ما هي عملية التكلس أو الترسيب؟
مصطلح المضاد للتكلس كمادة وظيفية في الأنظمة الصناعية للحد من تكوين الرواسب أو بتعبير تقني – مضاد للترسب – في المعدات الصناعية مثل أنظمة التناضح العكسي (RO) قد سمع بها الكثير اصحاب الصناعات . التجيم (scaling) تعني ترسيب جسيمات القاذورات الغير عضوية أو المعدنية على سطح الأغشية، و التي تؤدي الى انسداد مساميات الغشاء. عملية الترسيب هي ترسب الأملاح منخفضة الذوبان على سطح الغشاء و التكلس هو تراكم المواد الصلبة العالقة والكائنات الحية الدقيقة على سطح الغشاء. تعتبر التكلس في أنظمة التناضح العكسي ظاهرة طبيعية و ممكن السيطرة عليها من خلال عمليات التصفية و الترشيح المناسب و الغسيل الكيميائي عند الحاجة.
التحجيم الكيميائي (scaling) الناجم عن المركبات المعدنية للمحلول في الماء مثل كربونات الصوديوم ، كبريتات الكالسيوم ، السيليكا , ثاني اكسيد السليكون ، كبريتات الباريوم، يمكن أن يحد من كفاءة أنظمة الترشيح الغشائية و مرشح الغشاء ، ويزيد الضغط وبالتالي يزيد من استهلاك الطاقة والتكاليف المرتبطة به ، ويقلل من جودة المياه ، ويقلل من عمليات الغسيل والعطل المتكرر. الجدير بالذكر أن العمر الإنتاجي المفيد لمرشح الغشاء قد ينخفض بسبب ظاهرة التحجيم الكيميائي .
يبدأ تكوين الرواسب عندما يتجاوز تركيز الملح من قابليته للذوبان تحت ظروف المحلول. تلعب النوى البلورية الأولية دورًا محفزًا في تكوين بلورات أكبر من الملح. تخرج بلورات الملح هذه من الحالة المعلقة وتبدأ في الترسب طالما تصل إلى الحجم والكتلة المطلوبين. ستستمر عملية الترسيب حتى يتم تشبع الأيونات التي يتكون منها الملح في المحلول.
سبب تكوين الرواسب على المرشح الغشائي:
هنالك اسباب عدة تؤدي لتكوين الرواسب على سطح غشاء التناضح العكسي و أهمها هي :
- تزايد تركيز المواد المعدنية للمحلول في الماء الداخل للأغشية
- ازدياد الأس الهيدروجيني
- خلق و ازدياد الأسطح المطلوبة للترسيب (و التي ستتضاعف مع التحجيم الكيميائي المستمر للترسبات المعدنية لهذا المستوي المطلوب)
- زيادة درجة حرارة الماء
ما هو المضاد التكلس؟
يستخدم مانع التكلس كمادة مضافة في عملية المعالجة الابتدائية في أنظمة التناضح العكسي . يتم استخدام مضاد التكلس كمادة فعالة لاجل التحكم بالترسب في أغشية التناضح العكسي . قبل نقل الماء الى التناضح العكسي ، يتم حقن مضاد التكلس مع التركيز المناسب الى تدفق تغذية المياه. المواد الكيميائية المستخدمة في تركيب مضادات التكلس تمنع من تكوين انواع الترسبات المعدنية على سطح الأإشية . حقن التركيزات المناسبة من مضادات التكلس تؤدي الى السيطرة على تكوين انواع الترسبات المعدنية مثل كربونات الكالسيوم و كبريتات الكالسيوم و ترسبات الحديد و غيرها على سطح الغشاء.
استخدام انواع مضادات التكلس في أنظمة التناضح العكسي قد تخفض التكاليف المتعلقة بتصليح و صيانة أنظمة تكرير المياه. عن طريق الحقن المستمر لمضاد التكلس لنظام التناضح العكسي، سينخفض تيار تكوين الترسبات بسرعة. تعتمد كمية مانع التكلس المستخدم كعامل إزالة الترسبات على تركيز الأملاح القابلة للذوبان في مياه التغذية أو مكان الاستخدام.
