فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت و مواد تشکیل دهنده آنتی اسکالانت

اغلب بازدارنده‌هاي رسوب، آنتی اسکالانت Antiscalant دارای ساختار مولکولی با گروههای عاملی شامل اسيد كربوكسيليك (-COOH) یا آنتی اسکالانت Antiscalant دارای ساختار مولکولی فسفات هستند.

مولكول‌هاي پلي اكريل با وزن مولکولی پائین (جرم مولكولي بين 100 – 5000 ) شامل چندين گروه عامل اسيد كربوكسيليك هستند و به طور مشترك در بسياري از بازدارنده‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين بازدارنده‌ها، آنتی اسکالانت ((Antiscalant در جلوگيري از تشكيل سولفات و كربنات جزء بهترين‌ها هستند، اما خاصيت پراكنده‌سازي آنها محدود است.

آنتی اسکالانت Antiscalant دارای ساختار مولکولی هگزا متا فسفات سديم (SHMP)، يكي از موادي است كه به عنوان بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant انتخاب مي‌شود، زيرا علاوه بر نقش بازدارندگي خوب، آنتی اسکالانت Antiscalant ارزان قيمت نیز می باشد. از جمله معایب اين آنتی اسکالانت Antiscalant ، ناپايداري و نیز انحلال دشوار آن در آب مي باشد.

در حقيقت، اگر آنتی اسکالانت Antiscalant با فرمول شیمیایی SHMP هر سه روز مجدداً به هم زده نشود، هگزا متا فسفات به فسفات هيدروليز مي‌شود كه در pH خنثي باكلسيم تركيب شده و فسفات تشكيل مي‌‌دهد. اين نمك مي‌تواند موجب گرفتگي غشاء سيستم شود.

استفاده از آنتی اسکالانت Antiscalant با فرمول شیمیایی هگزا متا فسفات به عنوان يك بازدارنده‌ رسوب، آنتی اسکالانت Antiscalant براي سيستم‌هاي NF, RO به دليل وابستگي زياد آن به مصرف صحيح، عموميت پيدا نكرده است.

آنتی اسکالانت Antiscalant با فرمول شیمیایی فارگانو فسفوناتها در مقايسه با آنتی اسکالانت Antiscalant دارای فرمول شیمیایی سديم هگزا متا فسفات پايدارتر هستند.
خواص بازدارندگي و پراكنده‌سازي اين آنتی اسکالانت Antiscalant شبيه به سديم هگزا متا فسفات است. اما بر خلاف آنتی اسکالانت Antiscalant سديم هگزا متا فسفات، اين ماده پايدار است.

آنتی اسکالانت Antiscalant دارای فرمول شیمیایی پلي اكريل با جرم مولكولي سنگين (جرم مولكولي بين 6000 تا 25000) در پراكنده‌سازي، بهترين اثر را دارد اما به اندازه‌ اكريلهاي سبك در بازدارندگي رسوب مؤثر نيستند.
همانطور که پیش از این گفته شد، کاربرد بازدارنده‌هاي تركيبي آنتی اسکالانت Antiscalant نتايج بهتري را نسبت به بازدارنده‌هاي آنتی اسکالانت Antiscalant تك مولكولي از خود نشان مي‌دهند.

در صورت استفاده از يك بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant ‌ تك مولكولي احتمال بيشتري وجود دارد كه تزريق بيش از حد بازدارنده موجب شود كه خود بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant به صورت كاتيون چند ظرفيتي از محلول خارج شود.
با تركيب توليدات و استفاده از آنتی اسکالانت Antiscalant چند مولكولي، ساير آنتی اسکالانت ها Antiscalant مي‌توانند در جلوگيري از رسوب ‌دهي اولين ، آنتی اسکالانت Antiscalant مؤثر باشند. همچنين به غلظت كمتري از هر يك از اجزاي مستقل بازدارنده‌ها، آنتی اسکالانت Antiscalant نياز خواهد بود.

بعضی از انواع بازدارنده‌هاي تركيبي، آنتی اسکالانت ترکیبی Antiscalant شامل پلي اكريل با جرم مولكولي سبك وسنگين هستند تا از قدرت كافي براي بازدارندگي و پراكنده ‌سازي برخوردار باشند.
به علاوه ساير، آنتی اسکالانت Antiscalant تركيبي از ارگانوفسفات اكريلات با جرم مولكولي سبك تر هستند كه علاوه بر متفرق نمودن خوب، خصوصيات يك بازدارنده آنتی اسکالانت Antiscalant را دارا مي‌باشند.

بعضي اوقات، فعاليت بيولوژيكي در تانك، آنتی اسکالانت Antiscalant رسوب مي‌تواند موجب ايجاد مشكل شود. رشد بيولوژيكي مي‌تواند موجب انسداد مسير خوراك پمپ تزريق شده و در نتيجه جريان بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant ‌ متوقف شود.

مواد تشکیل دهنده آنتی اسکالانت ANTISCALANT

معمولاً مواد بازدارنده یا معلق نگهدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant حاوی مقداری مواد بایوساید نیز می باشند. اما باید در زمان رقیق سازی این محلولها در تانکهای مصرف روزانه دقت کافی مبذول گردد تا غلظت این مواد بایوساید در محلول رقیق از حداقل مقدار موثر کمتر نشود. این مقدار معمولاً از سوی سازندگان قید می شود.

با توجه به اینکه مواد بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant فرایند ترسیب را کند نه متوقف می نمایند، لذا نباید سیستم برای مدت طولانی در حالت فوق اشباع از نمک ها خارج از سرویس باقی بماند.
معمولاً مشابه با شکل 9 یک شیر اتوماتیک برقی به طور موازی با جریان دفعی نصب می شود تا درست قبل از سرویس خارج شدن سیستم باز شده و کل المنتها از نمکهای فوق اشباع تخلیه گردد.
این موضوع خصوصاً در رابطه با غشاء CA به دلیل افزایش نرخ هیدرولیز آن در اثر ایجاد رسوب کربنات کلسیم بسیار حائز اهمیت می باشد.

فلاشينگ اتومات با استفاده از شير برقي

در برخی موارد از یک تانک برای تزریق دو یا چند ماده شیمیائی در زمان های مختلف استفاده می شود. در این صورت باید دقت کافی معطوف به عدم اختلاط مواد با یکدیگر گردد تا لطمه ای به کارائی آنها و سیستم وارد نشود.

 

محاسبه میزان تزریق آنتی اسکالانت

میزان تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant بستگی به موارد زیر دارد:
• آنالیز آب
• میزان جریان
• میزان راندمان سیستم
• source منبع آب
• pH آب
• دما آب
• نوع غشا سیستم اسمز معکوس RO

 

میزان معمول دوز تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant معمولا بین 1-6 میلی گرم در لیتر است.

 

فرمول محاسبه میزان تزریق آنتی اسکالانت ANTISCALANT

ضرورت تزریق آنتی اسکالانت ANTISCALANT

در اثر عبور آب خالص از غشاء، آب دور ريز با غلظت زياد (كه قادر به عبور از غشاء نيست) در پشت غشاء باقي مي‌ماند. همزمان با عبور آب از ميان هر المنت، غلظت املاح آب تغليظ شده در غشاء افزايش مي‌يابد و با انجام اين كار امكان دارد كه غلظت بعضي از نمكهاي حل شده به حد حلاليتشان برسد و رسوب تشكيل شود.
مقدار زیاد ترسیب بر روی سطح غشاء می تواند سبب از بین رفتن کامل غشاء گردد. شستشوی شيميايي به موقع و مناسب و جلوگیری از فوق اشباع شدن نمکها، دو راه حل مطلوب در جلوگیری از ترسیب می باشند.

