آنتی اسکالانت چیست | انواع و کاربرد آنتی اسکالانت
آنتی اسکالانت یکی از مهم‌ترین راه‌ها برای جلوگیری از تشکیل رسوبات ترکیبات معدنی روی سطح غشاهای اسمز معکوس (RO) در سیستم‌های آب شیرین کن صنعتی است. رسوب این ترکیبات که به پدیده اسکیلینگ (Scaling) معروف است، به دلیل وجود ترکیباتی مانند کلسیم، باریم، استرانسیوم، فلوئورید و سیلیس در آب خوراک رخ می‌دهد. این ترکیبات زمانی که در جریان تغلیظ شده سیستم تصفیه آب به غلظتی بیش از حد انحلال پذیری برسند، تشکیل رسوب می‌دهند. کربنات کلسیم (CaCO₃) و سولفات کلسیم (CaSO₄) دو نوع از مهم‌ترین رسوب‌های تشکیل شده در سیستم‌های RO هستند.
آنتی اسکالانت چیست؟
آنتی اسکالانت (Antiscalant) محلولی است که به منظور جلوگیری از تشکیل رسوب روی ممبران‌های سیستم اسمز معکوس (RO) به آب خام ورودی به سیستم تصفیه آب صنعتی تزریق می‌شود. این محلول انواع مختلفی دارد و از طریق مکانیسم‌های متفاوتی از تشکیل رسوبات جلوگیری می‌کند. به طور کلی، دو مکانیسم مهم عملکرد آنتی اسکالانت‌ها عبارتند از:
تعویق انداختن تشکیل رسوب: آنتی اسکالانت‌ها با تغییر ساختار شیمیایی ترکیبات رسوب‌زا مانند بی‌کربنات کلسیم و منیزیم، زمان تشکیل رسوب را به تعویق می‌اندازند.
تغییر ساختار کریستالی رسوبات: برخی از آنتی اسکالانت‌ها ساختار کریستالی رسوبات را تغییر می‌دهند، که باعث می‌شود رسوبات کمتر چسبنده و قابل حذف باشند.
انواع آنتی اسکالانت
در حال حاضر انواع مختلفی از آنتی اسکالانت در بازار موجود است که با توجه به شرایط عملیاتی سیستم تصفیه آب صنعتی می‌توان تهیه و استفاده کرد. در حالت کلی آنتی اسکالانت ها را می‌توان به دو صورت زیر تقسیم بندی کرد:
- پایه فسفاته: پایه فسفاته از ترکیبات گروه اسید کربوکسیلیک و فسفات تشکیل می‌شود و این نوع ضد رسوب را می‌توان با کیفیت‌ترین محصول در بازار به شمار آورد. ضد رسوب پایه فسفاته تاثیر بسیار عالی و کارکرد قابل قبولی در دستگاه‌های اسمز معکوس دارد و از جمله محصولات صنعتی در این دسته می‌توان به A۱۰۴ و A۱۱۱ اشاره کرد.
- پایه پلیمری: از آنتی اسکالانت پایه پلیمری در مواردی استفاده می‌شود که آب دریا یا آب‌های بسیار شور مورد نظر است و این نوع ضد رسوب قدرت بالایی در مورد رسوبات کربناته و سولفاته دارد. در نوع پایه پلیمری وزن مولکولی بالا است و از مزایای مهم آن می‌توان به امکان استفاده در مناطق مختلف و امکان جلوگیری از آلاینده‌های بیولوژیکی اشاره کرد.
دقت داشته باشید که نوع پایه پلیمری این ضد رسوب دارای غلظت بسیار بالا است و میزان خورندگی آن نیز بسیار پایین است. به همین دلیل است که این گزینه برای مناطق آب شور و آب دریا بسیار مناسب است و دقیقا برای کاربرد در این نوع آب‌ها تولید شده است. می‌توان انتظار داشت که نوع پایه پلیمری در جلوگیری از تشکیل جلبک و آلاینده‌های زیستی نیز عملکرد خوبی داشته باشد و نتیجه مثبتی را ارائه دهد.