بسبب وجود الأملاح غير العضوية و المعدنية للمحلول للمياه الواردة الى نظام تكرير المياه بطريقة التناضح العكسي وآلة تحلية المياه و الإنسداد و الترسب في ثقوب البولي أميد أو السليلوز الدقيقة لأغشية التناضح العكسي، تحدث ظاهرة التكلس. تشتمل المواد المترسبة على أغشية البولي أميد على كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وكبريتات الباريوم وكبريتات الستيرونيوم. تعتبر رواسب السيليكا وفلوريد الكالسيوم أقل شيوعًا ولكنها تمثل مشكلة. لمنع هذه الأملاح القابلة للذوبان على الغشاء ، يتم حقنها في الماء الداخل إلى نظام التناضح العكسي المضاد للقشور.
عيوب استخدام مضادات التكلس دون المستوى المطلوب في أنظمة التناضح العكسي:
- يقلل من الطاقة الإنتاجية فی آنظمة تنقية المياه
- يزيد من كمية الأملاح المعدنية القابلة للذوبان في الماء
- يزيد الضغط على مضخات الأرضية ويقلل من عمر المضخة
- يزيد من استهلاك الطاقة أثناء عملية التناضح العكسي
- تقليل عمر الأغشية واستبدالها المبكر.
آلية عمل مضادات التكلس هي تعطيل تفاعلات إنتاج الرواسب المعدنية ، أو بعبارة أخرى ، هذه المادة بواسطة بعض المواد في بنيتها يمكن أن تقلل من معدل تفاعل المركب القلوي مع جميع الأيونات المعدنية في الماء ، وفي هذه الحالة أثناء مرور الماء عبر غشاء البولي أميد. يتم التخلص من إمكانية تكوين الرواسب.
كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وكبريتات الستيرونيوم و … من بين المعادن التي تترسب على الغشاء.
بشكل عام ، جميع الأنظمة التي تستخدم فيها تقنية الأغشية لمعالجة المياه تتعرض لانسداد مسام الغشاء ، وأهم أنواعها هي أنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي.
كمية حق المضاد للتكلس
تعتمد كمية حقن مادة مانع التكلس على معايير مختلفة مثل تحليل المياه ومعدل التدفق ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة ومعدل استرداد النظام ومصدر المياه ونوع الأغشية وكيفية ترتيب الأغشية. يتراوح معدل حقن مضادات التكلس من 1 إلى 6 جزء في المليون.
كيفية حساب كمية مضاد التكلس المستهلك
تستخدم الصيغة التالية لأجل حساب كمية مضاد التكلس المستهلك:
نسبة مضاد التكلس المستهلك في 24 (gr) = الجرعة الاستهالكية المقترحة ( ۱-۶ppm ) * حجم المياه الواردة لأنظمة التناضح العكسي خلال 24 ساعة (m3)
المشاكل الناتجة عن عدم استخدام مضاد التكلس:
المشاكل التي تحدث في الغالب بسبب التحجيم الكيميائي في المرشحات الغشائية هي التالية:
- انخفاض جودة و كمية تدفق المياه المتدفقة
- زيادة تدني الضغط و الضغط المطلوب واستهلاك الطاقة والتكلفة.
- الغسل المتكرر مع فواصل زمنية أقل لتحسين للعمليات التي تؤدي لتقليل العمر الإنتاجي المفيد للأغشية و زيادة التكاليف
- الأعطال المتكررة و طويلة الأجل
- تشتت الغشاء عند التصادم مع بلورات الترسب المعدني
احد الطرق النافعة للوقاية من حدوث المشاكل التي ذكرت هو استخدام مضاد التكلس .
الجودة الرديئة لمضاد التكلس يزيد دفعات الحاجة لغسل مرشح الغشاء و هذا ليس جيداً أبداً لأجهزة تنقية المياه. بالاضافة الى ذلك فالمادة الرديئة تتسبب بتبديل مرشح الغشاء بسرعة و هذا يؤدي لتقليل العمر المفيد للمرشح و بعدها بفترة وجيزة يسبب التلف الكلي للجهاز. كما إن العمر الإنتاجي المفيد للمضخات ايضاً يتأثر بهذه المنتج الرديء و ينخفض. والأهم من ذلك ، أن هذه المادة المثالية ، إذا لم تكن ذات جودة جيدة ،فذلك ضار بالنسبة للمياه أيضًا وتقلل من إنتاج وجودة المياه النقية. نتيجة لذلك ، تسبب مضادات التكلس المنخفضة الجودة العديد من المشاكل ، وعلى العكس من ذلك ، كلما ارتفعت جودة المواد المضادة للقاذورات ، زادت جودة المياه المعالجة.