محاسبه پتانسيل تشكيل رسوب جهت برآورد میزان تزریق آنتی اسکالانت

نمكها در اثر يونيزه شدن در آب به اجزاي آنيوني و كاتيوني خود تبديل مي‌شوند. اگر غلظت نمك یعنی كاتيونها و آنيونهاي آن از میزان حلالیت آن نمك افزون شود، كريستال آن نمک تشکیل شده و ته نشین خواهد شد. اين كار در سيستم NF, RO كه نمكها در سيستم تغليظ شده‌اند، به راحتي اتفاق مي‌افتد.
حلاليت يك نمك به غلظت اجزاي تشكيل دهنده آن نمك، pH آب، دما و غلظت ساير نمكها در محلول بستگي دارد، روش‌هاي مختلفي وجود دارد تا حلاليت هر نمك به طور جداگانه مشخص شود. pH آب، دما و منابع آب جبراني موجب تغيير در حلاليت نمكهاي مخصوص مي‌شوند.
هنگام تحلیل و ارزیابی یک منبع آب خوراک از نظر احتمال تشکیل رسوب باید غلظت نمکهای کم محلول در جریان غلیظ یا دفعی سیستم NF, RO مورد ارزیابی دقیق قرار گیرد. در صورت وجود یکی از آنها در شرایط فوق اشباع روشهای مناسب جلوگیری از ترسیب نمکها بکار گرفته شوند. معمولترین نمکهای کم محلول در آب عبارتند از:

CaCo3 كربنات كلسيم CaSO4 سولفات كلسيم SrSO4 سولفات استرانسيوم
BaSO4 سولفات باريم CaF2 فلورايد كلسيم Si(OH)4 سيليس
CaSiO3 سيليكات كلسيم MgSiO3 سيليكات منيزيم FeSiO3 سيليكات آهن

فلزاتي نظير آهن (Fe+3)، منیزیم (Mg+2) يا آلومينيم (Al+3) در لیست فوق آورده نشده اند. زیرا عملاً در همه موارد نمکهایشان غیر محلول هستند و چنانچه در آب خوراک یک سیستم NF, RO وجود داشته باشد، بايد توسط فيلتر حذف شود تا از ته‌نشيني آنها برروي المنت غشاء جلوگيري شود.

محاسبه غلظت نمك در آب تغليظ شده NF, RO جهت تزریق آنتی اسکالانت

بيشترين پتانسيل تشكيل رسوب در بخشهایی از سیستم قرار دارد که غلظت نمکها در جریان تغليظ مقدار حداکثر خود را داشته باشد. با توجه به میزان بازدهی یک سیستم NF, RO ، میزان تغلیظ از رابطه زیر محاسبه می شود:

بازدهی = نرخ جریان محصول/ نرخ جریان خوراک
(بازدهي – 1) ÷ 1 = فاکتور تغليظ

غلظت نمکها یا TDS در جریان غلیظ سیستم از حاصل ضرب فاکتور تغلیظ در TDS یا غلظت نمکها در خوراک محاسبه مي‌شود. در حقیقت، غلظت نمكها در سطح غشاء تا چندین برابر غلظت آنها در جریان خوراک سیستم می باشد.
با عبور جریان یا گذر جریان محصول از عرض غشاء یک غلظت بالاتر از نمکها (نسبت به غلظت نمکها در خوراک) روی سطح غشاء باقی می ماند. چگونگی و میزان برگشت این نمکها به توده جریان آب خوراک با توجه به نسبت غلظت نمکها روی سطح غشاء به غلظت نمکها توده جریان تعیین خواهد شد.اين پديده، پلاريزاسيون غلظت ناميده مي‌شود.
اين پارامتر مبین گراديان غلظت از سطح غشاء تا توده جریان بوده و علت آن سرعت کم نفوذ نمکهای جریان غلیظ از سطح غشاء به توده جریان می باشد.

تزریق آنتی اسکالانت جهت حذف رسوب كربنات كلسيم
یون بي‌كربنات (HCO3-) تقریباً در اكثر منابع آب طبيعي وجود دارد و این امر به دلیل توانايي آب در انحلال كربنات كلسيم از زمين و يا جذب CO2 از هوا می باشد.
از آنجا که منابع آب طبيعي از لحاظ بي‌كربنات محلول در حد اشباع هستند، در نتيجه در سيستم NF, RO به محض تغليظ آب، كربنات كلسيم از اولين نمكهايي خواهد بود كه رسوب مي‌كند.

شاخص اشباع لانجلير
پتانسيل رسوب‌دهي كربنات كلسيم با استفاده از ضريب اشباع لاِنجلير LSI قابل محاسبه است.
LSI = pH – pHs
كه در آن pHs عبارت از pH آب در حالتي است كه از كربنات كلسيم اشباع شده است و طبق رابطه‌ زير محاسبه مي‌شود.
pHs = (9.3 + A + B) – (C + D)
A = (log [TDS] – 1)/10
B= -13.12 Log10 (0C + 273) + 34.55
C = log10 [Ca+2 as Caco3] -0.4
D = Log10 [Alkalinity as CaCo3]

مقادير داخل كروشه برحسب غلظت مولي (moles/lit) است، به جز TDS كه برحسب (mg/lit) بيان مي‌شود. (مقادير A,B,C از شكل 2 نيز قابل محاسبه است). اگر ضريب لنجلير منفي باشد، نشان دهنده آن است كه آب، تمايلي به رسوب دهي ندارد. هرقدر ضريب لنجلير، عدد مثبت بزرگتري باشد پتانسيل رسوب‌دهي افزايش مي‌يابد.
با استفاده از ضريب لنجلير مي‌توان حد مجاز غلظت نمك‌هاي آب تغليظ شده را (قبل از تشكيل رسوب) محاسبه كرد. از ضريب لنجلير براي تعيين قابليت خوردگي آب نيز مي‌توان استفاده كرد.
به عنوان مثال، هر چقدر ضريب لنجلير منفي تر شود، قابليت خورندگي آب بيشتر مي‌شود. pH آب تغليظ شده NF, RO تابعي از قليائيت و غلظت CO2 در آن است؛ براي محاسبه pH در آب تغليظ شده، ابتدا لازم است غلظت CO2 در آب خوراك محاسبه شود.
به خاطر اينكه گازهاي محلول نظير CO2 به راحتي از غشاء NF, RO عبور مي‌كنند، غلظت گاز در آب تغليظ شده با غلظت آن در آب خوراك، يكسان است. pH اشباع با استفاده از غلظت CO2 و قليائيت آب تغليظ شده قابل محاسبه است. رابطه‌ بين pH و نسبت قليائيت به CO2 در شكل نشان داده شده است و توسط فرمول زير قابل محاسبه است.
pH = 6.3 + Log10{[Alkalinity as CaCO3]/[CO2]}


مقادير شاخص لنجلير

براي تعيين غلظت CO2 در آب خوراك، رابطه بالا را مي‌توان طبق فرمول زير بيان كرد.[CO2] = [Alkalinity as CaCO3] ÷ 10(pH-6.3)
در pH هاي بالاتر از 3/8 ، غلظت CO2 محلول، ناچيز است. در pH بالا يون كربنات از بي‌كربنات تشكيل مي‌شود. نسبت بين غلظت بي‌كربنات (قليائيت متيل اورانژ) و غلظت كربنات (قليائيت فنل فنالين)، تابعي از pH است كه در شكل نشان داده شده است.

