مقدمه
بدون روش های جلوگیری از رسوب، ممبرین های اسمز معکوس (RO ) و میزان دبی عبوری از بین المان های ممبرین در نتیجه رسوب بخشی از نمک های محلول دچار گرفتگی خواهند شد. تعدادی از نمونه های رایج این رسوب ها عبارتند از : کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، و سولفات استرانسیم. موارد کمتر نیز شامل رسوب های سیلیس و فلوراید کلسیم می شود.
اثر رسوب بر روی نرخ تولید آب سیستم های RO در شکل 1 نشان داده شده است. در طول زمان القا دبی واحد به سرعت کاهش می یابد. طول زمان القا بسته به نوع رسوب و درجه فوق اشباعیت بخشی از نمک های محلول متغیر است.
زمان القا برای کربنات کلسیم بسیار کوتاه تر از رسوب های سولفات همچون سولفات کلسیم می باشد. اگرچه شوینده های موثری برای رسوب موجود می باشد اما مسایل اقتصادی ایجاب می کند تا از تشکیل رسوب جلوگیری شود. رسوب اغلب با بستن مسیر های عبور آب ورودی المان RO سبب می شود تا عملیات شستشو سخت و بسیار وقت گیر دنبال گردد. همچنین این ریسک نیز وجود دارد که رسوب سبب آسیب دیدن سطوح ممبرین شود.
روش های کنترل رسوب
سه روش معمولا برای کنترل رسوب بکار گرفته می شود:
تزریق اسید:
اضافه کردن اسید موجب تخریب یون های کربنات می شود. این امر باعث حذف یکی از واکنشگرهای لازم جهت رسوب کربنات کلسیم می گردد. اگرچه این روش در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم بسیار موثر می باشد اما تزریق اسید در باز داشتن انواع دیگر رسوب ها همچون سولفات کلسیم غیر موثر است. استفاده از اسید سولفوریک نیز ممکن است حتی سبب رسوب سولفات شود چرا که اسید سولفوریک دارای یون سولفور می باشد. بکارگیری اسید کلریدریک از این مشکل جلوگیری می کند اما هزینه آن بیشتر است.
دیگر معایب شامل خورندگی اسید، هزینه تانک های دخیره، تجهیزات مونیتورینگ و کاهش pH آب تصفیه RO می باشد. بدون عملیات گاززدایی، دی اکسید کربن اضافی موجود در آب تصفیه سیستم های با تزریق اسید سبب افزایش هزینه های احیا فرایند تعویض یونی می شود.
نرم سازی با زئولیت:
فرایند نرم سازی با استفاده از زئولیت شامل بکارگیری یک رزین تعویض کاتیونی اسیدی قوی با فرم یونی سدیم می باشد. سدیم موجود در رزین با یون های کلسیم و منیزیم موجود در خوراک واحد RO جابجا می شود. این واکنش ها به شکل معادلات شیمیایی زیر می باشد. NaZ معرف رزین زئولیت - سدیم است. Ca و Mg به ترتیب کلسیم و منیزیم می باشند.
Ca+2 + 2NaZ → 2Na+ + CaZ2
Mg+2 + 2NaZ → 2Na+ + MgZ2
هنگامی که تمامی یون های سدیم با کلسیم و منیزیم جابجا شد، رزین باید توسط محلول آب نمک (کلرید سدیم) احیا شود. فرایند نرم سازی با زئولیت نیاز به تزریق پیوسته اسید و آنتی اسکالانت را برطرف می کند. بعضی از آثار جانبی فرایند نرم سازی با زئولیت شامل حذف ذرات آلی موجود در خوراک واحد RO و به علاوه کاهش فولینگ سطوح ممبرین توسط آلودگی های کلوئیدی می باشد. اگرچه این حقیقت موجود است که نرم سازی با رزین بسیاری از مولکول های آلی مختلف را جذب می کند و همچنین نرم سازی باعث افزایش بار الکترواستاتیکی منفی جامدات کلوئیدی می شود اما به هر حال دلیل قاطعی برای اثر بخشی قابل توجه ای از این توابع بر روی عملکرد سیستم RO وجود ندارد .
در مقایسه با اضافه کردن اسید و آنتی اسکالانت، اصلی ترین عیب فرایند نرم سازی، قیمت می باشد. جدول 1 مقایسه بین هزینه های مابین گزینه های نرم سازی و تزریق آنتی اسکالانت را در مقادیر مختلف سختی را نشان می دهد. اساس این مثال برای یک سیستم RO با ظرفیت تولید 75 گالن در دقیقه آب تصفیه شده و 75 درصد ریکاوری است. این مقایسه شامل هزینه های مصرفی احیا رزین نمی شود هر چند که در بعضی مناطق این هزینه ها چشمگیر است. با مشاهده هزینه های تجهیزاتی و تحلیل بهایی موجود، دیده می شود که فرایند نرم سازی در هیچ یک از مقادیر سختی قابل رقابت با تزریق آنتی اسکالانت نمی باشد .