انتخاب نوع آنتی اسکالانت‌ها دقیقا وابسته به محل استفاده از آن است و برای انتخاب یک محصول مناسب شما باید نوع آب و میزان مواد محلول در آن و همچنین شرایط عملیاتی سیستم RO را در نظر داشته باشید.
فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت
آنتی‌اسکالانت‌ها ترکیبات شیمیایی هستند که برای جلوگیری از تشکیل رسوب در سیستم‌های آب استفاده می‌شوند. این ترکیبات اغلب شامل پلی الکترولیت‌های آنیونی هستند که یکی از معروف‌ترین‌ها پلی دی سدیم پروپان فسفونات است، که از طریق فرآیند سیکلوپلیمریزاسیون باتلر تولید می‌شود. فرمول شیمیایی آنتی‌اسکالانت‌ها بستگی به نوع ماده تشکیل‌دهنده آنها دارد و برای برخی از ترکیبات رایج، به شرح زیر است:
- سدیم هگزامتافسفات با فرمول شیمیایی ۶(NaPO₃)
- پلی‌آکریلات‌ها با فرمول شیمیایی (C₃H₄O₂)ₙ
- پلی دی سدیم پروپان فسفونات با فرمول شیمیایی Na₂C₃H₇O₆P
- پلی‌آسپارتات با فرمول شیمیایی (C₄H₆NO₃)ₙ
- فسفات استرها با فرمول شیمیایی R-O-P(O)(OH)₂
انتخاب نوع آنتی‌اسکالانت مناسب به عواملی همچون ویژگی‌های کیفی آب، میزان استفاده و نیازهای خاص کاربرد بستگی دارد.
کاربرد آنتی اسکالانت صنعتی
کاربرد آنتی اسکالانت را عمدتا در استفاده از تصفیه آب اسمز معکوس جهت جلوگیری از آسیب رسیدن به غشای ممبران می‌شناسند. در واقع ساختار شیمیایی آنتی اسکالانت به این گونه است که مانع رسوب بر روی سطح غشای ممبران می‌شود. از این رو کاربرد آن را در صنایع مختلفی که از دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس استفاده می‌کنند مانند صنایع غذایی، دارویی، پتروشیمی‌ها و نیروگاه‌ها می‌توان دید. یکی دیگر از استفاده‌های آنتی اسکلانت در دستگاه‌های آب شیرین‌کن صنعتی و نیمه‌صنعتی و دستگاه آب شیرین‌کن دریایی است.
در صورت تصفیه نشدن آبی که مورد استفاده صنایع قرار می‌گیرد، آب مصرفی بسیار سریع به دستگاه‌ها و تجهیزات آسیب می‌رساند. دلیل این را باید در افزایش املاح آب در این سال‌ها دانست که مقادیر یون‌های کلسیم، بی‌کربنات و سولفات افزایش یافته است و باعث رسوب و گرفتگی می‌شود.
مزایای آنتی‌اسکالانت‌ها
- جلوگیری از تشکیل رسوب‌های سخت: آنتی‌اسکالانت‌ها از ایجاد رسوب‌های کلسیم، منیزیم و سایر مواد معدنی در تجهیزات صنعتی و لوله‌ها جلوگیری می‌کنند. این عمل مانع از افت عملکرد و کاهش عمر مفید تجهیزات می‌شود.
- کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری: با جلوگیری از تشکیل رسوب‌های سخت، نیاز به تعمیرات و نگهداری کاهش می‌یابد، که این امر منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش بهره‌وری می‌شود.
- افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی: رسوب‌های سخت می‌توانند به عنوان عایق حرارتی عمل کرده و مانع از انتقال مناسب گرما شوند. با استفاده از آنتی‌اسکالانت‌ها، انتقال حرارت بهینه می‌شود و مصرف انرژی کاهش می‌یابد.