رابطه بين قلياييت بي‌كربنات، دي‌اكسيد كربن و pH


تأثير كربنات و قليائيت بي‌كربنات بر pH

شاخص پايداري استيف و ديويس
ضريب لنجلير دقت زيادي در نشان دادن حلاليت كربنات كلسيم براي آبهايي كه غلظت املاح آنها بیش ازmg/l4000 مي باشد، ندارد. رابطه‌ استيف و ديويس، اصلاح شده رابطه‌ لانجلير است كه براي آب با مقادير TDS بالا در نظر گرفته شده است. در اين رابطه از مقادير تجربي استفاده مي‌شود و طبق فرمول زير محاسبه مي‌شود.
= pH – Pca – PAl – K ضريب پايداري استيف و ديويس
به طوري كه:
Pca : منفي لگاريتم غلظت كلسيم است. (برحسب مولاريته)
PAl : منفي لگاريتم غلظت قليائيت محلول است. (برحسب مولاريته)
K : ثابتي است كه مقدار آن به دما و قدرت يوني آب بستگي دارد. (غلظت يوني به غلظت كلي نمك اطلاق مي‌شود.)
مثبت بودن ضريب استيف و ديويس معرف رسوب‌دهي كربنات كلسيم و منفي بودن ضريب نشانه‌ خوردگي است.

مقادير K در قدرت يوني مختلف و ضرايب لازم براي تبديل آناليز آب به قدرت يوني

ممانعت از ترسیب كربنات كلسيم با تزریق آنتی اسکالانت
جلوگيري از تشكيل كربنات كلسيم در اکثر سیستمهای NF, RO با تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant یک امر ضروری می باشد.
در اكثر سيستم‌هاي كوچك NF, RO ، براي جلوگيري از رسوب كربنات كلسيم، بازدهي سيستم را كاهش مي‌دهند. در صنايع بزرگ، به خاطر اقتصادي بودن سيستم، بازدهي بايد بالا باشد. به منظور جلوگيري از ترسیب كربنات كلسيم در بازدهي بالا، روشهای ذیل بکار گرفته می شوند:
* تزریق اسيد به جریان خوراک NF, RO به منظور تبدیل بیشتر بي‌كربنات به دي‌اكسيد كربن بهمراه افزایش حلالیت کربنات کلسیم در pH پایینتر.
* تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده ترسیب به جریان خوراک NF, RO جهت به حداقل رساندن احتمال تشكيل رسوب.
* جداسازی سختی از آب خوراک با عبور آن از رزینهای نرم کننده مدار سدیمی در بالادست NF, RO.

محاسبه حلاليت سيليس جهت تزریق آنتی اسکالانت
سیلیکای محلول در pH پايين‌تر از 8 بصورت اسيد سيليسك Si(OH)4 یا H2(SiO)4 مي‌باشد و با افزایش غلظت سیلیکا، اسيد سيليسك به فرم زیر رسوب خواهد کرد.
Si(OH)4 →2H2O + SiO2
ثابت حاصل ضرب حلاليت براي سيليس در حالت اشباع بصورت زير است:
KSP = [Si(OH)4] به طوري كه:
Si(OH)4]‍[ ، غلظت اسيد سيليسك است برحسب SiO2 و واحد آن mg/l ليتر می¬باشد.
درºC25 و pH خنثي، ثابت حاصل ضرب حلاليت براي سيليس حدود mg/l96 است (برحسب SiO2). اگر غلظت اسيد سيليسك بيش از mg/l96 باشد، امكان تشکیل رسوب سيليس وجود دارد. البته سیلیکا بسیار آرام تشکیل کریستال می دهد و اکثر سيستم‌هاي NF, RO تا غلظت mg/l140
اسید سیلیسیک را بدون خطر تشکیل رسوب تحمل می کنند.
حلاليت سيليس تابع شديدي از دما مي‌باشد. در دماي نزديك به انجماد (ºF32)، سيليس نامحلول است. تأثير دما بر حلاليت سيليس را مي‌توان بصورت يك رابطه‌ خطي رسم كرد. در يك دماي مشخص مي‌توان حاصل ضرب حلاليت را با استفاده از شكل 6 مشخص نمود.
اگر pH آب به بيش از 8 افزايش يابد، اسيد سيليسك به آنيون سيليكات تجزيه مي‌شود. این کار سبب افزایش حلاليت سیلیکات در آب می شود مگر اینکه یونهای کاتیونی چند ظرفیتی با غلظت زیاد در آب حضور داشته و در pH های بالا نمکهای نامحلول سیلیکات را تشکیل دهند.
در pH بالاتر از 8، وجود آهن با آلومينيوم بهمراه سیلیکا سبب ترسیب نمکهای کم محلول سیلیکا می-شود. ساير كاتيونهاي چند ظرفيتي نیز در pH بيشتر از 8 تمايل به تشکیل رسوب با سيليكات دارند. اين رسوب در محدوده pH یکی دو واحد کمتر از pH فوق اشباع هیدروکسید این نمکها انجام می گیرد.

تأثير دما بر حلاليت SiO2
معمولاً اطلاعات تشکیل و ترسیب نمکهای هیدروکسید کاتیونهای چند ظرفیتی موجود است. از فرایند تشکیل نمکهای هیدروکسید کاتیونهای چند ظرفیتی در واحدهای تصفیه پساب برای جداسازی فلزات از پساب استفاده می شود.
از آنجایی که عموماً pH جریان دفعی سیستم NF, RO یک واحد از pH جریان خوراک آن بالاتر است، باید از کارکرد سیستم با جراین خوراک با pH بالاتر از 5/7 پرهیز نمود.
در pH های پایین ذرات سیلیکا نظیر آنچه در اغلب خاکهای رس وجود دارد، در حضور کاتیونهای چند ظرفیتی مانند آلومینیوم یا آهن منعقد می شود. آهن يا آلومينيوم ممكن است از بقاياي سيستم‌هاي تصفيه‌ي شهري به صورت اضافه باقي بمانند.

ضريب تصحيح pH سيليس SiO2

غلظت فلز در محدوده‌اي كه رسوب سيليكات اتفاق مي‌افتد

تزريق اسيد و آنتی اسکالانت
مؤثرترين راه براي جلوگيري از تشكيل رسوب كربنات كلسيم، كاهش pH آب توسط تزريق اسيد است. اسيد طبق واكنش زير، يون بي‌كربنات را به دي‌اكسيد كربن تبديل مي‌كند.
2NaHCO3 + H2SO4 ↔ CO2 + 2H2O + Na2SO4

بي‌كربنات، عامل توليد يون كربنات در تشكيل نمك كربنات كلسيم است، بنابراين حلاليت كربنات كلسيم، وابستگي زيادي به غلظت يون بي‌كربنات دارد. حلاليت كربنات كلسيم به pH آب بستگي دارد.
تزريق اسيد به آب خوراك NF, RO به ميزان كافي موجب كاهش يون بي‌كربنات مي‌شود كه در نتيجه از تشكيل كربنات كلسيم جلوگيري به عمل مي‌آيد. در ضمن تزريق اسيد موجب كاهش pH مي‌شود، كه در نتيجه حلاليت كربنات كلسيم افزايش مي‌يابد.

از ديگر نتايج استفاده از تزريق اسيد، حل شدن مجدد رسوبهاي كربنات كلسيمي است كه قبلاً در محلول وجود داشته است. اگر سيستم تزريق دچار مشكل شود، نتيجه آن، تشكيل رسوب كربنات كلسيم است و همين كه تزريق اسيد مجدداً در سيستم برقرار شد رسوب به صورت محلول در مي‌آيد.
به هرحال، اين عمل مربوط به حالتي نمي‌شود كه اگر رسوب كربنات به مدت طولاني در سيستم NF, RO وجود داشته باشد تا رسوب و ته‌نشيني رسوب سيليس يا سولفات را تسريع نمايد.
همانطور كه پیش از این توضيح داده شد، تزريق اسيد در اكثر سيستم‌هاي NF, RO از نوع سلولز استات، جهت كاهش سرعت هيدروليز غشاء لازم است. بنابراين، اولين هدف از تزريق اسيد، جلوگيري از تشكيل رسوب كربنات كلسيم در سيستم‌هاي سلولز استات است.
وقتي كه تزريق اسيد به سيستم NF, RO قطع شود، دي‌اكسيد كربن فوق‌اشباع، تمايل دارد كه از آب جدا شود و pH آب افزايش مي‌يابد. در المنتهاي انتهايي سيستم كه غلظت نمكها در حداكثر مقدار است ممكن است افزايش pH به حدي باشد كه كربنات كلسيم رسوب كند.
چنانچه تزريق اسيد به سيستم NF, RO قطع شود، وجود كربنات كلسيم برروي سطح غشاءهاي NF, RO مي‌تواند موجب افزايش سرعت هيدروليز غشاء سلولز استات شود. اين عمل، عمر المنتهاي انتهايي را تحت تأثير قرار مي‌دهد.

