ما هي أضرار التكلس
بداية نعرف معنى التكلس حيث يعني 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.
ما هو مضاد التكلس
مصطلح مضاد التكلس هو مادة 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 من أصحاب الصناعات.
أضرار التكلس
- 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 ومرشح الغشاء.
- يزيد الضغط وبالتالي يزيد من استهلاك الطاقة والتكاليف المرتبطة به.
- يقلل من جودة المياه.
- يقلل من عمليات الغسيل والعطل المتكرر.
- الجدير بالذكر أن العمر الإنتاجي المفيد لمرشح الغشاء قد ينخفض بسبب ظاهرة التحجيم الكيميائي .
مراحل حدوث التكلس
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.
فوائد استخدام مضاد التكلس
يستخدم مانع التكلس كمادة مضافة في عملية المعالجة الابتدائية في أنظمة التناضح العكسي. يتم استخدام مضاد التكلس كمادة فعالة لأجل التحكم بالترسب في أغشية التناضح العكسي. قبل نقل الماء إلى التناضح العكسي، يتم حقن مضاد التكلس مع التركيز المناسب إلى تدفق تغذية المياه. المواد الكيميائية المستخدمة في تركيب مضادات التكلس تمنع من تكوين أنواع الترسبات المعدنية على سطح الأغشية. 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 الانسداد والترسب 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.
كما يمكنك قراءة المزيد عن أهمية استخدام مضاد التكلس من هنا.
آلية عمل مضادات التكلس
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.
المشاكل الناتجة عن إهمال 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 .
أضرار استخدام نوع رديء من مضاد التكلس
يزيد دفعات الحاجة لغسل مرشح الغشاء و هذا ليس جيداً أبداً لأجهزة تنقية المياه. بالإضافة إلى 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 أيضاً 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 مضاد التكلس، زادت جودة المياه المعالجة.
الترسب و الانسداد للأغشية تؤديان لانخفاض 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.
كيفية عمل مضاد التكلس
المواد 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 أميد ومن 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 الأيونات الأخرى في المحلول. تمنع هذه العملية من تراكم الجزيئات و تكوين جزيئات أكبر التي من الممكن أن تترسب.
فوائد استخدام مضاد التكلس عند معالجة مياه البحر
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. تأكسد 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 الحقن للخط و مع تلبية الحاجة يتم حقن أقل نسبة ممكنة للحقن.
ختاماً: يجب استعمال مضاد تكلس أن يكون من نوعية جيدة لتستطيع توفير المال عن طريق:
- منع الحاجة إلى استبدال الأغشية باهظة الثمن قبل الأوان.
- الحفاظ على كفاءة تشغيل المحطة بأعلى مستوى ممكن من التعافي.
- القضاء على أو التقليل من استخدام الأحماض الخطرة.
- تقليل استهلاك المياه من خلال التشغيل الآمن بمعدلات استرداد عالية.
- استخدام مواد كيميائية أقل.
- إنتاج تركيز أقل ، والسماح بقبول بيئي أفضل لذلك المركز.
- تقليل تكاليف الطاقة.
- تقليل وقت التوقف عن العمل الناتج عن عمليات التنظيف المتكررة للأغشية.