الترسب و الانسداد للأغشية تؤديان لإنخفاض المساحة الفعالة بين المواد و إنها تقلل من اضطراب التدفق و قد ينجم عنها استقطاب التركيز على سطح الغشاء. كلما زاد تركيز المحلول على سطح الغشاء ، زادت نسبة الذوبان التي يمر بها. عندما ينخفض مستوى الغشاء الفعال فسينخفض الاضطراب و ستصعب عملية تنظيف سطح الغشاء،لأن إمكانية إرسال المحلول الكيميائي إلى الأسطح التي تسدها المواد الصلبة ستتقلص. من الممكن منع تكون الترسب باستخدام الكفاءة الصحيحة للنظام وحقن المواد الكيميائية.
طريقة أداء مضاد التكلس أو مزيل الترسب
المواد المثبطة للترسب أو المضادة للتكلس تقوم بإبطاء سرعة عملية الترسيب من خلال منع نمو بلورات الأملاح المعدنية . تتكون هذه المواد على سطح بلورة الملح و تمتص على سطح الغشاء البولي آميد و من خلال منع المزيد من الامتزاز للأملاح مفرطة التشبع على الأسطح البلورية ، فإنها تقلل من معدل تمدد بلورات الملح ، بحيث لا تصل النوى البلورية الأولية إلى الحجم أو التركيز الكافي للترسيب. معظم المثبطات تتمتع بخصائص التشتت. خصائص التعليق أو التشتت تحدث من خلال حصر الجزيئات العالقة للملح، الحديد أو المواد العضوية الصلبة ويؤدي إلى صدها بواسطة الأنيونات الأخرى في المحلول. تمنع هذه العملية من تراكم الجزيئات و تكوين جزيئات أكبر التي من الممكن أن تترسب. تؤدي مضادات التكلس بشكل أساسي إلى الإزالة الفعالة للرواسب من أغشية التناضح العكسي من خلال آليتين:
1 . عتبة تثبيط (threshold inhibition): القدرة على مكافحة الترسبات للحفاظ على المحاليل المعدنية القابلة للذوبان في الماء
2 . الاختلاف البلوري (crystalline variation) : مضادات التكلس تؤدي لتغيير الهيكل البلوري المترسب و مع تغيير الهيكل البلوري على شكل ترسبات غير لاصقة، تسبب في انخفاض تكلس الترسبات على سطح غشاء التناضح العكسي. عندما تنمو الرواسب البلورية عن طريق التنوي ، تمتص مضادات التكلس ذات الشحنة السطحية السالبة الأيونات البلورية الموجبة ، ومن خلال الإخلال بتوازن الشحنة المطلوب لنمو البلورات ، تمنع ترسب البلورات الموجبة على السطح الأغشية.
3 . التشتيت أو التشتت (dispersant) : مضادات للتكلس هي في الأساس أنيونية في التركيب ويؤدي الوضع المناسب بين الجزيئات البلورية الغروية والكاتيونية إلى تشتت الجزيئات في مياه التغذية.
مثبطات الترسب تكون فاعلة فقط في تقليل عملية تكوين الترسب أو إنخفاض العملية و تضخم جزيئات الرواسب و لا يمكنها وقف عملية الترسيب بالكامل. ومع ذلك ، في نظام التناضح العكسي، يكفي أن تعمل المادة المانعة للتكلس بشكل جيد من تكوين المقياس إلى خروج التيار المركز من النظام.