براي سيستم‌هاي سلولز استات (كه به منظور جلوگيري از رسوب‌دهي كربنات كلسيم فقط از تزريق اسيد استفاده مي‌شود) پيشنهاد مي‌شود كه اسيد اضافي به آب خوراك تزريق شود.
به عبارت ديگر، pH آب خوراك به اندازه‌اي كاهش داده شود كه ضريب لانجلير، برابر صفر شود. تزريق ممانعت كننده‌ رسوب به مقدار بسيار كم به آب خوراك اسيدي، موجب كاهش عمل ته‌نشيني مي‌شود.
محل تزريق اسيد، در آبهايي كه غلظت جامدات معلق آنها زياد است، پیشنهاد می گردد تا در بالا دست فيلترهاي مياني باشد. اسيد نبايد خطري براي لوله‌ها و مواد ساختماني فيلترهاي مياني داشته باشد.
اولين نتيجه ناخوشايند تزريق اسيد، تشكيل CO2 است. در بسياري از صنايع، CO2 فوق اشباع كه به راحتي از غشاء عبور مي‌كند به منزله آلودگي براي آب است و موجب افزايش فشار كاري بر روي رزين‌هاي تعويض يوني كه در پايين دست قرار دارند، مي‌شود.

محاسبه تزريق اسيد براي تنظيم pH و تزریق صحیح آنتی اسکالانت

يك راه تجربي در استفاده از تزريق اسيد در جلوگيري از تشكيل رسوب، کاهش pH آب خوراك تا 6 می¬باشد. اين كار سبب کاهش حدود 80% غلظت بي‌كربنات می شود.
براي اكثر منابع آب و مخصوصاً بازدهي‌هاي آب محصول NF, RO كاهش 80% درصدي غلظت بي‌كربنات، براي جلوگيري از رسوب كربنات كلسيم كفايت مي‌كند. اين گفته براي مواردي كه غلظت سختي و يا غلظت قليائيت بعضي از منابع آب زياد است و يا بازدهي سيستم NF, RO بيش از 75% است، صدق نمي‌كند.
براي محاسبه اسيد مورد نياز جهت كاهش pH آب تا ميزان مورد نياز، مقدار يون بي‌كربنات تبديل شده به دي‌اكسيد كربن براي رسيدن به pH پايين تر، بايد محاسبه شود. با استفاده از نسبت بي‌كربنات به دي‌اكسيد كربن داده شده برحسب تابعي از pH، غلظت دي‌اكسيد كربن در آب خوراك پیش از تزريق اسید، بايد مشخص گردد. همچنين اين نسبت از فرمول زير محاسبه مي‌شود.

[CO2] = [HCO3-] ÷ 10(pH-6.3)
به طوري كه:[HCO3-] غلظت بی کربنات برحسب CaCO3 و واحد آن mg/L و [CO2] غلظت دی اکسید کربن برحسب mg/L يون CO2 است.
غلظت دي اكسيد كربن در آب خوراك با ضرب كرن در ضريب تبديلش برحسب CaCO3 بيان مي‌شود. اين ضريب، 14/1 مي‌باشد. سپس به قليائيت ورودي اضافه مي‌شود تا غلظت «اكسيدهاي كربن» تركيبي بدست آيد.
14/1 [HCO3-] + [CO2] ×=كل اكسيدهاي كربن
به طوري كه:
كل اكسيدهاي كربن، يك مقدار نسبي براي غلظت كلي قليائيت و اكسيدهاي كربن برحسب CaCO3 است.
به جاي [CO2] در معادله قبلي، مي‌توان معادل آن را قرار داد.

14/1 [HCO3-] +[HCO3-] ÷10(pH-6.3) ×=كل اكسيدهاي كربن
( ÷ 10 (pH-6.3)14/1+1( كل اكسيدهاي كربن = [HCO3-]

اختلاف در غلظت بي‌كربنات نسبت به غلظت قبلي‌ (برحسب CaCO3 ) برابر با غلظت اسيد تزريق شده است (برحسب CaCO3). تمام اطلاعات مورد نياز براي محاسبه شاخص لنجلير (براي اينكه مشخص شود كه كربنات كلسيم به طور كامل در pH مطلوب محلول است) دردسترس مي‌باشد.
در بسياري از سيستم‌هاي NF, RO براي جلوگيري از رسوب كربنات، علاوه بر اسيد، بازدارنده رسوب هم تزريق مي‌شود. اگر حلاليت ساير نمكها در آب دورريز به حد اشباع برسد، براي جلوگيري از تشكيل ساير رسوبها، تزريق بازدارنده‌ رسوب ممكن است مورد نياز باشد
. همچنين در چنين حالتي، تزريق بازدارنده رسوب در جلوگيري از رسوب كربنات كلسيم، مؤثر واقع مي‌شود.
علاوه بر كلسيم، ساير كاتيونهاي چند ظرفيتي هم مي‌توانند با كربنات، نمكهاي كم محلول تشكيل دهند.
تمام روشهاي كنترل تشكيل رسوب كربنات كلسيم در جلوگيري از تشكيل ساير رسوبهاي كربنات نیز مؤثر خواهد بود. مگر اینکه غلظت سایر کاتیونهای چند ظرفیتی بیش از غلظت کلسیم باشد.

تعليق و جلوگيري از رسوب با تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant

چنانچه غلظت يك نمك از حلاليت آن در شرایط محلول بالاتر رود، تشکیل رسوب آغاز می شود.
هسته های اولیه کریستال نقش کاتالیزوری را برای تشکیل کریستالهای بیشتر از نمک بازی می کند.
اين كريستالهاي نمك به شرط اينكه به اندازه و جرم حجمي لازم برسند از حالت معلق خارج مي‌شوند و شروع به رسوب‌دهي مي‌كنند.
فرآيند ته‌نشيني رسوب تا زماني ادامه خواهد داشت كه يونهای تشکیل دهنده نمک در محلول به صورت فوق اشباع است.
مواد بازدارنده با جلوگيري از رشد كريستال نمك، سرعت فرآيند ته نشيني را كاهش مي‌دهند. اين مواد در سطح كريستال نمك تشكيل شده جذب و با جلوگيري از جذب بيشتر نمك فوق اشباع در سطوح كريستال، سرعت گسترش كريستال نمك را كاهش مي‌دهند و به این ترتیب هسته های اولیه کریستال هرگز به اندازه یا غلظت کافی برای ترسیب نمی رسند.
اكثر مواد بازدارنده، خاصیت معلق نگهدارندگی نیز دارا هستند. خاصیت معلق نگهدارندگی با محاصره‌ ذرات معلق نمك، آهن يا مواد جامد آلي صورت گرفته و سبب دفع آنها توسط سایر آنیونهای موجود در محلول می شود. این فرایند از تجمع ذرات و تشکیل ذرات بزرگتر که احتمال ترسیب آنها وجود دارد، جلوگیری می نماید.
بازدارنده‌هاي رسوب فقط در كاهش فرآيند تشكيل رسوب يا كاهش فرآيند و تراكم ذرات رسوب مؤثرند و فرایند ترسیب را بطور کامل متوقف نمی سازند. البته در یک سيستم NF, RO کافی است تا آنتی اسکالانت Antiscalant از تشکیل رسوب تا هنگام خروج جریان غلیظ از سیستم بخوبی عمل کند.
عموماً كاهش بازدهي یک سیستم NF, RO ، بواسطه فولینگ ناشی از فعالیتهای بیولوژیکی یا مواد معلق بسیار متداولتر از تشکیل رسوب در سیستم می باشد.
این امر بخاطر کنترل نسبتاً آسان جلوگیری از تشکیل رسوب در سیستم NF, RO ، با اعمال پیش تصفیه مناسب می باشد. البته در صورت تشکیل رسوب با توجه به نوع غشاء، ویژگیهای خود رسوبات و مقدار رسوب شستشوی شیمیائی متفاوتی لازم خواهد بود.

