برای جلوگیری از رسوب چه باید کرد (در سیستم‌ تصفیه آب RO)

رسوب (Scaling) در سیستم‌های RO (اسمز معکوس) به تشکیل و تجمع ترکیبات معدنی جامد در سطح ممبران‌های سیستم اطلاق می‌شود. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که غلظت مواد معدنی محلول در آب ورودی به سیستم از حد مجاز تجاوز کرده و به دلیل اشباع شدن، این مواد به‌صورت جامدات کریستالی بر روی ممبران‌ها ته‌نشین می‌شوند. برخلاف فولینگ (Fouling) که به تجمع مواد آلی یا بیولوژیک اشاره دارد، رسوب تنها به مواد معدنی مرتبط است. حال می‌خواهیم بدانیم که چطور باید جلوی چنین اتفاقی را بگیریم و از ممبران‌ها در برابر چنین پدیده‌ای محافظت کنیم؟ ما برای شما سه راه‌کار در نظر گرفتیم که در ادامه در مورد هر کدام بطور مفصل صحبت می‌کنیم.

اهمیت جلوگیری از رسوب‌گذاری در سیستم تصفیه آب صنعتی 

جلوگیری از رسوب‌گذاری در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی اهمیت بالایی دارد، زیرا این کار تأثیرات مثبت متعددی بر عملکرد و بهره‌وری سیستم دارد. اهمیت این موضوع شامل موارد زیر است:

افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های عملیاتی سیستم

جلوگیری از رسوب‌گذاری به معنای حفظ جریان تولیدی آب تصفیه شده در سطح بهینه است. این امر باعث می‌شود سیستم با راندمان بالاتری کار کند و مقدار بیشتری آب تصفیه شده با کیفیت مطلوب تولید کند.

رسوب‌گذاری باعث افزایش مصرف انرژی و نیاز به CIP مکرر می‌شود. با جلوگیری از رسوب‌گذاری، نیاز به افزایش فشار عملیاتی و دفعات شستشو کاهش می‌یابد، که در نهایت هزینه‌های انرژی و مواد شیمیایی کاهش می‌یابد.

حفظ کیفیت آب تصفیه شده

رسوب‌گذاری می‌تواند کیفیت آب تصفیه شده را کاهش دهد. با جلوگیری از رسوب‌گذاری، سیستم می‌تواند کیفیت آب تصفیه شده را در سطح مطلوبی حفظ کند و نیازهای کیفیتی مورد نظر را برآورده سازد.

 افزایش عمر مفید ممبران‌ها

جلوگیری از رسوب‌گذاری به حفظ سلامت و عملکرد ممبران‌ها کمک می‌کند. با کاهش رسوب‌گذاری، ممبران‌ها کمتر در معرض آسیب‌های مکانیکی و شیمیایی قرار می‌گیرند و طول عمر آن‌ها افزایش می‌یابد، که به نوبه خود هزینه‌های تعویض ممبران‌ها را کاهش می‌دهد.

همچنین بخوانید: عملیات CIP | شستشوی ممبران RO 

انواع رسوب در سیستم‌ تصفیه آب صنعتی

۱. رسوب کربنات کلسیم

رسوب کربنات کلسیم یکی از متداول‌ترین انواع رسوبات در سیستم‌های RO است که به دلیل بالا بودن سختی آب و وجود کلسیم و بی‌کربنات در آب تشکیل می‌شود. افزایش دما و pH آب نیز می‌تواند تشکیل این رسوب را تسریع کند.

روش پیشگیری:

• کاهش pH آب خوراکی به محدوده‌ی مناسب با استفاده از تزریق اسید.
• استفاده از ضد رسوب‌ها (Antiscalant) که به‌ویژه برای جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم طراحی شده‌اند.
• تنظیم صحیح دما و فشار عملیاتی سیستم

۲. رسوب سولفات کلسیم

این رسوب زمانی تشکیل می‌شود که غلظت کلسیم و سولفات در آب از حد حلالیت عبور کند. وجود سولفات در آب ورودی به دلیل منابع طبیعی مانند سنگ‌های معدنی یا فعالیت‌های صنعتی معمول است.

