مواد شیمیایی پیش تصفیه در آب شیرین کن های اسمز معکوس (RO)

در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO برای بهبود عملکرد فیلتراسیون و در مواردی افزایش طول عمر فیلترهای ممبران از مواد شیمیایی مختلفی در سیستم پیش تصفیه استفاده می شود. در واقع ممبران های صنعتی اصلی ترین عملکرد را در دستگاه های تصفیه آب صنعتی RO دارند و با توجه به این عملکرد آنها در راندمان کلی سیستم تا حد زیادی تاثیر گذار می باشد. عواملی زیادی هستند که وجود آنها در سیستم می تواند عملکرد و طول عمر فیلتر را تحت تاثیر قرار بدهد، با توجه به این نیاز است که در سیستم پیش تصفیه از مواد شیمیایی موثر برای حذف این عوامل استفاده شود. 

برخی از مهم ترین مواد شیمیایی که در سیستم های تصفیه آب صنعتی استفاده می شوند، موارد زیر هستند:

1- اسیدها 
2- سود سوز آور
3- کلر زداها
4- آنتی اسکالانت و پخش کننده ها

از آن جایی که استفاده از این مواد شیمیایی می تواند در عملکرد و کارکرد کلی سیستم تا حد زیادی تاثیر گذار باشد، اطلاع از نحوه عملکرد و ویژگی های آنها اهمیت زیادی دارد. با توجه به این در ادامه مطلب به بررسی دقیق عملکرد و ویژگی های این مواد شیمیایی در سیستم های RO می پردازیم.

استفاده از اسیدها در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO

در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO، معمولا از اسیدهای هیپوکلریک (HCl) یا سولفوریک اسید (H2SO4) برای کاهش PH آب استفاده می شود. استفاده از اسید سولفوریک کاربرد بالاتری دارد، که مهم ترین دلیل استفاده بیشتر از این نوع اسید کمتر بودن هزینه عملیاتی آن می باشد. یکی دیگر از دلایل استفاده بیشتر از سولفوریک اسیدها، به این موضوع مربوط می شود که سولفوریک اسیدها احتمال خوردگی فلزات را در سیستم با استفاده از اسید کاهش می دهند. در مواردی هم استفاده از سولفوریک اسید به این دلیل که نرخ دفع یون های سولفات در ممبران بهتر از یون های کلرید است ترجیح داده می شود. درجه فنی اسیدهای سولفوریک به صورتی است که بدون افزودنی های دیگر هم برای تزریق در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO قابل استفاده هستند. بسیار مهم است که اسید غلیظ به آرامی به آب اضافه شود تا تجمع گرما در سیستم به حداقل برسد. 

با این حال استفاده از اسید کلریک زمانی که مقیاس کلسیم سولفات، باریم سولفات و استرانسیوم سولفات اهمیت زیادی دارد ترجیح داده می شود. در واقع سولفوریک اسید میزان یون های سولفات را در آب افزایش می دهد، که این موضوع باعث افزایش پارامترهایی مثل کلیسم سولفات و غیره می شود. 

هدف اصلی استفاده از روش های کاهش PH برای کم شدن میزان کلسیم کربنات است، که در تعیین شاخص LSI هم در سیستم تاثیر گذار می باشد. LSI یک مقیاس است که در سیستم های تصفیه آب لب شور، میزان اشباع کلسیم کربنات در آن تا حد زیادی موثر است. میزان LSI با تفریق PH کلسیم کربنات اشباع شده از PH آب خوراک محاسبه می شود. 

با توجه به نکاتی که گفته شد میزان LSI را می توان با تزریق اسیدها در آب خوراک کاهش داد. میزان LSI مورد نظر در پساب دستگاه های تصفیه آب صنعتی RO برابر با کمتر از 0/2 از یک مقدار ثابت می باشد. برای جلوگیری از ایجاد رسوب کلسیم کربنات در سیستم می توان از آنتی اسکالانت بر پایه پلیمر هم استفاده کرد.  

استفاده از سود سوز آور در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO

سود سوز آور در برخی از شرایط عملیاتی، برای افزایش PH آب خوراک در سیستم های تصفیه آب صنعتی استفاده می شود. معمولا تنها سود سوز آور مورد استفاده در سیستم سدیم هیدروکسید می باشد. متداول ترین موارد استفاده از سود سوز آور در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO دو مرحله ای است. از سود سوز آو در سیستم های تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس دو مرحله ای به 4 دلیل استفاده می شود، که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم:

1- زمانی که PH برابر با 8/2 یا بالاتر باشد، گاز کربن اکسید به یون بی کربنات تبدیل می شود. یون بی کربنات در سیستم RO دفع می شود. کربن دی اکسید به عنوان یک گاز می تواند از جریان سیال، عبور کند و به عنوان یک بار نامطلوب در جریان آب خروجی محسوب می شود. 
2- برخی از عوامل TOC در PH بالاتر بهتر دفع می شوند. 
3- نرخ حلالیت و دفع سیلیس در PH بالا، بیشتر می شود. 
4- نرخ دفع بور در PH بالا (به ویژه بالای 9) بیشتر است. 