- کاهش نیاز به مواد شیمیایی اضافی: با کنترل رسوبات و جلوگیری از تشکیل آنها، نیاز به استفاده از مواد شیمیایی دیگر مانند اسیدها و بازها کاهش می‌یابد، که این امر به کاهش هزینه‌ها و اثرات منفی زیست‌محیطی کمک می‌کند.
- کاهش تولید پساب: کاهش رسوبات به کاهش مصرف آب در سیستم‌ها منجر می‌شود که در نتیجه میزان پساب تولیدی در فرآیندهای صنعتی کاهش پیدا می‌کند.
معایب استفاده از آنتی‌اسکالانت‌ها
- آلودگی احتمالی آب تصفیه شده: استفاده از مواد شیمیایی در آنتی‌اسکالانت‌ها می‌تواند خطر آلودگی منابع آب تصفیه‌شده را به همراه داشته باشد، به خصوص اگر استفاده نادرست یا کنترل نشده باشد.
- نیاز به انتخاب دقیق محصول متناسب با شرایط خاص: انتخاب صحیح آنتی‌اسکالانت‌ها نیازمند توجه به ویژگی‌های خاص محیطی و شیمیایی هر صنعت است. عدم تطابق مناسب ممکن است موجب عدم کارایی یا حتی آسیب به سیستم‌ها شود.
- پتانسیل آلایندگی محیطی: برخی از ترکیبات شیمیایی موجود در آنتی‌اسکالانت‌ها ممکن است در صورت تخلیه نادرست به محیط زیست آسیب وارد کنند و به عنوان آلاینده شناخته شوند.
- هزینه‌های بالا: تولید و خرید آنتی‌اسکالانت‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری قابل توجهی است. این هزینه‌ها ممکن است برای برخی صنایع به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ، چالش‌برانگیز باشد.
- نیاز به نگهداری و حمل‌ونقل ایمن: مواد شیمیایی موجود در آنتی‌اسکالانت‌ها ممکن است خطرات خاصی را ایجاد کنند. بنابراین، نیاز به ذخیره‌سازی، حمل‌ونقل و استفاده صحیح از این مواد برای جلوگیری از حوادث و آسیب‌ها ضروری است.
بیشتر بخوانید: آب شیرین کن کشاورزی
عواقب عدم استفاده از آنتی اسکالانت
ماده ضد رسوب یا آنتی اسکالانت در محصولات شوینده و تمیزکننده به منظور پیشگیری از تشکیل رسوبات، سختی آب و سایر آلودگی‌ها به کار می‌رود. در صورت عدم استفاده از این محصولات، رسوبات و آلودگی‌ها به سادگی روی سطوح تجمع پیدا کرده و باعث کاهش کارایی و طول عمر دستگاه‌ها می‌شوند. به همین دلیل، استفاده از آنتی اسکالانت با کیفیت و تزریق منظم آن به سیستم ضروری است تا از بروز این مشکلات جلوگیری کرده و عمر غشاء را افزایش دهد.
این امر می‌تواند از کاهش کارایی تولید، افزایش میزان TDS خروجی، کاهش حجم جریان خروجی و همچنین تجمع رسوبات که منجر به مسدود شدن منافذ و پارگی غشاء شود، جلوگیری کند.
چگونه اسکیلینگ یا رسوبات در سیستم اسمز معکوس تشکیل می شوند؟
با توجه به این که آب خوراک تحت فشار پمپ از ممبران عبور می کند، غلظت نمک در سمت آب شور یا همان خوارک ممبران افزایش می یابد. با کاهش درصد آب موجود در جریان خوراک غلظت نمک افزایش می‌باید، و نمک های محلول موجود در خوارک شروع به تشکیل ذرات میکرو هسته ای می کنند. اینها با هم ترکیب می شوند و در نهایت کریستال های نمکی نامحلول تشکیل می شوند. همانطور که اشاره کردیم، اگر اجازه داده شود این کریستال ها بدون کنترل تشکیل شوند، در نهایت باعث تشکیل رسوباتی روی سطح ممبران اسمز معکوس می شوند که رهایی از آن ها گاهی بسیار مشکل و عملا غیر ممکن خواهد بود.