روش پیشگیری:

• تزریق ضد رسوب‌های خاص که تشکیل سولفات کلسیم را مهار می‌کنند.
• کنترل دقیق نرخ بازیافت سیستم (Recovery Rate) به‌منظور جلوگیری از افزایش غلظت سولفات‌ها.

۳. رسوب سیلیکا

سیلیکا یکی دیگر از انواع رسوبات معدنی است که می‌تواند در سیستم‌های RO تشکیل شود. این رسوب به‌ویژه در آب‌های با مقادیر بالای سیلیکات و در دماهای بالا مشکل‌ساز است.

روش پیشگیری:

• کاهش بازیافت سیستم و استفاده از ضد رسوب‌های مخصوص سیلیکا.
• کنترل دما و تنظیم pH آب ورودی به سیستم.
• استفاده از پیش‌تصفیه‌های مکانیکی یا شیمیایی برای حذف سیلیکا.

۴. رسوب فسفات کلسیم

این نوع رسوب ناشی از غلظت بالای کلسیم و فسفات در آب است. وجود فسفات معمولاً از منابع فاضلابی یا مواد شوینده ناشی می‌شود.

روش پیشگیری:

• تزریق ضد رسوب‌های مناسب.
• کاهش سطح فسفات در آب خوراکی با استفاده از پیش‌تصفیه‌های شیمیایی یا بیولوژیکی.

۵. رسوب فلزات سنگین

رسوبات فلزات سنگین مانند آهن، منگنز، یا مس در سیستم‌های RO در صورتی تشکیل می‌شوند که این فلزات به‌صورت محلول در آب وجود داشته باشند و به مرور زمان بر روی غشاها تجمع یابند.

روش پیشگیری:

• استفاده از فیلترهای کربنی یا فیلترهای مخصوص برای حذف فلزات سنگین قبل از ورود آب به سیستم.
• کنترل pH آب خوراکی به منظور جلوگیری از اکسیداسیون و ته‌نشینی فلزات.

روش‌های پیشگیری از رسوب در سیستم RO

• مانیتورینگ مداوم: بررسی منظم کیفیت آب ورودی و خروجی
• پیش‌تصفیه مناسب: استفاده از فیلتراسیون، سختی‌گیری و تنظیم pH
• استفاده از آنتی‌اسکالانت‌ها: انتخاب و تزریق آنتی‌اسکالنت مناسب
• کنترل درصد ریکاوری: تنظیم میزان بازیافت سیستم برای جلوگیری از تغلیظ بیش از حد در المان‌های انتهایی
• شستشوی منظم: انجام شستشوی شیمیایی دوره‌ای برای حذف رسوبات اولیه

رسوب در سیستم‌ تصفیه آب RO چگونه اتفاق می‌افتد؟

رسوب در سیستم‌های تصفیه آب RO زمانی رخ می‌دهد که غلظت یون‌های معدنی مانند کلسیم، سولفات، و بی‌کربنات در آب ورودی از حد اشباع فراتر رفته و کریستال‌های معدنی بر روی سطح غشا تشکیل می‌شوند. این رسوبات باعث کاهش کارایی سیستم، کاهش جریان تولیدی، و افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شوند. اگر رسوب‌گذاری کنترل نشود، ظرفیت و کیفیت آب تولیدی سیستم به سرعت کاهش می‌یابد و بسته به نوع ترکیب معدنی، زمان افت تولید می‌تواند متغیر باشد. پیشگیری از تشکیل رسوب اقتصادی‌تر از شستشوی مکرر غشاها از طریق روش CIP است، چرا که رسوبات می‌توانند بخشی از مسیر عبور جریان را به صورت همیشگی مسدود کرده و حتی به سطح غشا آسیب برسانند.

تأثیرات منفی رسوب در سیستم‌های RO

رسوب در سیستم‌های RO می‌تواند تأثیرات منفی متعددی داشته باشد که عملکرد کلی سیستم و هزینه‌های عملیاتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این تأثیرات شامل موارد زیر است:

۱. کاهش جریان تولیدی (Permeate Flow)

رسوب‌گذاری بر روی سطح ممبران‌ها می‌تواند باعث کاهش جریان آب تصفیه شده شود. این مسئله به دلیل کاهش سطح موثر ممبران برای نفوذ آب و افزایش مقاومت هیدرولیکی رخ می‌دهد.

