممبران جلوگیری می کند.

 این ماده، آلاینده ها و املاح آب را از داخل ممبران عبور داده و این مواد را همراه پساپ از سیستم RO خارج می کند.

عدم استفاده از انتی اسکالانت آسیب جدی به ممبران های دستگاه RO زده و موجب کاهش دبی خروجی و همچنین بالا رفتن  TDS آب می گردد. بنابراین استفاده از آن در دستگاه اسمز معکوس RO جهت افزایش طول عمر ممبران و همچنین افزایش راندمان جریان خروجی، ضروری است.

عملکرد مواد ضد رسوب در ممبران سیستم آب شیرین کن RO به این صورت است که با تاثیر بر عوامل ایجاد کننده رسوب، باعث تاخیر در تشکیل رسوبات طی مدت زمانی که از غشای ممبران عبور می کند می گردد و به این طریق از تشکیل رسوب بر سطح غشای ممبران جلوگیری می کند.

انواع آنتی اسکالانت و ترکیبات آن ها

 

ضد رسوبات بر اساس ماهیت به دو دسته عمده ترکیبات آلی و معدنی تقسیم می شوند:

انواع معدنی آنها شامل فسفات ها مانند پلی متا فسفات و نمک های فسفات می باشد.

ضد رسوبات آلی شامل پلی آکریلیک اسیدها، فسفینو کربولسیک اسیدها، پلیمرهای سولفونات دار و فوسفونات ها هستند. فوسفونات ها در دماهای بالا بسیار موثر بوده در حالی که پلیمرهای سولفونه در دماهای پایین موثر می باشند. کوپلیمرها که شامل فوسفونات ها و پلیمرهای سولفونه هستند می توانند در رنج وسیعی از دماها کارآیی لازم را داشته باشند. کوپلیمرهای فوسفونات دار همراه با آکریلیک اسیدها و وینیل سولفونیک اسید به طور ویژه به عنوان ضد رسوب باریم سولفات در سیستم های پایه آبی استفاده می شوند.

آنتی اسکالانت پایه فسفاته

 

این نوع از انتی اسکالانت ها دارای گروه های عاملی اسید کربوکسیلیک و فسفاته هستند. آنتی اسکالانت فسفاته؛ بهترین نوع آنتی اسکالانت در جلوگیری از تشکیل رسوب می باشد ولی در مقابل، خاصیت پراکنده سازی کمی دارد.

 

تعدادی از آنتی اسکالانت های رایج فسفات

 a) Phosphate, b) Polytriphosphate, c) Hexametaphosphate

آنتی اسکالانت های فسفونات

بر خلاف پلی فسفات ها، در دماهای بالا کمتر در برابر هیدرولیز آسیب پذیر هستند، زیرا دارای گروه های فسفونی در ساختار خود هستند. گروه های فسفونی با پیوندهای C-P که پایدارتر از پیوندهای P-O-P هستند، متصل می شوند. گزارش شده است که توانایی بازدارندگی فسفونات ها به ویژه برای مهار CaCO₃، Mg(OH)₂ و پوسته پوسته شدن BaSO₄ بالاتر از پلی فسفات است. مزیت دیگر آنتی اسکالانت فسفونات حلالیت بالای آنها در آب است. با این حال، مانند پلی فسفات، آنتی اسکالانت های فسفونات دارای همان نقطه ضعف هستند که احتمال تشکیل رسوب های فسفات کلسیم است.

 

تعدادی از آنتی اسکالانت های رایج فسفونات

 a) Phosphonate, (b) 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, (c) amino trimethylene phosphonic acid (ATMP) (d) 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid (PBTCA)

انتی اسکالانت پایه پلیمری

این نوع از انتی اسکالانت ها دارای وزن مولکولی بالایی هستند و قدرت رسوب زدایی انواع رسوبات از جمله رسوبات کربناته و سولفاته را دارا می باشند. آنتی اسکالانت پایه پلیمری جهت جلوگیری از ایجاد رسوب در آبهای دریا، آب های لب شور و نیز آب هایی با سختی بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

 

تعدادی از مونومرهای مرسوم در سنتز آنتی اسکالانت های پلیمری

a) Acrylic acid (AA), (b) Maleic acid (MA), (c) 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid

 

 

 

معایب استفاده از آنتی اسکالانت نامرغوب

• افزایش تعداد شسشتوی ممبران
• کاهش طول عمر ممبران
• تعویض زود هنگام ممبران
• کاهش ظرفیت تولید
• بالارفتن فشار پمپ طبقاتی و کاهش طول عمر آن

استفاده از آنتی اسکالانت نامرغوب سبب گرفتگی ممبران شده که این امر شستشوی مکرر ممبران را در پی دارد. شستشوی مکرر ممبران به دلیل ایجاد گرفتی ناشی از رسوبات سبب کاهش عمر ممبران و تعویض زود هنگام آن و صرف هزینه بالا می گردد.

نحوه تزریق آنتی اسکالانت

محل تزریق آنتی در سیستم های آب شیرین کن صنعتی، روش اسمز معکوس RO بعد از فیلتر شنی و کربنی و قبل از فیلتر میکرونی است. در این حالت با تاثیرگذاری آنتی اسکالانت، رسوب کمتری بر روی فیلتر میکرونی ایجاد می شود.

با تزریق آنتی اسکالانت در سیستم آب شیرین کن RO عمر فیلتر میکرونی و عمر ممبران افزایش یافته و از تشکیل رسوبات در غشای ممبران جلوگیری به عمل می آید.

مقدار آنتی اسکالانت مناسب را بایستی با آب تصفیه شده رقیق نمود و توسط دوزینگ پمپ به داخل سیستم با دوز مشخص تزریق نمود.

دوز تزریق آنتی اسکالانت

مقدار دوز تزریقی آنتی به عوامل زیر بستگی دارد و با در نظر گرفتن این موارد می توان میزان دقیق دوز تزریق را تعیین کرد.

• آنالیز آب خام ورودی
• میزان جریان ورودی
• میزان TDS آب ورودی
• دما
• pH

با در نظر گرفتن موارد فوق و نرم افزار های اختصاصی مانند COROLA.T و … که توسط شرکت سازنده ارائه می شود، می توان مقادیر دقیق دوز تزریقی آنتی اسکالانت را تعیین کرد.

به طور معمول میزان تزریق انتی اسکالانت‌ ها در محدوده 1 الی ppm 6 می‌باشد.