تجمع بیش از حد رسوب باعث می شود که المان ممبران RO به دلیل افزایش پلاریزاسیون غلظتی، کارایی خود را از دست بدهند. در نهایت افت تولید و کیفیت و همچنین افت فشار را در سیستم تصفیه آب صنعتی شاهد خواهیم بود. پس همیشه باید به خاطر داشته باشیم که پیشگیری بهتر از درمان است.
چگونگی تزریق آنتی اسکالانت
آنتی اسکالانت معمولاً از طریق پمپ تزریق مواد شیمیایی که تحت عنوان دوزینگ پمپ شناخته می‌شود به آب ورودی اضافه می‌شوند. محل دقیق تزریق قبل از کارتریج فیلتر است. میزان تزریق یا دوز تزریق بستگی به نوع و آنالیز یونی آب، درصد بازیافت یا ریکاوری سیستم RO و نوع آنتی اسکالانت دارد.
مقدار دوز مورد نیاز آنتی اسکالانت
مقدار آنتی اسکالانت مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی ممبران RO از طریق بررسی شرایط عملیاتی سیستم RO و غلظت ترکیبات مختلف در محلول آب شور (تغلیظ یا ریجکت) تعیین می‌شود. با این حال، به طور معمول دوز تزریق آنتی اسکالانت در محدوده‌ای بین ۲ تا ۵ میلی‌گرم در لیتر (ppm) است.
البته تعیین این غلظت نیازمند این است که فرمول آنتی اسکالانت مورد استفاده را هم در محاسبات لحاظ کنیم و بر آن اساس غلظت مناسب تزریق را تعیین کنیم. به همین خاطر شرکت‌های سازنده آنتی اسکالانت بر اساس نوع آنتی اسکالانت خود و خصوصیات شیمیایی آن نرم افزاری جهت محاسبه غلظت مورد نیاز تزریق ارائه می‌دهند. متاسفانه اکثر شرکت‌های سازنده مثل فلوکن یا اویستا (Avista) استفاده از این نرم افزارها را در اختیار عموم قرار نمی‌دهند و فقط نمایندگان فروششان به آن دسترسی دارند.
آیا تزریق ضد رسوب به تنهایی می‌تواند از تشکیل رسوبات جلوگیری کند؟
قطعا هر روشی که برای پیش تصفیه RO استفاده می‌کنیم با محدودیت‌‌هایی همراه است. آنتی اسکالانت هم از همین قاعده پیروی می‌کند و همیشه نمی‌تواند در همه شرایط عملکرد کاملی از خود نشان دهد. البته که ما روش‌های دیگری نیز برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی سیستم RO داریم که در کنار تزریق آنتی اسکالانت نی‌توانند هم‌افزایی جذابی از خود نشان دهند، که در نهایت باعث افزایش دوام ممبران‌های و عملکرد بهتر سیستم تصفیه آب می‌شود. یکی از این روش‌های تزریق اسید است که در مواردی که رسوب کربناتی داشته باشیم می‌تواند بسیار برای ما کمک کننده باشد.
چالش‌های استفاده از آنتی اسکالانت
استفاده از آنتی اسکالانت برای جلوگیری از تسکیل رسوب در سیستم‌های آب شیرین کن صنعتی با چالش‌هایی نیز همراه است که باید مورد توجه قرار گیرد:
مقدار نا مناسب تزریق آنتی اسکالانت (Overdose)
مهم‌ترین چالشی که ممکن است با آن مواجه شویم اوردوز یا تزریق با غلظتی بیش از نیاز سیستم است. بعضی از شرکت‌های بهره‌بردار آب شیرین کن RO به اهمیت این نکته توجهی نمی‌کنند، ممکن است شرکت فروشنده آنتی اسکالانت تعیین دوز را برای شرایط سیستم آنها به خوبی انجام نداده باشد و تزریق بیش از حد انجام دهند. تزریق بیش از حد خودش باعث رسوب و تشکیل فولینگ روی ممبران‌های RO می‌شود، که در نهایت با کاهش تولید و افزایش افت فشار تاثیر خود را نشان می‌دهد.