محل مناسب تزريق آنتی اسکالانت Antiscalant

زماني كه اسيد سولفوريك و یک آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده رسوب تواماً تزریق شوند، باید محل تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant قبل از نقطه تزریق اسید باشد.
در غیر این صورت قبل از تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant احتمال ترسیب نمک سولفات کلسیم وجود دارد. زیرا در محل تزریق اسید غلظت بالای موضعی یون سولفات زمینه را برای ایجاد یونهای فوق اشباع از نمکهای سولفات فراهم می آورد.

تزريق بيش از حد آنتی اسکالانت Antiscalant

تزریق بیش از حد آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده باعث فوق اشباع شدن کمپلکس بازدارنده- کاتیون می شود. در صورت بروز این اتفاق کمپلکس بازدارنده- کاتیون از محلول خارج شده و در سطح غشاء رسوب می گذارد و به این ترتیب هدف اصلی تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده هم نقض خواهد شد. با استفاده از تركيبي از آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده‌هاي رسوب، پتانسيل تشكيل رسوب را مي‌توان تا حد ممكن كاهش داد.

تأثير آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده‌ها بر يكديگر در جهت افزايش خاصيت بازدارندگي است، با اين حال، احتمال كمتري وجود دارد كه يك آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده موجب خارج شدن بازدارنده‌هاي ديگر از محلول شود. در حقيقت، يك آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده به محلول بودن ساير بازدارنده، كمك مي‌كند.

فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت ANTISCALANT

اغلب بازدارنده‌هاي رسوب، آنتی اسکالانت Antiscalant دارای ساختار مولکولی با گروههای عاملی شامل اسيد كربوكسيليك (-COOH) یا آنتی اسکالانت Antiscalant دارای ساختار مولکولی فسفات هستند.
مولكول‌هاي پلي اكريل با وزن مولکولی پائین (جرم مولكولي بين 100 – 5000 ) شامل چندين گروه عامل اسيد كربوكسيليك هستند و به طور مشترك در بسياري از بازدارنده‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين بازدارنده‌ها، آنتی اسکالانت ((Antiscalantدر جلوگيري از تشكيل سولفات و كربنات جزء بهترين‌ها هستند، اما خاصيت پراكنده‌سازي آنها محدود است.

آنتی اسکالانت Antiscalant دارای ساختار مولکولی هگزا متا فسفات سديم (SHMP)، يكي از موادي است كه به عنوان بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant انتخاب مي‌شود، زيرا علاوه بر نقش بازدارندگي خوب، آنتی اسکالانت Antiscalant ارزان قيمت نیز می باشد.
از جمله معایب اين آنتی اسکالانت Antiscalant ، ناپايداري و نیز انحلال دشوار آن در آب مي¬باشد.
در حقيقت، اگر آنتی اسکالانت Antiscalant با فرمول شیمیایی SHMP هر سه روز مجدداً به هم زده نشود، هگزا متا فسفات به فسفات هيدروليز مي‌شود كه در pH خنثي باكلسيم تركيب شده و فسفات تشكيل مي‌‌دهد. اين نمك مي‌تواند موجب گرفتگي غشاء سيستم شود.
استفاده از آنتی اسکالانت Antiscalant با فرمول شیمیایی هگزا متا فسفات به عنوان يك بازدارنده‌ رسوب، آنتی اسکالانت Antiscalant براي سيستم‌هاي NF, RO به دليل وابستگي زياد آن به مصرف صحيح، عموميت پيدا نكرده است.

آنتی اسکالانت Antiscalant با فرمول شیمیایی فارگانو فسفوناتها در مقايسه با آنتی اسکالانت Antiscalant دارای فرمول شیمیایی سديم هگزا متا فسفات پايدارتر هستند. خواص بازدارندگي و پراكنده‌سازي اين آنتی اسکالانت Antiscalant شبيه به سديم هگزا متا فسفات است. اما بر خلاف آنتی اسکالانت Antiscalant سديم هگزا متا فسفات، اين ماده پايدار است.

آنتی اسکالانت Antiscalant دارای فرمول شیمیایی پلي اكريل با جرم مولكولي سنگين (جرم مولكولي بين 6000 تا 25000) در پراكنده‌سازي، بهترين اثر را دارد اما به اندازه‌ اكريلهاي سبك در بازدارندگي رسوب مؤثر نيستند.
همانطور که پیش از این گفته شد، کاربرد بازدارنده‌هاي تركيبي آنتی اسکالانت Antiscalant نتايج بهتري را نسبت به بازدارنده‌هاي آنتی اسکالانت Antiscalant تك مولكولي از خود نشان مي‌دهند. در صورت استفاده از يك بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant ‌ تك مولكولي احتمال بيشتري وجود دارد كه تزريق بيش از حد بازدارنده موجب شود كه خود بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant به صورت كاتيون چند ظرفيتي از محلول خارج شود.
با تركيب توليدات و استفاده از آنتی اسکالانت Antiscalant چند مولكولي، ساير آنتی اسکالانت ها Antiscalant مي‌توانند در جلوگيري از رسوب ‌دهي اولين ، آنتی اسکالانت Antiscalant مؤثر باشند. همچنين به غلظت كمتري از هر يك از اجزاي مستقل بازدارنده‌ها، آنتی اسکالانت Antiscalant نياز خواهد بود.
بعضی از انواع بازدارنده‌هاي تركيبي، آنتی اسکالانت ترکیبی Antiscalant شامل پلي اكريل با جرم مولكولي سبك وسنگين هستند تا از قدرت كافي براي بازدارندگي و پراكنده ‌سازي برخوردار باشند. به علاوه ساير، آنتی اسکالانت Antiscalant تركيبي از ارگانوفسفات اكريلات با جرم مولكولي سبك تر هستند كه علاوه بر متفرق نمودن خوب، خصوصيات يك بازدارنده آنتی اسکالانت Antiscalant را دارا مي‌باشند.
بعضي اوقات، فعاليت بيولوژيكي در تانك، آنتی اسکالانت Antiscalant رسوب مي‌تواند موجب ايجاد مشكل شود. رشد بيولوژيكي مي‌تواند موجب انسداد مسير خوراك پمپ تزريق شده و در نتيجه جريان بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant ‌ متوقف شود.

مواد تشکیل دهنده آنتی اسکالانت ANTISCALANT

معمولاً مواد بازدارنده یا معلق نگهدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant حاوی مقداری مواد بایوساید نیز می باشند. اما باید در زمان رقیق سازی این محلولها در تانکهای مصرف روزانه دقت کافی مبذول گردد تا غلظت این مواد بایوساید در محلول رقیق از حداقل مقدار موثر کمتر نشود.
این مقدار معمولاً از سوی سازندگان قید می شود. با توجه به اینکه مواد بازدارنده، آنتی اسکالانت Antiscalant فرایند ترسیب را کند نه متوقف می نمایند، لذا نباید سیستم برای مدت طولانی در حالت فوق اشباع از نمک ها خارج از سرویس باقی بماند. معمولاً مشابه با شکل 9 یک شیر اتوماتیک برقی به طور موازی با جریان دفعی نصب می شود تا درست قبل از سرویس خارج شدن سیستم باز شده و کل المنتها از نمکهای فوق اشباع تخلیه گردد. این موضوع خصوصاً در رابطه با غشاء CA به دلیل افزایش نرخ هیدرولیز آن در اثر ایجاد رسوب کربنات کلسیم بسیار حائز اهمیت می باشد.

