دستگاه تصفیه آب – آب شیرین کن به روش اسمزمعکوس – اسمز معکوس : کنترل رسوب

اسکالینگ(رسوب گرفتگی) ممبرین هایسیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس – اسمزمعکوس RO / NF ممکن است زمانی رخ دهد که نمکهای انحلال پذیر فراتراز حد انحلال پذیری شان در  المان ها ( ممبرین – ممبران ) تجمع می یابند. به عنوان مثال، اگر یک سیستم تصفی آب به روش اسمز معکوس – اسمزمعکوس با بازدهی ۵۰٪ کار کند، غلظت در جریان کنسانتره تقریبا دو برابر غلظت جریان خوراک خواهد بود. همانطور که بازدهی  بالا می رود، خطر ابتلا به رسوب گرفتگی نیز افزایش می یابد.

با توجه به کمبود آب و نگرانی های زیست محیطی، افزودن یک سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس – اسمزمعکوس بازیافت نمک (RO concentrate) برای افزایش راندمان، بیشتر مورد توجه واقع شده است. برای به حداقل رساندن رسوب گرفتگی, می بایست اندازه گیری های دقیق کنترل جرم گرفتگی صورت گیرد و از حد مجاز حلالیت نمک های انحلال پذیر فراتر نرود. در سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس – اسمزمعکوس RO / NF، رایج ترین نمکهای محلول که با آن مواجه هستیم  CaSO4، CaCO3 و سیلیسیم است. سایر نمکها که باعث ایجاد مشکل رسوب گرفتگی می شوند عبارتند از: CaF₂، BaSO₄، SrSO₄ و Ca3 (PO₄) ₂ .

شیوه های طراحی زیر می تواند برای جلوگیری از اسکالینگ ممبرین استفاده شود.

۱) افزودن اسید    ۲) افزودن ماده ضدرسوب گرفتگی   ۳)نرم کردن با یک رزین قوی تبادل کاتیونی اسید  ۴)دی آلکالیزاسیون با یک رزین تبادل کاتیون اسید ضعیف

که در این نوشته به بررسی دو راهکار افزودن اسید و ماده ضد رسوب گرفتگی  پرداخته میشود. و دو راهکار باقی را میتوانید در نوشته بعدی مطالعه بفرمائید.

۱- افزودن اسید

بیشترین آبهای طبیعی سطحی و زیرزمینی تقریبا با CaCO3 اشباع شده اند. قابلیت انحلال پذیری CaCO3 بستگی به pH دارد، همانطور که از معادله زیر دیده می شود:

Ca^{2 +} + HCO₃^– ↔ H ⁺ + CaCO₃

با اضافه کردن⁺ H  به عنوان اسید، تعادل می تواند به سمت چپ منتقل شود تا کربنات کلسیم حل گردد. که معمولاً از اسید غذایی استفاده میشود .

کنترل اسید سولفوریک آسان تر است و در بسیاری از کشورها در مقایسه با اسید هیدروکلریک, بیشتر در دسترس می باشد، با این حال، سولفات اضافی به جریان خوراک افزوده می شود، که به طور بالقوه باعث جرم گرفتگی سولفات می شود .

CaCO3  بجای رسوب گرفتن, بیشتر تمایل  دارد در جریان کنسانتره حل گردد.  این گرایش را می توان با شاخص اشباع لانجنیر (LSI) برای آب های شور و شاخص پایداری Stiff & Davis  برای آب دریا بیان کرد. در pH اشباع (pH)، آب با CaCO3 تعادل دارد.

تعاریف LSI و S&DSI عبارتند از:

این در حالی است که روش های پیش بینی pH_s برای LSI و S & DSI متفاوت می باشد .

بمنظور کنترل اسکالینگ کربنات کلسیم توسط افزودن اسید، LSI یا S&DSI در جریان کنسانتره باید منفی باشند. افزودن اسید تنها برای کنترل رسوب گرفتگی  کربنات مفید می باشد.

۲- افزودن  ماده  ضدرسوب گرفتگی

آنتی اسکالانت ها (رسوب گیرها)  می توانند برای کنترل رسوب کربنات، رسوب سولفات و رسوب  فلوراید کلسیم استفاده شوند. به طور کلی سه نوع رسوب گیر وجود دارد: سدیم هگزامتافسفات (SHMP)، ارگانوفسفونات ها و پلی اکریلات ها.

SHMP در مقایسه با رسوب گیرهای  ارگانیک پلیمری, ارزان قیمت تر هستند اما ناپایدار می باشند. مقادیر کمی جذب سطح میکرو کریستال ها می شوند و از رشد و رسوب گرفتگی بیشتر کریستال ها جلوگیری می کنند. باید از SHMP غذایی استفاده شود. بایستی دقت گردد تا از هیدرولیز SHMP در تعیین مقدارمخزن تغذیه انجام شود. هیدرولیز نه تنها باعث پایین آوردن کارآیی رسوب گیرها می شود, بلکه ریسک رسوب گرفتگی فسفات کلسیم را بالا می برد. بنابراین, به طور کلیSHMP توصیه نمی شود.

ارگانوفسفونات ها موثرتر و پایدارتر از SHMP هستند. آنها به عنوان مواد رسوب گیر برای آلومینیوم و آهن نامحلول عمل می کنند و آنها را بصورت محلول نگه  می دارند.  به طور کلی پلی آکرلیتها ( با وزن مولکولی بالا) برای کاهش تشکیل سیلیکا از طریق یک مکانیزم پراکندگی,  شناخته شده اند.

رسوب گیرهای ارگانیک پلیمری نیز از SHMP موثرتر هستند. واکنش های رسوب گرفتگی ممکن است  بصورت رسوب گیرهای با بار منفی  و پلی اتیلنهای کاتیونی یا کاتیون های چند ظرفیتی (به عنوان مثال، آلومینیوم یا آهن) صورت گیرد. محصولات بدست آمده که مانند آدامس می ماند به سختی از المان های ممبرین جدا می گردند. جهت اطلاع از مقادیر استفاده  این رسوب گیرها, لطفا با تولیدکنندگان آنتی اسکالانت  ها تماس بگیرید. از اضافه کردن مقادیر خارج از محدوده باید اجتناب شود. اطمینان حاصل کنید که هنگام اضافه کردن رسوب گیر آنیونی, هیچ مقدار قابل توجهی از پلیمرهای کاتیونی وجود نداشته باشد.

در کارخانه های RO که بر اساس آب دریا با TDS در محدوده ۳۵۰۰۰ میلی گرم بر لیتر فعالیت می کنند، رسوب گرفتگی  قابل مقایسه با مشکلاتی که در آبهای شور با آن مواجه میشویم, نمی باشد. زیرا بازیابی  پروژه های آب دریا محدود به فشار اسمز معکوس  جریان کنسانتره تا ۳۰-۴۵ درصد  می باشد. با این حال، به دلایل ایمنی، هنگام بازدهی بیش از ۳۵٪، توصیه می شود که یک رسوب گیر تهیه گردد.