پس در نظر داشته باشید که مهم‌ترین کار شما به عنوان بهره‌بردار بهینه سازی دوز تزریق آنتی اسکالانت بر اساس شرایط سیستم‌تان است. واضح است که به هیچ وجه نباید به داده‌های شرکت‌های و واحدهای مشابه و یا عدد شرکت فروشنده آنتی اسکالانت اتکا کنید. بکله توصیه می‌شود حتما خودتان وقت بگذارید و به مرور دوز مناسب سیستم‌تان را با توجه به شرایط و پارامترهای عملیاتی و مشورت با شرکت فروشنده آنتی اسکالانت تعیین کنید.
معایب استفاده از آنتی اسکالانت نامرغوب
آنتی اسکالانت تصفیه آب صنعتی به یون‌هایی که موجب سختی آب می‌شوند می‌پیوندد و مانع از چسبندگی رسوبات در فیلتر ممبران می‌شود. این کار سبب می‌شود تا طول عمر فیلترهای ممبران افزایش پیدا کند و نیاز به تعویض زودهنگام آنان نباشد. یکی از نتایج این کار کاهش هزینه‌ها در سیستم تصفیه آب صنعتی است.
با وجود تمام تاثیرات مثبتی که این ترکیب بر روی دستگاه تصفیه آب صنعتی می‌گذارد اگر کیفیت آن به حد کافی مرغوب نباشد نتایج مطلوبی که انتظار می‌رود رخ نمی‌دهد. اولین تاثیر یک آنتی اسکالانت نامرغوب را در شستشوی سریع فیلترها و یا در تعویض زودهنگام آنان می‌ببنیم. در نتیجه همانطور که نوع با کیفیت آن کاهش هزینه‌ها را در پی دارد در حالت غیر مرغوب نیز به سیستم تصفیه آب صنعتی هزینه های زیادی تحمیل می‌شود.
انتی اسکالانت نامرغوب باعث زیاد شدن نمک‌های حل شده در آب می‌شود و جریان ریجکت یا آب خروجی از دستگاه تصفیه آب صنعتی را به حالت اشباع از نمک‌های رسوب کننده می‌رساند. در این حالت دستگاه تصفیه اسمز معکوس عملکرد واقعی خود را نخواهد داشت، و مقدار برق مصرفی به دلیل افزایش فشار عملیاتی و به موجب آب جریان آمپر بسیار بیشتر می‌شود.
درباره فیلتر اسمز معکوس بیشتر بخوانید.
انتخاب آنتی اسکالانت مناسب
برای انتخاب آنتی اسکالانت مناسب، باید به دقت پارامترهای مختلف سیستم تصفیه آب را بررسی کرد. انتخاب درست آنتی اسکالانت می‌تواند عمر فیلترهای ممبران را افزایش داده و کارایی سیستم را بهبود بخشد. مشاوره با کارشناسان با تجربه در این زمینه بسیار مفید است. اطلاعاتی مانند مقدار TDS و هدایت الکتریکی آب، میزان سختی کل آب، قلیائیت آب ورودی، مقدار سولفات موجود، ظرفیت دستگاه تصفیه آب، میزان بازیابی در طراحی دستگاه، نوع اسید و مقدار تزریق آن، استفاده یا عدم استفاده از ستون‌های سختی‌گیر در پیش‌تصفیه و همچنین مقدار pH و دمای آب ورودی، همگی در انتخاب بهترین آنتی اسکالانت برای هر سیستم تصفیه آب اهمیت دارند.