فلاشينگ اتومات با استفاده از شير برقي

در برخی موارد از یک تانک برای تزریق دو یا چند ماده شیمیائی در زمان های مختلف استفاده می شود. در این صورت باید دقت کافی معطوف به عدم اختلاط مواد با یکدیگر گردد تا لطمه ای به کارائی آنها و سیستم وارد نشود.

محاسبه میزان تزریق آنتی اسکالانت

میزان تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant بستگی به موارد زیر دارد:
• آنالیز آب
• میزان جریان
• میزان راندمان سیستم
• source منبع آب
• pH آب
• دما آب
• نوع غشا سیستم اسمز معکوس RO

 

میزان معمول دوز تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant معمولا بین 1-6 میلی گرم در لیتر است.

 

فرمول محاسبه میزان تزریق آنتی اسکالانت ANTISCALANT

ضرورت تزریق آنتی اسکالانت ANTISCALANT

در اثر عبور آب خالص از غشاء، آب دور ريز با غلظت زياد (كه قادر به عبور از غشاء نيست) در پشت غشاء باقي مي‌ماند. همزمان با عبور آب از ميان هر المنت، غلظت املاح آب تغليظ شده در غشاء افزايش مي‌يابد و با انجام اين كار امكان دارد كه غلظت بعضي از نمكهاي حل شده به حد حلاليتشان برسد و رسوب تشكيل شود.
مقدار زیاد ترسیب بر روی سطح غشاء می تواند سبب از بین رفتن کامل غشاء گردد. شستشوی شيميايي به موقع و مناسب و جلوگیری از فوق اشباع شدن نمکها، دو راه حل مطلوب در جلوگیری از ترسیب می باشند.

محاسبه پتانسيل تشكيل رسوب جهت برآورد میزان تزریق آنتی اسکالانت

 

نمكها در اثر يونيزه شدن در آب به اجزاي آنيوني و كاتيوني خود تبديل مي‌شوند. اگر غلظت نمك یعنی كاتيونها و آنيونهاي آن از میزان حلالیت آن نمك افزون شود، كريستال آن نمک تشکیل شده و ته نشین خواهد شد. اين كار در سيستم NF, RO كه نمكها در سيستم تغليظ شده‌اند، به راحتي اتفاق مي‌افتد.
حلاليت يك نمك به غلظت اجزاي تشكيل دهنده آن نمك، pH آب، دما و غلظت ساير نمكها در محلول بستگي دارد، روش‌هاي مختلفي وجود دارد تا حلاليت هر نمك به طور جداگانه مشخص شود. pH آب، دما و منابع آب جبراني موجب تغيير در حلاليت نمكهاي مخصوص مي‌شوند.
هنگام تحلیل و ارزیابی یک منبع آب خوراک از نظر احتمال تشکیل رسوب باید غلظت نمکهای کم محلول در جریان غلیظ یا دفعی سیستم NF, RO مورد ارزیابی دقیق قرار گیرد. در صورت وجود یکی از آنها در شرایط فوق اشباع روشهای مناسب جلوگیری از ترسیب نمکها بکار گرفته شوند. معمولترین نمکهای کم محلول در آب عبارتند از:

CaCo3 كربنات كلسيم CaSO4 سولفات كلسيم SrSO4 سولفات استرانسيوم
BaSO4 سولفات باريم CaF2 فلورايد كلسيم Si(OH)4 سيليس
CaSiO3 سيليكات كلسيم MgSiO3 سيليكات منيزيم FeSiO3 سيليكات آهن

فلزاتي نظير آهن (Fe+3)، منیزیم (Mg+2) يا آلومينيم (Al+3) در لیست فوق آورده نشده اند. زیرا عملاً در همه موارد نمکهایشان غیر محلول هستند و چنانچه در آب خوراک یک سیستم NF, RO وجود داشته باشد، بايد توسط فيلتر حذف شود تا از ته‌نشيني آنها برروي المنت غشاء جلوگيري شود.

محاسبه غلظت نمك در آب تغليظ شده NF, RO جهت تزریق آنتی اسکالانت

بيشترين پتانسيل تشكيل رسوب در بخشهایی از سیستم قرار دارد که غلظت نمکها در جریان تغليظ مقدار حداکثر خود را داشته باشد. با توجه به میزان بازدهی یک سیستم NF, RO ، میزان تغلیظ از رابطه زیر محاسبه می¬شود:

بازدهی = نرخ جریان محصول/ نرخ جریان خوراک
(بازدهي – 1) ÷ 1 = فاکتور تغليظ

غلظت نمکها یا TDS در جریان غلیظ سیستم از حاصل ضرب فاکتور تغلیظ در TDS یا غلظت نمکها در خوراک محاسبه مي‌شود. در حقیقت، غلظت نمكها در سطح غشاء تا چندین برابر غلظت آنها در جریان خوراک سیستم می باشد.
با عبور جریان یا گذر جریان محصول از عرض غشاء یک غلظت بالاتر از نمکها (نسبت به غلظت نمکها در خوراک) روی سطح غشاء باقی می ماند. چگونگی و میزان برگشت این نمکها به توده جریان آب خوراک با توجه به نسبت غلظت نمکها روی سطح غشاء به غلظت نمکها توده جریان تعیین خواهد شد.
اين پديده، پلاريزاسيون غلظت ناميده مي‌شود. اين پارامتر مبین گراديان غلظت از سطح غشاء تا توده جریان بوده و علت آن سرعت کم نفوذ نمکهای جریان غلیظ از سطح غشاء به توده جریان می¬باشد.

تزریق آنتی اسکالانت جهت حذف رسوب كربنات كلسيم
یون بي‌كربنات (HCO3-) تقریباً در اكثر منابع آب طبيعي وجود دارد و این امر به دلیل توانايي آب در انحلال كربنات كلسيم از زمين و يا جذب CO2 از هوا می باشد.
از آنجا که منابع آب طبيعي از لحاظ بي‌كربنات محلول در حد اشباع هستند، در نتيجه در سيستم NF, RO به محض تغليظ آب، كربنات كلسيم از اولين نمكهايي خواهد بود كه رسوب مي‌كند.

شاخص اشباع لانجلير
پتانسيل رسوب‌دهي كربنات كلسيم با استفاده از ضريب اشباع لاِنجلير LSI قابل محاسبه است.
LSI = pH – pHs
كه در آن pHs عبارت از pH آب در حالتي است كه از كربنات كلسيم اشباع شده است و طبق رابطه‌ زير محاسبه مي‌شود.
pHs = (9.3 + A + B) – (C + D)
A = (log [TDS] – 1)/10
B= -13.12 Log10 (0C + 273) + 34.55
C = log10 [Ca+2 as Caco3] -0.4
D = Log10 [Alkalinity as CaCo3]

مقادير داخل كروشه برحسب غلظت مولي (moles/lit) است، به جز TDS كه برحسب (mg/lit) بيان مي‌شود. (مقادير A,B,C از شكل 2 نيز قابل محاسبه است). اگر ضريب لنجلير منفي باشد، نشان دهنده آن است كه آب، تمايلي به رسوب دهي ندارد. هرقدر ضريب لنجلير، عدد مثبت بزرگتري باشد پتانسيل رسوب‌دهي افزايش مي‌يابد.