بدون روش های جلوگیری از رسوب، ممبرین های اسمز معکوس (RO ) و میزان دبی عبوری از بین المان های ممبرین در نتیجه رسوب بخشی از نمک های محلول دچار گرفتگی خواهند شد. تعدادی از نمونه های رایج این رسوب ها عبارتند از : کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، و سولفات استرانسیم. موارد کمتر نیز شامل رسوب های سیلیس و فلوراید کلسیم می شود.
اثر رسوب بر روی نرخ تولید آب سیستم های RO در شکل 1 نشان داده شده است. در طول زمان القا دبی واحد به سرعت کاهش می یابد. طول زمان القا بسته به نوع رسوب و درجه فوق اشباعیت بخشی از نمک های محلول متغیر است.
زمان القا برای کربنات کلسیم بسیار کوتاه تر از رسوب های سولفات همچون سولفات کلسیم می باشد. اگرچه شوینده های موثری برای رسوب موجود می باشد اما مسایل اقتصادی ایجاب می کند تا از تشکیل رسوب جلوگیری شود. رسوب اغلب با بستن مسیر های عبور آب ورودی المان RO سبب می شود تا عملیات شستشو سخت و بسیار وقت گیر دنبال گردد. همچنین این ریسک نیز وجود دارد که رسوب سبب آسیب دیدن سطوح ممبرین شود.
روش های کنترل رسوب
سه روش معمولا برای کنترل رسوب بکار گرفته می شود:
1- اسید زنی (Acidification )
2- نرم سازی با زئولیت (Zeolite softening )
3- اضافه کردن آنتی اسکالانت (Antiscalant addition )
تزریق اسید:
اضافه کردن اسید موجب تخریب یون های کربنات می شود. این امر باعث حذف یکی از واکنشگرهای لازم جهت رسوب کربنات کلسیم می گردد. اگرچه این روش در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم بسیار موثر می باشد اما تزریق اسید در باز داشتن انواع دیگر رسوب ها همچون سولفات کلسیم غیر موثر است. استفاده از اسید سولفوریک نیز ممکن است حتی سبب رسوب سولفات شود چرا که اسید سولفوریک دارای یون سولفور می باشد. بکارگیری اسید کلریدریک از این مشکل جلوگیری می کند اما هزینه آن بیشتر است.
دیگر معایب شامل خورندگی اسید، هزینه تانک های دخیره، تجهیزات مونیتورینگ و کاهش pH آب تصفیه RO می باشد. بدون عملیات گاززدایی، دی اکسید کربن اضافی موجود در آب تصفیه سیستم های با تزریق اسید سبب افزایش هزینه های احیا فرایند تعویض یونی می شود.
نرم سازی با زئولیت:
فرایند نرم سازی با استفاده از زئولیت شامل بکارگیری یک رزین تعویض کاتیونی اسیدی قوی با فرم یونی سدیم می باشد. سدیم موجود در رزین با یون های کلسیم و منیزیم موجود در خوراک واحد RO جابجا می شود. این واکنش ها به شکل معادلات شیمیایی زیر می باشد. NaZ معرف رزین زئولیت - سدیم است. Ca و Mg به ترتیب کلسیم و منیزیم می باشند.
Ca+2 + 2NaZ → 2Na+ + CaZ2
Mg+2 + 2NaZ → 2Na+ + MgZ2
هنگامی که تمامی یون های سدیم با کلسیم و منیزیم جابجا شد، رزین باید توسط محلول آب نمک (کلرید سدیم) احیا شود. فرایند نرم سازی با زئولیت نیاز به تزریق پیوسته اسید و آنتی اسکالانت را برطرف می کند. بعضی از آثار جانبی فرایند نرم سازی با زئولیت شامل حذف ذرات آلی موجود در خوراک واحد RO و به علاوه کاهش فولینگ سطوح ممبرین توسط آلودگی های کلوئیدی می باشد. اگرچه این حقیقت موجود است که نرم سازی با رزین بسیاری از مولکول های آلی مختلف را جذب می کند و همچنین نرم سازی باعث افزایش بار الکترواستاتیکی منفی جامدات کلوئیدی می شود اما به هر حال دلیل قاطعی برای اثر بخشی قابل توجه ای از این توابع بر روی عملکرد سیستم RO وجود ندارد .
در مقایسه با اضافه کردن اسید و آنتی اسکالانت، اصلی ترین عیب فرایند نرم سازی، قیمت می باشد. جدول 1 مقایسه بین هزینه های مابین گزینه های نرم سازی و تزریق آنتی اسکالانت را در مقادیر مختلف سختی را نشان می دهد. اساس این مثال برای یک سیستم RO با ظرفیت تولید 75 گالن در دقیقه آب تصفیه شده و 75 درصد ریکاوری است. این مقایسه شامل هزینه های مصرفی احیا رزین نمی شود هر چند که در بعضی مناطق این هزینه ها چشمگیر است. با مشاهده هزینه های تجهیزاتی و تحلیل بهایی موجود، دیده می شود که فرایند نرم سازی در هیچ یک از مقادیر سختی قابل رقابت با تزریق آنتی اسکالانت نمی باشد .