تحديد احتمالية تكلس الماء امر معقد وعادة ما يتم بواسطة برمجة ذات صلة. هذه البرمجيات في الغالب تنتج من قبل شركات المنتجة لمضادات التكلس مثل : Nalco ، Genesys . Avista و غیرها أو توجد هذه الإمكانية في البرمجيات المصممة للتناضح العكسي مثل Rosa و CSMPro . في الواقع ، في هذه البرامج ، يتم حساب المقدار المطلوب من مانع التكلس من خلال احتمال تكوين التكلس في المقياس الكبير في تيار التفريغ.
واحدة من أهم النقاط في معالجة مياه البحر هي أنه احتمال وجود البورون (البور) في هذا النوع من مياه التغذية ، مرتفع ويجب فصله عند درجة حموضة أعلى (في حدود 9-11) مع زيادة الأس الهيدروجيني ، يكون احتمال تكوين الرواسب على سطح الغشاء أعلى بكثير. بما إن الأس الهيدروجيني لا ينبغي أن يتغير كثيراً، فإن إضافة الحمض لسيت نافعة أبداً و الحل الوحيد هو سيكون حقن مضاد التكلس. تتأكسد معظم مضادات التكلس بمواد مؤكسدة قوية مثل الكلور والبروم ، ولا تفقد خصائصها فحسب ، بل إنها تسبب أيضًا تلوثًا حيويًا عن طريق تدمير البنية الجزيئية. لذلك ، يجب إزالة هذه المؤكسدات في نظام المعالجة المسبقة قبل موقع الحقن (مثل مرشح الكربون في بداية الخط الذي يمتص الكلور).
التركيب الكيميائي للجزيء المضاد للتكلس لا يمكن أن يمر عبر الغشاء. بالتالي لا تدخل أية تركيزات لهذا المحلول في المياه المنتجة بواسطة التناضح العكسي. ولكن من حيث الآثار البيئية يجب التحقق من خروج المحلول من تيار التفريغ، في هذا الإطار يجب التحكم بكمية التحقين للخط و مع تلبية الحاجة يتم حقن أقل نسبة ممكنة للحقن.
مضاد التكلس لمياه البحر
تلعب مضادات التكلس دورا رئيسياً في تحلية مياه البحر. بسبب شح المياه في السنوات الأخيرة أصبح لتحلية المياه أهمية بارزة. أحد هذه الحلول هو استخدام أجهزة التناضح العكسي و التي يتم بواسطتها تحلية مياه البحر. تحتوي المياه التي تدخل نظام التناضح العكسي على أملاح قابلة للذوبان من الكالسيوم والمغنيسيوم والمعادن الأخرى. تعتمد مضادات التكلس لمياه البحر أساسًا على البوليمرات.
شركة شيميايي تصفيه ، من خلال توظيف فريق ذوي خبرة في البحث و مراقبة الجودة ، تمكنت من تصميم وصياغة مجموعة متنوعة من مضادات التكلس الصديقة للبيئة مع الأداء المناسب لإزالة والتحكم في مجموعة متنوعة من الرواسب البلورية والمعدنية.
مجموعة منتجات Tachem سلسلة ۴۰۰۰ مثل Tachem 4051 ، ۴۰۵۵ و ۴۰۵۲ تطبق كمواد فعالة مضادة للترسب جلإزالة رواسب الكربونات والكبريتات والسيليكات من سطح أغشية التناضح العكسي. أحد الخصائص الرئيسية لمنتجات المضادة للتكلس المركبة في شركة شيميايي تصفيه ، هي إنها متوافقة مع المنتجات القابلة للحقن الأخرى مثل مضادات التآكل والمبيدات الحيوية والممتزات والمواد الندفية.
تشمل استخدام مضاد التكلس التناضح العكسي لشركة شيميايي تصفية المزايا التالية:
- تطبيق خاص لأنظمة RO و UF بكفاءة عالية في الاحتفاظ بالرواسب
- الأداء الراقي لمضاد التكلس بالمقارنة مع المنافسين المحليين و الأجانب
- الاستخدام السهل مع الاداء المثبط للرواسب بشكل دقيق و مستمر
- السعر المعقول مقارنة مع المنافسين المحليين
- الكفاءة العالية لتثبيط الواسب أمام أنواع رواسب الكربونات و الكبريتات
- قابلة للاستخدام في جميع الأغشية السليلوزية و البولي أميدية