با استفاده از ضريب لنجلير مي‌توان حد مجاز غلظت نمك‌هاي آب تغليظ شده را (قبل از تشكيل رسوب) محاسبه كرد. از ضريب لنجلير براي تعيين قابليت خوردگي آب نيز مي‌توان استفاده كرد. به عنوان مثال، هر چقدر ضريب لنجلير منفي تر شود، قابليت خورندگي آب بيشتر مي‌شود.

pH آب تغليظ شده NF, RO تابعي از قليائيت و غلظت CO2 در آن است؛ براي محاسبه pH در آب تغليظ شده، ابتدا لازم است غلظت CO2 در آب خوراك محاسبه شود. به خاطر اينكه گازهاي محلول نظير CO2 به راحتي از غشاء NF, RO عبور مي‌كنند، غلظت گاز در آب تغليظ شده با غلظت آن در آب خوراك، يكسان است.
pH اشباع با استفاده از غلظت CO2 و قليائيت آب تغليظ شده قابل محاسبه است. رابطه‌ بين pH و نسبت قليائيت به CO2 در شكل نشان داده شده است و توسط فرمول زير قابل محاسبه است.
pH = 6.3 + Log10{[Alkalinity as CaCO3]/[CO2]}

مقادير شاخص لنجلير

براي تعيين غلظت CO2 در آب خوراك، رابطه بالا را مي‌توان طبق فرمول زير بيان كرد.[CO2] = [Alkalinity as CaCO3] ÷ 10(pH-6.3)
در pH هاي بالاتر از 3/8 ، غلظت CO2 محلول، ناچيز است. در pH بالا يون كربنات از بي‌كربنات تشكيل مي‌شود. نسبت بين غلظت بي‌كربنات (قليائيت متيل اورانژ) و غلظت كربنات (قليائيت فنل فنالين)، تابعي از pH است كه در شكل نشان داده شده است.

رابطه بين قلياييت بي‌كربنات، دي‌اكسيد كربن و pH

تأثير كربنات و قليائيت بي‌كربنات بر pH

شاخص پايداري استيف و ديويس
ضريب لنجلير دقت زيادي در نشان دادن حلاليت كربنات كلسيم براي آبهايي كه غلظت املاح آنها بیش ازmg/l4000 مي باشد، ندارد. رابطه‌ استيف و ديويس، اصلاح شده رابطه‌ لانجلير است كه براي آب با مقادير TDS بالا در نظر گرفته شده است. در اين رابطه از مقادير تجربي استفاده مي‌شود و طبق فرمول زير محاسبه مي‌شود.
= pH – Pca – PAl – K ضريب پايداري استيف و ديويس
به طوري كه:
Pca : منفي لگاريتم غلظت كلسيم است. (برحسب مولاريته)
PAl : منفي لگاريتم غلظت قليائيت محلول است. (برحسب مولاريته)
K : ثابتي است كه مقدار آن به دما و قدرت يوني آب بستگي دارد. (غلظت يوني به غلظت كلي نمك اطلاق مي‌شود.)
مثبت بودن ضريب استيف و ديويس معرف رسوب‌دهي كربنات كلسيم و منفي بودن ضريب نشانه‌ خوردگي است.

مقادير K در قدرت يوني مختلف و ضرايب لازم براي تبديل آناليز آب به قدرت يوني

ممانعت از ترسیب كربنات كلسيم با تزریق آنتی اسکالانت
جلوگيري از تشكيل كربنات كلسيم در اکثر سیستمهای NF, RO با تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant یک امر ضروری می باشد. در اكثر سيستم‌هاي كوچك NF, RO ، براي جلوگيري از رسوب كربنات كلسيم، بازدهي سيستم را كاهش مي‌دهند. در صنايع بزرگ، به خاطر اقتصادي بودن سيستم، بازدهي بايد بالا باشد. به منظور جلوگيري از ترسیب كربنات كلسيم در بازدهي بالا، روشهای ذیل بکار گرفته می شوند:
* تزریق اسيد به جریان خوراک NF, RO به منظور تبدیل بیشتر بي‌كربنات به دي‌اكسيد كربن بهمراه افزایش حلالیت کربنات کلسیم در pH پایینتر.
* تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده ترسیب به جریان خوراک NF, RO جهت به حداقل رساندن احتمال تشكيل رسوب.
* جداسازی سختی از آب خوراک با عبور آن از رزینهای نرم کننده مدار سدیمی در بالادست NF, RO.

محاسبه حلاليت سيليس جهت تزریق آنتی اسکالانت
سیلیکای محلول در pH پايين‌تر از 8 بصورت اسيد سيليسك Si(OH)4 یا H2(SiO)4 مي‌باشد و با افزایش غلظت سیلیکا، اسيد سيليسك به فرم زیر رسوب خواهد کرد.
Si(OH)4 →2H2O + SiO2
ثابت حاصل ضرب حلاليت براي سيليس در حالت اشباع بصورت زير است:
KSP = [Si(OH)4] به طوري كه:
Si(OH)4]‍[ ، غلظت اسيد سيليسك است برحسب SiO2 و واحد آن mg/l ليتر می¬باشد.
درºC25 و pH خنثي، ثابت حاصل ضرب حلاليت براي سيليس حدود mg/l96 است (برحسب SiO2). اگر غلظت اسيد سيليسك بيش از mg/l96 باشد، امكان تشکیل رسوب سيليس وجود دارد. البته سیلیکا بسیار آرام تشکیل کریستال می دهد و اکثر سيستم‌هاي NF, RO تا غلظت mg/l140
اسید سیلیسیک را بدون خطر تشکیل رسوب تحمل می کنند.
حلاليت سيليس تابع شديدي از دما مي‌باشد. در دماي نزديك به انجماد (ºF32)، سيليس نامحلول است. تأثير دما بر حلاليت سيليس را مي‌توان بصورت يك رابطه‌ خطي رسم كرد. در يك دماي مشخص مي‌توان حاصل ضرب حلاليت را با استفاده از شكل 6 مشخص نمود.
اگر pH آب به بيش از 8 افزايش يابد، اسيد سيليسك به آنيون سيليكات تجزيه مي‌شود. این کار سبب افزایش حلاليت سیلیکات در آب می شود مگر اینکه یونهای کاتیونی چند ظرفیتی با غلظت زیاد در آب حضور داشته و در pH های بالا نمکهای نامحلول سیلیکات را تشکیل دهند.
در pH بالاتر از 8، وجود آهن با آلومينيوم بهمراه سیلیکا سبب ترسیب نمکهای کم محلول سیلیکا می-شود. ساير كاتيونهاي چند ظرفيتي نیز در pH بيشتر از 8 تمايل به تشکیل رسوب با سيليكات دارند. اين رسوب در محدوده pH یکی دو واحد کمتر از pH فوق اشباع هیدروکسید این نمکها انجام می گیرد.

تأثير دما بر حلاليت SiO2
معمولاً اطلاعات تشکیل و ترسیب نمکهای هیدروکسید کاتیونهای چند ظرفیتی موجود است. از فرایند تشکیل نمکهای هیدروکسید کاتیونهای چند ظرفیتی در واحدهای تصفیه پساب برای جداسازی فلزات از پساب استفاده می شود.
از آنجایی که عموماً pH جریان دفعی سیستم NF, RO یک واحد از pH جریان خوراک آن بالاتر است، باید از کارکرد سیستم با جراین خوراک با pH بالاتر از 5/7 پرهیز نمود. در pH های پایین ذرات سیلیکا نظیر آنچه در اغلب خاکهای رس وجود دارد، در حضور کاتیونهای چند ظرفیتی مانند آلومینیوم یا آهن منعقد می شود. آهن يا آلومينيوم ممكن است از بقاياي سيستم‌هاي تصفيه‌ي شهري به صورت اضافه باقي بمانند.