به عنوان یک فرایند خاص که در اغلب موارد با HERO شناخته می شود، استفاده از سود سوز آور برای افزایش PH تا 9 یا 10 می باشد. رسوب بیولوژیکی در PH بالا کاهش می یابد، که این موضوع نیاز به شستشوی شیمیایی را در سیستم های تصفیه آب صنعتی کم می کند. 

در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO یک مرحله ای که برای تصفیه آب لب شور به کار می روند. آب های لب شور می توانند حاوی موادی (مثل سختی، آهن، منگنز و...) باشند، که در PH های بالا در سیستم مشکل ایجاد می کنند. در این سیستم ها اغلب از سختی گیرها، فیلترها و اسیدهای ضعیف برای حذف این آلاینده ها استفاده می شود. کلسیم و منیزیم در پیش تصفیه با استفاده از مواردی مثل آهک و برخی فیلترها قبل از ورود به بخش RO حذف می شوند. سیستم های تبادل یونی کاتیونی هم برای حذف سختی آب به کار می روند. رسوب های کربنات و سولفات در پیش تصفیه حذف می شوند، که این موضوع به سیستم اجازه تصفیه آب را در PH بالا می دهد. 

استفاده از مواد شیمیایی کلر زدا در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO 

غشای ممبران های تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس، معمولا از پلی آمید می باشد، با توجه به این ورود کلر می تواند خرابی ممبران را به دنبال داشته باشد. به همین دلیل در آب ورودی به ممبران ها نباید به هیچ وجه کلر وجود داشته باشد. در مواردی حتی سطح خیلی پایین از کلر هم می تواند باعث اکسید شدن ممبران ها شود و خرابی آن را در پی داشته باشد، این موضوع در نهایت باعث وارد شدن خسارات جبران ناپذیری به کل سیستم می شود. بر همین اساس اپراتورها در حین عملکرد فیلترهای ممبران باید مطمئن شوند که هیچ گونه ماده اکسید کننده ای مثل کلر به ممبران وارد نشود. 

بر همین اساس یکی از مهمترین عواملی که در پیش تصفیه دستگاه های تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد، روش های حذف کلر در آب می باشد. متداول ترین روش ها برای کاهش میزان کلر، در سیستم شامل استفاده از کربن فعال یا مواد شیمیایی کاهش دهنده کلر می شوند. 

فیلترهای کربنی بر اساس ساختار و عملکرد، در سیستم های تصفیه آب صنعتی با ابعاد کوچک مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت هایی که استفاده از فیلترهای کربنی در سیستم های تصفیه آب صنعتی به دنبال دارد، شامل موارد زیر می شوند:

1- حذف مواد آلی که می توانند باعث ایجاد رسوب در ممبران های تصفیه آب صنعتی شوند. 
2- توانایی بسیار مطلوب کربن اکتیو برای حذف کلر در سیستم های تصفیه آب صنعتی باعث شده تا کربن نسبت به سایر مواد شیمیایی برای تصفیه آب مطمئن تر باشد. 

با این حال یکی از مهم ترین معایب فیلترهای کربنی این است که احتمال رشد آلاینده های میکروبی در آن وجود دارد، که این موضوع می تواند باعث فولینگ بیولوژیکی سیستم های تصفیه آب صنعتی RO شود. فیلترهای کربنی می توانند باعث دو برابر شدن باکتری های زنده در 24 ساعت شوند. در صورت بروز این مشکل تنها راه حل ممکن، استفاده از ضد عفونی کننده ها برای حذف آلاینده های میکروبی می باشد. 

در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO بزرگ تر، معمولا از بی سولفات سدیم برای حذف کلر در آب استفاده می شود. سدیم متا بی سولفات، معمولا با خلوص 97/5 تا 99 درصد ارائه می شود، این محلول را تا شش ماه می توانید در یک مکان خشک نگهداری کنید. محلول سدیم متا بی سولفات، پایدار نیست و در معرض هوا، اکسیژن و کلر واکنش می دهد. 

