ما هي عملية التكلس أو الترسيب:
مصطلح المضاد للتكلس هو الحد من تكوين الرواسب أو بتعبير تقني – مضاد للترسب – في المعدات الصناعية مثل أنظمة التناضح العكسي (RO) قد سمع بها الكثير اصحاب الصناعات . التحجيم (scaling) تعني ترسيب جسيمات القاذورات الغير عضوية أو المعدنية على سطح الأغشية، و التي تؤدي إلى انسداد مساميات الغشاء. عملية الترسيب هي ترسب الأملاح منخفضة الذوبان على سطح الغشاء. والتكلس هو تراكم المواد الصلبة العالقة والكائنات الحية الدقيقة على سطح الغشاء. يعتبر التكلس في أنظمة التناضح العكسي ظاهرة طبيعية. وممكن السيطرة عليها من خلال عمليات التصفية والترشيح المناسب والغسيل الكيميائي عند الحاجة.
ما هو التحجيم الكيميائي (scaling)؟
التحجيم الكيميائي الناجم عن المركبات المعدنية للمحلول في الماء مثل كربونات الصوديوم، كبريتات الكالسيوم، السيليكا, ثاني أكسيد السليكون، كبريتات الباريوم، يمكن أن يحد من كفاءة أنظمة الترشيح الغشائية ومرشح 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.
هنالك أسباب عدة تؤدي لتكوين الرواسب على سطح غشاء التناضح العكسي و أهمها هي:
ما هو 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 إلى السيطرة على تكوين أنواع الترسبات المعدنية مثل كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وترسبات الحديد وغيرها على سطح الغشاء.
أهمية استخدام مضاد التكلس؟
استخدام أنواع مضادات التكلس في أنظمة التناضح العكسي قد تخفض التكاليف المتعلقة بتصليح وصيانة 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 وبسبب وجود الأملاح غير العضوية والمعدنية لمحلول المياه الواردة إلى نظام تكرير المياه بطريقة التناضح العكسي وآلة تحلية المياه والإنسداد 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.
عيوب استخدام مضادات التكلس دون المستوى المطلوب في أنظمة التناضح العكسي:
-
يقلل من الطاقة الإنتاجية في أنظمة تنقية المياه
-
يزيد من كمية الأملاح المعدنية القابلة للذوبان في الماء
-
زيادة الضغط على مضخات الأرضية ويقلل من عمر المضخة
-
استهلاك الطاقة أثناء عملية التناضح العكسي تزداد
-
تقليل عمر الأغشية واستبدالها المبكر
آلية عمل مضادات التكلس:
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 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 حقن 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.
المشاكل الناتجة عن عدم استخدام مضاد التكلس:
-
زيادة تدني الضغط والضغط المطلوب واستهلاك الطاقة والتكلفة.
-
الغسل المتكرر مع فواصل زمنية أقل لتحسين العمليات التي تؤدي لتقليل العمر الإنتاجي المفيد للأغشية وزيادة تكاليف
-
الأعطال المتكررة و طويلة الأجل
-
تشتت الغشاء عند التصادم مع بلورات الترسب المعدني
-
أحد 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 أيضاً يتأثر بهذا المنتج الرديء. 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 والانسداد للأغشية تؤديان لانخفاض المساحة الفعالة بين المواد وإنها تقلل من اضطراب التدفق وقد 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 وستصعب 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 الأيونات الأخرى في المحلول. تمنع هذه العملية من تراكم الجزيئات وتكوين جزيئات أكبر التي من الممكن أن تترسب. تؤدي مضادات التكلس بشكل أساسي إلى الإزالة الفعالة للرواسب من أغشية التناضح العكسي من خلال عدة آليات:
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، تمتص مضادات التكلس ذات الشحنة السطحية السالبة الأيونات البلورية الموجبة، ومن خلال الإخلال بتوازن الشحنة المطلوبة لنمو البلورات، تمنع ترسب البلورات الموجبة على السطح الأغشية.
3 . التشتيت أو التشتت (dispersant) : مضادات التكلس 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 وتضخم 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.
كيفية تحديد احتمالية تكلس الماء:
تحديد احتمالية تكلس الماء أمر معقد وعادة ما يتم بواسطة برمجة ذات صلة. هذه البرمجيات في الغالب تنتج من قبل شركات المنتجة لمضادات التكلس. في هذه البرامج، يتم حساب المقدار المطلوب من مانع التكلس من خلال احتمال تكوين التكلس في المقياس الكبير في تيار التفريغ. 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 ليس نافع 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 والتي 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. تشمل استخدام مضاد التكلس التناضح العكسي لشركة رعاية المياه المزايا التالية:
-
تطبيق خاص لأنظمة RO 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 الرواسب أمام أنواع رواسب الكربونات و الكبريتات
-
قابلة للاستخدام في جميع الأغشية السليلوزية و البولي أميدية
يمكن تصنيع مضاد التكلس بكل سهوله باستخدام مواد خام كيميائية اقتصادية ومتوفرة بسهولة محليًا وعالميًا. لتصنيع هذا المنتج، من الضروري الحصول على تركيبته من الموقع، حيث أن تصنيع هذا المنتج لا يحتاج إلى إمكانيات وتعقيدات كبيرة، وننصح المبتدئين في المشاريع الصغيرة والمتوسطة المتعلقة بهذا المجال بشراء التركيبة.
