رسوب گذاری و خوردگی در آب و مکانسیم آن

یکی از مشکلات مهم در صنایع ، رسوب های تشکیل شده از آب می باشد . به عنوان نمونه در سال ۱۹۹۳ اعلام شد که در کشور انگلیس ، سالانه هزینه ای در حدود یک میلیارد پوند صرف مسائل مربوط به رسوب گذاری می شود . چرا اصولأ در یک سیستم رسوب ایجاد می شود؟

پاسخ به این سوال مشکل است . در عمل علل مختلفی می تواند باعث ایجاد این امر گردد که روابط بین این علل بسیار پیچیده است . رسوبگذاری یک فرایند چند مرحله ای است که مسبب آن نمک های محلول درون آب می باشند عوامل مختلف تاثیر گذاری بر روی فرایند رسوب گذاری عبارتند از فوق اشباع بودن ، دما و سرعت جریان . یکی از این نمک های رسوب گذاری ، کربنات کلسیم است که برای کنترل و اصلاح رسوب گذاری آن روش های مختلف فیزیکی ،بیولوژیکی و شیمیایی وجود دارد. امروزه کاربرد روش های فیزیکی و شیمیایی بسیار متداول شده است . استفاده از وسایل مغناطیسی یکی از روشهای فیزیکی است که در تصفیه آب به روش مغناطیسی به بررسی اثر آن خواهیم پرداخت.

۱- مکانیسم رسوب گذاری

رسوب گذاری به دلایل مختلفی صورت میگیرد و علل مختلفی در رسوب گذاری موثر می باشد.

رابطه بین علل مختلف رسوب گذاری ، بسیار پیچیده است و از نظر علمی کاملا روشن نمی باشد.ولی می توان قوانین کلی را از روی مشاهدات به این پدیده نسبت داد.

برای نمونه مواد معلق موجود در آب پس از ته نشینی بر روی سطوح جامد و سپس سوخته شدن احتمالأ به دلیل دمای بالای سطح حالت رسوبی شکل به خود می گیرند . اما در حالت کلی آب شامل مواد معدنی محلول می باشد.

این مواد در حالت فوق اشباع ایجاد نخستین هسته های کریستالی را نموده و با ایجاد این هسته ها ، رشد کریستال ها آغاز می شود . رشد کریستال ها در نهایت باعث ایجاد رسوب بر روی سطوح در تماس با آب می شود.

هر کوشش جدی برای جلوگیری از رسوب گذاری بدون شناخت کیفی و در صورت امکان کمی عوامل موثر در آن امکان پذیر نیست .

می دانیم که همه مواد معدنی تشکیل دهنده اجزأ یک رسوب از آن گروه نمک هایی هستند که حلالیت آنها تابع دماست . تغییر درجه حرارت نقاط مختلف یک سیستم (که معمولأوجود دارد)کافی است که این نمک ها را به صورت اشباع در آورده و در نهایت وادار به ته نشینی کند . هنگامی که یک محلول فوق اشباع می شود ،در صورت ایجاد هسته های اولیه کریستال ،بهترین شرایط برای رشد کریستال در داخل سیستم فراهم می شود. اجزاء تشکیل دهنده ناخالصی های آب (مثل کربنات و سولفات کلسیم ،سولفات باریم ،سلیکا و غیره ) در اثر عوامل مختلفی (بعد از عبور از مرحله فوق اشباع )می توانند ته نشین شوند. این عوامل می توانند افت فشار ، تغییر دما ، تغییر جریان و  تغییر pH و غیره باشند . اما برای آن که املاح آب ته نشین شوند سه شرط لازم است :

• فوق اشباع بودن

فوق اشباع بودن محلول عامل درجه اول در رسوب گذاری است .هنگامی که حاصل ضرب غلظت یون های یک نمک از  (حاصلظرب حلالیت ) آن تجاوز کند ( یعنی حالت فوق اشباع ) ، تحت شرایط مناسب ، که می توان آن را عامل درجه دوم نامید ( همانند فشار ، دما ، سرعت ، pH ،شکل هندسی سطح و خصوصیات شیمیایی ) نمک شروع به رسوب گذاری می نماید.

یک محلول به دلیل مختلف می تواند فوق اشباع شود مثل تغییرات دما ، pH ، تبخیر ، تغلیظ و اضافه شدن موادی که می توانند نقش هسته اولیه را بازی کنند.

پدیده فوق اشباع می تواند کاملأ یک پدیده موضعی باشد . در مواضعی مثل فیلم سیال در مجاورت یک سطح گرم ، محل تماس مایع و گاز ، در یک شکاف میکروسکوپی و در خلل و فرج رسوب های قبلی این پدیده می تواند اتفاق افتد . حالت فوق اشباع می تواند به مدت زمان طولانی ، بدون آن که رسوبی ایجاد شود و یا کریستالی رشد کند ،  باقی بماند . دو پژوهشگر توانستند محلول فوق اشباعی  تهیه کنند که به مدت سی سال بدون آن که رسوبی ایجاد شود ، به صورت فوق اشباع باقی بماند.

زمانی که می گذرد تا محلول فوق اشباعی شروع به رسوب شدن کند را زمان تاخیر می گویند.

زمان تاخیر برای محلول های مختلف ، متفاوت است و تحت تاثیر عوامل مختلفی می باشد . مثلأ وجود منیزیم یک مانع مهم برای رسوب کردن کربنات کلسیم آب دریاست . حضور منیزیم باعث تمایل به حفظ درجه بالا تری از فوق اشباع و زمان تاخیر بیشتری می شود . جدول زیر نشان می دهد که وجود منیزیم چه تاثیری در طولانی تر کردن زمان تاخیر دارد.

اثر منیزیم در رسوب گذاری کربنات کلسیم

شکل زیر کاهش قابل توجه رسوب کربنات کلسیم ، هنگامی که pH از ۸٫۴ به ۶٫۵۵ می رسد را نشان می دهد . این شکل علاوه بر تاثیر pH همچنین اثر جنس سطح را هم نشان می دهد . منحنی A نتایج حاصل از رسوب شدن کربنات کلسیم بر روی چدن در pH  برابر ۸٫۴ و منحنی F همان شرایط را بر روی فولاد ضد زنگ نشان می دهد . برای سهولت در تشخیص ، در منحنی های E و F مقادیر محور عمودی در سه ضرب شده است.

اثر pH و جنس سطح بر ته نشینی کربنات کلسیم

در ادامه به تشکیل هسته های اولیه در شکل گیری رسوبات در آب می پردازیم …