مقدار مشخص شده ای که بسیاری از کارشناسان برای استفاده از این محلول توصیه می کنند به اندازه 1/8 تا 3ppm به ازای 1ppm کلر می باشد، این مقدار یک ضریب ایمنی صنعتی برای آب لب شور در سیستم RO است. برای تعیین میزان دوز تزریق متا بی سولفات در سیستم های تصفیه آب صنعتی از کمک افراد متخصص در این زمینه استفاده کنید. متا بی سولفات (SBS) باقی مانده توسط فیلترهای RO در سیستم های تصفیه آب صنعتی بزرگ حذف می شوند. در مواردی هم که کلر برای ضد عفونی آب استفاده می شود، به کارگیری متابی سولفات برای حذف کلر اهمیت زیادی دارد. 

استفاده از آنتی اسکالانت در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO

تعداد زیادی از تولید کنندگان هستند که آنتی اسکالانت ها را برای بهبود عملکرد سیستم های تصفیه آب صنعتی RO به صورت اختصاصی تولید می کنند. آنتی اسکالانت ها از گروه مواد شیمیایی هستند که برای جلوگیری از تشکیل رسوب در ممبران ها مورد استفاده قرار می گیرند. بیشتر آنتی اسکالانت ها به صورت پلیمری تولید می شوند، مثل اسیدهای پلی اکریلیک، کربوکسیلیک اسید، پلی فسفات ها، فسفونات ها و غیره. وزن مولکولی این نوع پلیمرها می تواند از 2,000 تا 10,000 دالتون متغیر باشد (دالتوان یکای جرم اتمی می باشد). 

جالب این جاست که بدانید فناوری استفاده از آنتی اسکالات در سیستم های تصفیه آب صنعتی RO برگرفته از مواد شیمیایی مورد استفاده در سیستم های سرمایش می باشد. 

در استفاده از آنتی اسکالانت های پلی اکریلیک اسید باید احتیاط کرد. آنها مستعد برای تشکیل ماده ای هستند که اگر سطح آهن بالا باشد روی غشای ممبران قرار می گیرند. این ماده نیاز به فشار آب خوراک را افزایش می دهد، اما می تواند با شوینده های دارای PH کم زدوده شود.  

هم چنین برای استفاده از آنتی اسکالانت هایی که آنیونی هستند مثل اسیدهای پلی اکرلیک در مواردی که منعقد کننده کاتیونی در پیش تصفیه استفاده می شود باید جوانب احتیاط را در نظر بگیرید. این موضوع باعث تولید یک ماده چسبناک می شود که نیاز به افزایش فشار آب خوراک را زیاد می کند و در کنار این تمیز کردن آن بسیار دشوار است. 

در گذشته استفاده از آنتی اسکالانت های هگزامتافسفات سدیم (SHMP) در سیستم های تصفیه آب صنعتی محبوبیت بالایی داشت، اما ظهور آنتی اسکالانت های جدید مصرف آن را به میزان قابل توجهی کاهش داد. عدم استفاده از آنتی اسکالانت های SHMP به دلیل داشتن محدودیت هایی می باشد. این آنتی اسکالانت ها در زمان تشکیل کلسیم کربنات دارای حفاظت کمی هستند. 

عوامل زیادی در تغییر رشد و تشکیل رسوب ها موثر هستند. برخی از مهم ترین این عوامل شامل دما و میزان TDS آب خوراک می شوند. 

رایج ترین رسوبات تشکیل شونده:
کلسیم کربنات
کلسیم سولفات
استرانسیوم سولفات
باریم سولفات

پخش کننده ها دسته ای از مواد شیمیایی هستند که از پلیمرهای آلی تولید می شوند و برای جلوگیری از انباشتگی و ته نشینی رسوب در غشای ممبران ها به کار می روند. بعضی اوقات پخش کننده ها به ضد رسوب اشاره می شوند. با استفاده از این ماده رسوب ها نرم تر و غیر بلوری می شوند، پخش کننده ها اغلب دارای خواص آنتی اسکالانت هستند. تاثیر مواد پخش کننده مختلف، می تواند با توجه به نوع رسوب متفاوت باشد، پس بهتر است بدانید که این مواد برای کدام نوع رسوب ها تاثیر گذار هستند. 

رسوب هایی که با پخش کننده ها بهبود می یابند:

•    رسوب های معدنی
•    اکسیدهای فلزی و هیدروکسیدها (آهن، منگنز، آلومینیوم)
•    مواد کلوئیدی
•    رسوب های بیولوژیکی

شرایط استفاده از آنتی اسکالانت در سیستم

یکی از مهم ترین نکات برای استفاده از آنتی اسکالانت و مواد پخش کننده تعیین دقیق میزان دوز تزریق در سیستم می باشد. تزریق آنتی اسکالانت با دوز کم می تواند باعث ایجاد رسوب و فولینگ در ممبران ها شود و در مقابل تزریق زیاد آنتی اسکالانت در سیستم هم می تواند مشکلاتی را در ممبران ایجاد کند که در مواردی حتی به ایجاد فولینگ هم منجر می شود. 