قیمت آنتی اسکالانت
قیمت آنتی اسکالانت‌ها به عوامل مختلفی بستگی دارد که از جمله مهم‌ترین آنها می‌توان به نوع و کیفیت محصول، شرکت تولیدکننده، و شرایط بازار اشاره کرد. آنتی اسکالانت‌ها مواد شیمیایی مهمی هستند که برای جلوگیری از تشکیل رسوبات معدنی در سیستم‌های تصفیه آب استفاده می‌شوند و انتخاب محصول مناسب می‌تواند تأثیر زیادی بر عملکرد و دوام تجهیزات تصفیه آب داشته باشد. با توجه به تنوع محصولات موجود در بازار، آگاهی از نیازهای خاص سیستم تصفیه آب و مشاوره با کارشناسان مجرب می‌تواند به انتخاب بهترین آنتی اسکالانت کمک کند. بررسی مشخصات فنی و آزمایش‌های مربوط به آب ورودی نیز می‌تواند در تصمیم‌گیری صحیح نقش مهمی ایفا کند.
نکات کلیدی برای انتخاب بهترین آنتی اسکالانت
انتخاب بهترین آنتی اسکالانت برای تصفیه آب صنعتی به چندین عامل مهم بستگی دارد که هر کدام می‌توانند بر کارایی سیستم و طول عمر تجهیزات تأثیرگذار باشند. یکی از این عوامل، تراکم آنتی اسکالانت است که به چگالی آن مربوط می‌شود. این تراکم معمولاً در محدوده ۲ تا ۸ گرم بر متر مکعب قرار دارد و بسته به ویژگی‌های آب ورودی و نوع سیال، انتخاب تراکم مناسب ضروری است. همچنین، انتخاب pH مناسب آنتی اسکالانت نیز بسیار مهم است. این مواد در انواع اسیدی، قلیایی و خنثی در دسترس هستند و عملکرد آنها بسته به ترکیبات آب ورودی، از جمله یون‌ها و املاح، متفاوت خواهد بود. بنابراین، ضروری است که محصولی با pH مناسب و هماهنگ با شرایط خاص سیستم شما انتخاب شود.
سوالات متداول
مقدار تزریق آنتی اسکالانت چگونه تعیین می‌شود؟
برای تعیین حجم یا دوز تزریق آنتی اسکالانت لازم است غلظت ترکیبات رسوب کننده در آب خوراک، دما، pH و درصد بازیافت یا ریکاوری RO را در نظر بگیریم و با استفاده از نرم افزار شرکت سازنده آنتی اسکالانت دوز مناسب تزریق را تعیین کنیم. بعضی از شرکت‌های فروشنده آنتی اسکالانت دسترسی به این نرم افزار را برای شما فراهم می‌کنند.
آیا تزریق آنتی اسکالانت باعث بایوفولینگ (Biofouling) می‌شود؟
در صورتی که دوز تزریق آنتی اسکالانت برای سیستم شما بهینه سازی نشود و بیش از مقدار مورد نیاز تزریق کنید با توجه به ماهیت آن مقدار آنتی اسکالانت مصرف نشده منبع غذایی مطلوبی برای میکروارگانیسم های موجود در سیستم RO خواهد بود و باعث فولینگ بیولوژیکی در سیستم RO خواهد شد.
عملکرد آنتی‌اسکالانت‌ها چگونه است؟
آنتی اسکالانت‌ها به عنوان ترکیبات با ثبات زیاد، به راحتی از محلول‌های آبی جدا نمی‌شوند. این مواد به دلیل داشتن گروه‌های کربوکسیلات، فسفات و سولفونات، با یون‌های کلسیم و منیزیم واکنش شیمیایی می‌دهند.
دوره آموزشی طراحی و بهره برداری پیش تصفیه اسمز معکوس
با توجه به اهمیت این موضوع ما در دوره آموزشی پیش تصفیه اسمز معکوس یک جلسه کامل را به این موضوع اختصاص داده‌ایم و توضیح داده‌ایم که چگونه دوز مناسب آنتی اسکالانت را تعیین کنید. همچنین روش جذابی برایم مقایسه آنتی اسکالانت‌های برندهای مختلف قبل از استفاده ارائه داده‌ایم که بتوانید تاثیر عملکرد هر برند و دوز آن را به راحتی تعیین کنید. و اینها فقط بخش کوچکی از مباحثی است که در این دوره آموزشی ارزشمند به شما ارائه می‌شود.
