آنتي اسكالانت و چگونگي عملكرد آن

آنتي اسكالانت ها (ضد رسوب  ها) از سيستم هاي تصفيه آب محافظت مي كنند

در حال حاضر تكنيك ممبران اسمز معكوس كاملترين نوع فيلتراسيون آب به شمار مي رود و سيستم هاي مجهز به فيلتر "آر او" (RO ) دستگاههاي قدرتمند و موثري براي توليد آب آشاميدني سالم هستند. بيشتر ممبران هاي اسمز معكوس كه در تصفيه آب كاربرد دارند، به شكل حلزون مارپيچي و يا لوله هاي فيبر توخالي از جنس فيلم نازك كامپوزيت (TFC)  هستند. جنس اين ممبران ها از يك فيلم نازك پلي آميدي است و همين لايه بسيار نازك باعث عملكرد عالي ممبران است كه حتي نمك هاي محلول را هم مي تواند از آب جدا كند.

براي حفظ كارايي سيستم و افزايش عمر ممبران بايد يك سيستم پيش تصفيه مناسب بر اساس كيفيت آب خوراك، قبل از ممبران وجود داشته باشد. علاوه بر اين كه در كنار بهره مندي از اين روش قدرتمند براي تصفيه آب، هميشه با اين مسأله روبرو هستيم كه ممبران به دليل وجود همين منافذ ريز به مرور دچار رسوب گرفتگي مي شود.

بيشتر آب هاي طبيعي غلظت هاي بالايي از كلسيم، سولفات و يونهاي بي كربنات دارند و در بهترين حالت هم موادي مثل گچ و كلسيت به حالت اشباع در مي آيند و بر روي سطح ممبران هاي آب شيرين كن،به صورت كريستال مي نشينند. رسوب مواد معدني، اكسيد و هيدروكسيد فلزات، مواد بيولوژيك و ميكروارگانيسم ها از مهمترين عوامل گرفتگي ممبران يا به اصطلاح فولينگ هستند.

 
به طور كلي به تجمع لايه هايي از مواد مختلف از جمله كلوئيدهاي ارگانيك (مثل چربي و ميكرورگانيسم ها) و غيرارگانيك (مثل مواد معدني) در سطح ممبران فولينگ مي گويند كه شامل پديده اسكالينگ هم مي شود. به طور خاص به رسوب گذاري نمك هاي كم حلاليت بر روي سطح ممبران اسكالينگ مي گويند و بدون استفاده از مواد ضد رسوب به اسم آنتي اسكالانت ها ممبران هاي "آر او" به دليل نشست موادي مثل كربنات كلسيم، سولفات كلسيم، سولفات باريم و سولفات استرونتيوم رسوب مي گيرند.

 
فولانت به صورت تجمعي از مواد نرم و غيركريستالي بر روي ممبران ظاهر مي شود كه معمولا با اسيد تميز مي شوند. براي جلوگيري از تجمع فولانت بر روي سطح ممبران پليمرهايي مصنوعي به نام ديسپرسنت ها طراحي شده اند. ديسپرسنت ها به اسم آنتي فولانت هم به فروش مي رسند. ديسپرسنت ها از نظر شيميايي اغلب همان ويژگي هاي آنتي اسكالانت را دارند و بر روي هر نوع فولانت ديسپرسنت خاصي موثر است  وبه همين دليل بايد در ابتدا نوع فولانت ايجاد شونده تعيين شود. 

تجمع رسوب مانع عبور موثر آب از المنت هاي ممبران مي شود و بازدهي سيستم را به شدت كم مي كند و هزينه هاي سيستم را بالا مي برد. بنابراين از نظر اقتصادي بهتر است از رسوب گذاري جلوگيري شود؛ حتي اگر حل كننده هاي قوي براي اين رسوب ها وجود داشته باشد. پاكسازي رسوب ها از ممبران، كاري مشكل است و وقت زيادي مي گيرد؛ اين احتمال هم وجود دارد كه رسوب گذاري به ممبران آسيب برساند. تعويض ممبران بخصوص در تجهيزات صنعتي بزرگ به طور قابل ملاحظه اي پرهزينه تر از روش هايي است كه براي جلوگيري از اين مشكل وجود دارد. 

سه روش كنترل رسوب گذاري بر روي ممبران

اسيدي كردن

اضافه كردن اسيد باعث از بين رفتن يون هاي كلسيم و بنابراين حذف يكي از واسطه هاي فعال مورد نياز براي رسوب كردن كربنات كلسيم مي شود. اين روش براي جلوگيري از ايجاد رسوب كربنات كلسيم كارآمد است؛ اما در برابر انواع ديگر رسوب تاثيري ندارد. علاوه بر اين اسيد موجب خوردگي تانك و تجهيزات مونيتورينگ سيستم مي شود و مهمتر از همه اين كه در نهايت  آب را اسيدي مي كند. 