علاوه بر این مهم است که آنتی اسکالانت ها در هنگام خاموشی سیستم با استفاده از فلاشینگ شسته شوند. عدم توجه به این موضوع می تواند باعث نشست ماده شیمیایی روی ممبران ها شود و مشکلاتی را در ممبران ایجاد کند. توجه کنید که توقف تزریق آنتی اسکالانت در فشارهای پایین و زمانی که از آب تغذیه برای فلاشینگ استفاده می شود اهمیت زیادی دارد. 

برای تزریق آنتی اسکالانت در سیستم اطیمنان از میکس درست آن حائز اهمیت است. برای این کار استفاده از میکسر ثابت می تواند راهکار مناسبی باشد، با این حال استفاده از میکسر از هزینه های اضافی در طراحی سیستم است. در بسیاری از سیستم ها نقطه تزریق قبل از فیلتر کارتریج قرار دارد، فیلترهای کارتریج و البته پمپ های RO می توانند در میکس شدن آنتی اسکالانت تاثیر گذار باشند. 

اگر در سیستم تصفیه آب RO از اسیدها استفاده می کنید، توجه به تزریق آن قبل از تزریق آنتی اسکالانت در سیستم اهمیت زیادی دارد. پمپ تزریق آنتی اسکالانت باید قابل تنظیم باشد تا بتوان در شرایط مختلف میزان تزریق آنتی اسکالانت را تغییر داد. 

حداقل فرکانس تزریق آنتی اسکالانت در سیستم باید هر 5 ثانیه یک بار باشد، بهترین میزان تزریق آنتی اسکالانت به اندازه 2 تا 5 ppm است. توجه کنید که برای استفاده از برخی آنتی اسکالانت ها نیاز به رقیق سازی آن می باشد. در ضمن آنتی اسکالانت ها می توانند به صورت پودری و مایع باشند و نوع مایع کاربرد بالاتری دارد. در صورت تمایل برای رقیق سازی آنتی اسکالانت، از آب با کمترین میزان سختی و با سطح کیفی بسیار مطلوب استفاده کنید. 

آنتی اسکالانت های رقیق شده را می توانید به اندازه 7 روز نگهداری کنید و امکان رشد آلاینده های میکروبی در این محلول وجود ندارد. 

به صورت کلی آنتی اسکالانت ها دارای تنوع بالایی بر اساس نوع، برند و... هستند، این موضوع باعث شده برای انتخاب نوع آنتی اسکالانت توجه به برخی نکات اهمیت زیادی داشته باشد. یکی از مهم ترین نکات برای خرید آنتی اسکالانت، بررسی سازگاری آن با فیلتر ممبران مورد نظر می باشد. در مواردی انتخاب نادرست آنتی اسکالانت می تواند باعث وارد شدن آسیب به ساختار ممبران شود. 

برخی از مهم ترین پرسش هایی را که برای انتخاب آنتی اسکالانت باید مطرح کنید موارد زیر هستند:

•    آیا با ممبران مورد نظر در سیستم سازگار است؟
•    آیا با سایر اجزای سیستم مثل پمپ های RO سازگاری دارد؟
•    میزان دوز توصیه شده و حداکثر آن چقدر است؟
•    محدودیت های پیش بینی شده برای استفاده از این نوع آنتی اسکالانت چیست؟
•    آیا برای کاربردهای آب آشامیدنی (در صورت لزوم) مناسب است؟ 

در نهایت باید عنوان کرد که توجه به مشخصات آنتی اسکالانت از مهم ترین نکات برای خرید است و در کنار این می توانید از افراد متخصص و کارشناسان مربوطه هم مشاوره بگیرید. 

«مجموعه آبین یکی از معتبر ترین سایت های ارائه دهنده محصولات شیمیایی و دستگاه های تصفیه آب صنعتی می باشد. یکی از ویژگی های مهم سایت آبین، این است که امکان دریافت مشاوره رایگان را هم در اختیار شما قرار داده است. در صورت تمایل برای خرید مواد شیمیایی و کالاهای تصفیه آب صنعتی، با مراجعه به abin.ir از امکان دریافت مشاوره رایگان مجموعه ما بهره مند شوید و با ما در ارتباط باشید.»