۲. افزایش فشار عملیاتی (Operating Pressure)

برای حفظ میزان جریان تولیدی در شرایطی که رسوب روی ممبران‌ها شکل گرفته است، فشار عملیاتی باید افزایش یابد. این افزایش فشار منجر به افزایش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی می‌شود.

۳. افزایش افت فشار (Pressure Drop)

رسوب در مسیرهای جریان آب (کانال‌های جریان خوراک به تغلیظ) می‌تواند باعث افزایش افت فشار شود. این افت فشار اضافی نشان‌دهنده افزایش مقاومت در برابر جریان آب است که می‌تواند به مشکلات مکانیکی در اجزای سیستم منجر شود.

۴. کاهش کیفیت آب تصفیه شده (Permeate Quality)

رسوب‌گذاری ممکن است باعث کاهش کیفیت آب تصفیه شده شود، به ویژه در صورتی که ممبران‌ها به طور کامل تمیز نشده باشند یا آسیب دیده باشند. این موضوع می‌تواند منجر به افزایش نفوذ نمک‌ها (Salt Passage) و کاهش نرخ دفع نمک (Salt Rejection) شود.

۵. افزایش نیاز به شستشوی شیمیایی (CIP)

رسوب‌گذاری مکرر باعث افزایش دفعات شستشوی شیمیایی می‌شود. هر شستشو علاوه بر هزینه‌های مواد شیمیایی، زمان توقف سیستم را نیز افزایش می‌دهد که می‌تواند منجر به کاهش تولید آب تصفیه شده شود.

۶. کاهش عمر ممبران‌ها

رسوب‌گذاری مداوم می‌تواند به آسیب‌های مکانیکی و شیمیایی ممبران‌ها منجر شود. این آسیب‌ها می‌توانند باعث کاهش عمر مفید ممبران‌ها و نیاز به تعویض زودهنگام آن‌ها شوند، که هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد.

سه راه حل موثر برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی ممبران‌ RO

خوب، حالا که به اهمیت جلوگیری از تشکیل رسوب روی ممبران‌ پی بردیم در ادامه می‌خواهیم در مورد راه حل هایی که برای این منظور داریم، صحبت کنیم:

تزریق اسید و کاهش pH خوراک

اولین روشی که برای جلوگیری از رسوب در سیستم‌های تصفیه آب RO وجود دارد تزریق اسید است که یون‌های کربنات را از بین می‌برد که یکی از واکنش دهنده‌های لازم برای رسوب کربنات کلسیم است. پس همانطور که مشخص است این روش در جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم بسیار مؤثر است، اما در جلوگیری از انواع دیگر رسوب تاثیری ندارد. پس ابتدا باید با استفاده از آنالیز آب خوراک مشخص کنیم چه ترکیباتی وجود دارند که می‌توانند باعث تشکیل اسکیلینگ شوند و بر اساس آن روش مناسب را انتخاب کنیم. ولی از مضرات روش اسید زنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• احتمال ایجاد خوردگی در لوله‌ها و اتصالات
• هزینه مخزن اسید و تجهیزات نظارتی لازم 
• کاهش pH در جریان تصفیه شده RO

رزین سختی گیر

استفاده از رزین سدیمی یکی از موثرترین روش‌هایی است که برای جلوگیری از رسوب روی سیستم‌های RO استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها که به عنوان پیش تصفیه RO استفاده می‌شوند تمرکز روی حذف کاتیون‌های کلسیم و منیزیم است که باز هم از واکنش دهنده‌هایی هستند که باعث تشکیل رسوب می‌شوند. کاری که رزین سدیمی برای ما انجام می‌دهد تبادل یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در خوراک با یو‌ن سدیم است. خبر خوب اینکه کارایی سیستم رزین در جلوگیری از تشکیل رسوب بالای ۹۹ درصد است. 

ولی خوب باید در نظر داشت که هزینه‌ عملیاتی سیستم رزین رقم بالایی است. در مواقعی که ظرفیت سیستم تصفیه آب ما بسیار بالا است و تعداد ماژول‌های زیادی را در اختیار داریم برای کاهش ریسک خرابی ممبران‌ها استفاده از آن توجیه پذیر است.