نرم كردن با مكانيسم تعويض يوني

در اين مكانيسم از سديم استفاده مي شود و يون هاي منيزيم و كلسيم آب خوراك با يون سديم جايگزين مي شوند و سپس ممبران با يك محلول نمكي شستشو داده مي شود. اين روش نياز به استفاده مداوم از اسيد و يا آنتي اسكالانت را كمتر مي كند اما هزينه نسبتا بالايي دارد. 

استفاده مداوم از آنتي اسكالانت

آنتي اسكالانت ها مواد سطحي فعالي هستند كه با سه روش با رسوب گذاري در سطح ممبران مقابله مي كنند. برخي از آنتي اسكالانت توانايي نگهداري محلول هاي فوق اشباع را به حالت محلول دارند و بعضي از آن ها شكل كريستال ها را تغيير مي دهند و شكل نرم و غير چسبنده ايجاد مي كند كه تراكم كمتري دارند. بعضي از آنتي اسكالانت ها هم توانايي جذب شدن بر روي كريستال ها و يا ذرات كلوئيدي را دارند كه باعث ايجاد بار منفي بر روي ذرات مي شوند و بنابراين ذرات در حال رسوب را از هم جدا مي كند. 
اسيدي كردن به دليل هزينه زيادي كه بايد براي اسيد، تانك ها و تجهيزات مونيتورينگ صرف شود، روش مقرون به صرفه اي نيست. علاوه بر اين كه اسيد كربونيك اضافي وارد شده به آب هم هزينه نرم كردن آن را با روش هاي تعويض يون بيشتر مي كند. آنتي اسكالانت ها نسبتا ارزان هستند كه هزينه اضافي ديگري را ايجاد نمي كنند.در مقايسه با روش اسيد زدن يا آنتي اسكالانت، مهمترين اشكال نرم كردن آب بالا بودن هزينه آن به دليل نياز به تجهيزات خاص است.

آنتي اسكالانت ها مواد شيميايي هستند كه براي جلوگيري از تشكيل كريستال هاي نمك هاي معدني و رسوب آن ها طراحي شده اند. در طول دو دهه اخير نسل هاي جديد آنتي اسكالانت به بازار آمده اند كه عمدتا از جنس پليمرهاي ارگانيك مصنوعي مانند پلي كربوكسيلات و پلي آكريلات هستند. هگزامتوفسفات از اولين آنتي اسكالانت هايي بود كه براي ممبران RO به بازار آمد؛ ولي اين نوع به دليل محدوديت هايي كه در هنگام كار داشت، بعد از ظهور انواع جديدتر كمتر استقبال شد.

 
استفاده از نوع و مقدار مناسبي از آنتي اسكالانت هم اهميت زيادي براي حفظ دستگاه دارد.  استفاده از دوز كمتر از حد اپتيمم نمي تواند از رسوب گرفتن ممبران جلوگيري كند و استفاده از دوزهاي بالاتر هم باعث تجمع آنتي اسكالانت و ديسپرسنت در سطح ممبران مي شود. روش هاي محاسبه اي دقيقي وجود دارند كه با استفاده از نتايج آناليز مواد معدني آب مورد نظر مي توانند احتمال تشكيل رسوب بر روي سيستم را به صورت كامپيوتري برآورد و نوع و دوز مورد نياز آنتي اسكالانت مناسب را تعيين كنند.

مثلا در آنتي اسكالانت هايي كه از پلي آكريليك اسيد ساخته شده اند، اگر غلظت بالايي از يون در محيط وجود داشته باشد، مستعد ايجاد فولانت هستند كه بر روي سطح ممبران رسوب مي كند. در زمان توقف كار ممبران، تزريق آنتي اسكالانت بايد متوقف شود و آنتي اسكالانت با فشار از ممبران خارج شود وگرنه در آن ته نشين شده و فولينگ ايجاد مي كند. در اين نوع سيستم ها معمولا يك ميكسر براي مخلوط كردن آنتي اسكالانت قبل از ورود به ممبران و يك مترينگ براي تزريق آنتي اسكالانت كار گذاشته مي شود كه در هر چند ثانيه مقدار مشخصي از آن را به سيستم تزريق مي كند. 

به طور كلي طراحي يك سيستم پيش تصفيه مناسب و استفاده از تصفيه كننده هاي شيميايي براي نگهداري ممبران ضروري هستند و باعث كاهش هزينه هاي نگهداري اين نوع سيستم ها مي شوند.