رزین سدیمی یون‌های کلسیم و منیزیم را از جریان خوراک حذف می‌کند و به جای آن یون‌ سدیم را وارد جریان خوراک می‌کند، و با این روش پتانسیل تشکیل رسوب را از بین می‌برد.

در چه شرایطی نمی‌توان از رزین‌های سختی گیر استفاده کرد؟

با اینکه سیستم‌های رزین کیفیت و کارایی بالایی دارند ولی در همه سیستم‌ها نمی‌توان از آن‌ها استفاده کرد! بطور مثال اگر TDS جریان خوراک بالا باشد و یا غلظت یون سدیم در خوراک از حدی بالاتر باشد سیستم رزین سدیمی کارایی بالایی ندارد و استفاده از آن‌ مقرون به صرفه نیست.

بیشتر بخوانید: TDS چیست

آنتی اسکالانت

این روش یکی از معمول‌ترین و پر استفاده ترین راه‌های جلوگیری از رسوب در سیستم‌های تصفیه آب RO است. چون در تمام سیستم‌ها با هر ظرفیتی می‌تواند کارایی داشته باشد. بخصوص برای سیستم‌های تصفیه آب با ظرفیت پایین بهترین روش است، چون در چنین سیستم‌هایی استفاده از رزین توجیه اقتصادی ندارد. همچنین در سیستم‌های تصفیه آب دریا که استفاده از رزین سختی گیر کارایی ندارد، آنتی اسکالانت می‌تواند موثر باشد. 

آنتی اسکالانت‌ ها انواع مختلفی دارند که هر کدام مکانیسم خاص خودش را برای جلوگیری از تشکیل رسوب روی غشا دارد. ولی در کل آنتی اسکالانت تمرکزش روی تشکیل کریستال و جلوگیری از رسوب آن روی سطح ممبران است.

بیشتر بخوانید : آنتی اسکلانت چیست

کدام روش‌ برای جلوگیری از رسوب در سیستم تصفیه آب از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است؟

یکی از مهم‌ترین فاکتور‌هایی که همواره در صنعت مورد توجه است و تصمیم گیری در مورد استفاده یا عدم استفاده از روشی تا حدود بسیار زیادی وابسطه به آن است، بحث آنالیز اقتصادی است. پس قبل از تصمیم گیری در مورد اینکه کدام یک از این سه روش برای سیستم‌ و شرایط ما مناسب تر است، ابتدا باید آنالیز اقتصادی را نیز در مورد آن‌ها انجام دهیم.

• افزودن اسید به دلیل هزینه اسید ، مخازن و تجهیزات نظارتی مقرون به صرفه نیست. همچنین برای سیستم‌هایی که درصد خلوص بالایی تولید می‌کنند و از رزین‌های میکس بد بعد از RO استفاده می‌شود این روش منجر به بروز مشکلاتی می‌شود که استفاده از آن خیلی توجیه پذیر نیست!
• در مقایسه با اسید زنی آنتی اسکالانت‌ها نسبتاً ارزان هستند و هیچ هزینه اضافی ندارند. علاوه بر این هیچ ضرری هم برای سیستم‌های پس تصفیه ایجاد نمی‌کنند.
• مهمترین چالش سیستم‌های رزین نرم کننده آب در مقایسه با اسید یا آنتی اسکالانت، هزینه‌‌ی بالایی است که باید برای تجهیزات آن پرداخت شود. با توجه به اینکه کارایی سیستم‌های رزین تبادل یونی نزدیک به ۱۰۰ درصد است و به همین خاطر هیچ سختی در اب ورودی به RO وجود ندارد، با وجود هزینه‌های عملیاتی بالا، ولی ارزش عملیاتی آن با سیستم‌های آتی اسکالانت قابل رقابت است.

شما چه روش‌هایی برای جلوگیری از رسوب در سیستم اسمز معکوس پیشنهاد می‌کنید؟

اگر از این روش ها استفاده می کنید نتایجی که دریافت کرده اید را با ما به اشتراک بگذارید. اگر تجربه و یا راه حلی دارید که برای شما موثر بوده در بخش کامنت های این مقاله با ما در میان بگذارید. می‌توانید عکسی از سیستم خودتان برای ما ارسال کنید تا با نام و توضیحات خودتان در این مقاله منتشر شود.