ضريب تصحيح pH سيليس SiO2

غلظت فلز در محدوده‌اي كه رسوب سيليكات اتفاق مي‌افتد

تزريق اسيد و آنتی اسکالانت
مؤثرترين راه براي جلوگيري از تشكيل رسوب كربنات كلسيم، كاهش pH آب توسط تزريق اسيد است. اسيد طبق واكنش زير، يون بي‌كربنات را به دي‌اكسيد كربن تبديل مي‌كند.
2NaHCO3 + H2SO4 ↔ CO2 + 2H2O + Na2SO4

بي‌كربنات، عامل توليد يون كربنات در تشكيل نمك كربنات كلسيم است، بنابراين حلاليت كربنات كلسيم، وابستگي زيادي به غلظت يون بي‌كربنات دارد. حلاليت كربنات كلسيم به pH آب بستگي دارد.
تزريق اسيد به آب خوراك NF, RO به ميزان كافي موجب كاهش يون بي‌كربنات مي‌شود كه در نتيجه از تشكيل كربنات كلسيم جلوگيري به عمل مي‌آيد.
در ضمن تزريق اسيد موجب كاهش pH مي‌شود، كه در نتيجه حلاليت كربنات كلسيم افزايش مي‌يابد.
از ديگر نتايج استفاده از تزريق اسيد، حل شدن مجدد رسوبهاي كربنات كلسيمي است كه قبلاً در محلول وجود داشته است. اگر سيستم تزريق دچار مشكل شود، نتيجه آن، تشكيل رسوب كربنات كلسيم است و همين كه تزريق اسيد مجدداً در سيستم برقرار شد رسوب به صورت محلول در مي‌آيد. به هرحال، اين عمل مربوط به حالتي نمي‌شود كه اگر رسوب كربنات به مدت طولاني در سيستم NF, RO وجود داشته باشد تا رسوب و ته‌نشيني رسوب سيليس يا سولفات را تسريع نمايد.
همانطور كه پیش از این توضيح داده شد، تزريق اسيد در اكثر سيستم‌هاي NF, RO از نوع سلولز استات، جهت كاهش سرعت هيدروليز غشاء لازم است. بنابراين، اولين هدف از تزريق اسيد، جلوگيري از تشكيل رسوب كربنات كلسيم در سيستم‌هاي سلولز استات است.
وقتي كه تزريق اسيد به سيستم NF, RO قطع شود، دي‌اكسيد كربن فوق‌اشباع، تمايل دارد كه از آب جدا شود و pH آب افزايش مي‌يابد. در المنتهاي انتهايي سيستم كه غلظت نمكها در حداكثر مقدار است ممكن است افزايش pH به حدي باشد كه كربنات كلسيم رسوب كند.
چنانچه تزريق اسيد به سيستم NF, RO قطع شود، وجود كربنات كلسيم برروي سطح غشاءهاي NF, RO مي‌تواند موجب افزايش سرعت هيدروليز غشاء سلولز استات شود. اين عمل، عمر المنتهاي انتهايي را تحت تأثير قرار مي‌دهد.
براي سيستم‌هاي سلولز استات (كه به منظور جلوگيري از رسوب‌دهي كربنات كلسيم فقط از تزريق اسيد استفاده مي‌شود) پيشنهاد مي‌شود كه اسيد اضافي به آب خوراك تزريق شود. به عبارت ديگر، pH آب خوراك به اندازه‌اي كاهش داده شود كه ضريب لانجلير، برابر صفر شود.
تزريق ممانعت كننده‌ رسوب به مقدار بسيار كم به آب خوراك اسيدي، موجب كاهش عمل ته‌نشيني مي‌شود. محل تزريق اسيد، در آبهايي كه غلظت جامدات معلق آنها زياد است، پیشنهاد می گردد تا در بالا دست فيلترهاي مياني باشد. اسيد نبايد خطري براي لوله‌ها و مواد ساختماني فيلترهاي مياني داشته باشد.
اولين نتيجه ناخوشايند تزريق اسيد، تشكيل CO2 است. در بسياري از صنايع، CO2 فوق اشباع كه به راحتي از غشاء عبور مي‌كند به منزله آلودگي براي آب است و موجب افزايش فشار كاري بر روي رزين‌هاي تعويض يوني كه در پايين دست قرار دارند، مي‌شود.

محاسبه تزريق اسيد براي تنظيم pH و تزریق صحیح آنتی اسکالانت
يك راه تجربي در استفاده از تزريق اسيد در جلوگيري از تشكيل رسوب، کاهش pH آب خوراك تا 6 می باشد. اين كار سبب کاهش حدود 80% غلظت بي‌كربنات می شود.
براي اكثر منابع آب و مخصوصاً بازدهي‌هاي آب محصول NF, RO كاهش 80% درصدي غلظت بي‌كربنات، براي جلوگيري از رسوب كربنات كلسيم كفايت مي‌كند. اين گفته براي مواردي كه غلظت سختي و يا غلظت قليائيت بعضي از منابع آب زياد است و يا بازدهي سيستم NF, RO بيش از 75% است، صدق نمي‌كند.
براي محاسبه اسيد مورد نياز جهت كاهش pH آب تا ميزان مورد نياز، مقدار يون بي‌كربنات تبديل شده به دي‌اكسيد كربن براي رسيدن به pH پايين تر، بايد محاسبه شود. با استفاده از نسبت بي‌كربنات به دي‌اكسيد كربن داده شده برحسب تابعي از pH، غلظت دي‌اكسيد كربن در آب خوراك پیش از تزريق اسید، بايد مشخص گردد. همچنين اين نسبت از فرمول زير محاسبه مي‌شود.[CO2] = [HCO3-] ÷ 10(pH-6.3)
به طوري كه:[HCO3-] غلظت بی کربنات برحسب CaCO3 و واحد آن mg/L و [CO2] غلظت دی اکسید کربن برحسب mg/L يون CO2 است.
غلظت دي اكسيد كربن در آب خوراك با ضرب كرن در ضريب تبديلش برحسب CaCO3 بيان مي‌شود. اين ضريب، 14/1 مي‌باشد. سپس به قليائيت ورودي اضافه مي‌شود تا غلظت «اكسيدهاي كربن» تركيبي بدست آيد.
14/1 [HCO3-] + [CO2] ×=كل اكسيدهاي كربن
به طوري كه:
كل اكسيدهاي كربن، يك مقدار نسبي براي غلظت كلي قليائيت و اكسيدهاي كربن برحسب CaCO3 است.
به جاي [CO2] در معادله قبلي، مي‌توان معادل آن را قرار داد.

14/1 [HCO3-] +[HCO3-] ÷10(pH-6.3) ×=كل اكسيدهاي كربن
( ÷ 10 (pH-6.3)14/1+1( كل اكسيدهاي كربن = [HCO3-]

اختلاف در غلظت بي‌كربنات نسبت به غلظت قبلي‌ (برحسب CaCO3 ) برابر با غلظت اسيد تزريق شده است (برحسب CaCO3). تمام اطلاعات مورد نياز براي محاسبه شاخص لنجلير (براي اينكه مشخص شود كه كربنات كلسيم به طور كامل در pH مطلوب محلول است) دردسترس مي‌باشد.
در بسياري از سيستم‌هاي NF, RO براي جلوگيري از رسوب كربنات، علاوه بر اسيد، بازدارنده رسوب هم تزريق مي‌شود. اگر حلاليت ساير نمكها در آب دورريز به حد اشباع برسد، براي جلوگيري از تشكيل ساير رسوبها، تزريق بازدارنده‌ رسوب ممكن است مورد نياز باشد.
همچنين در چنين حالتي، تزريق بازدارنده رسوب در جلوگيري از رسوب كربنات كلسيم، مؤثر واقع مي‌شود.
علاوه بر كلسيم، ساير كاتيونهاي چند ظرفيتي هم مي‌توانند با كربنات، نمكهاي كم محلول تشكيل دهند. تمام روشهاي كنترل تشكيل رسوب كربنات كلسيم در جلوگيري از تشكيل ساير رسوبهاي كربنات نیز مؤثر خواهد بود. مگر اینکه غلظت سایر کاتیونهای چند ظرفیتی بیش از غلظت کلسیم باشد.

تعليق و جلوگيري از رسوب با تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant
چنانچه غلظت يك نمك از حلاليت آن در شرایط محلول بالاتر رود، تشکیل رسوب آغاز می شود. هسته-های اولیه کریستال نقش کاتالیزوری را برای تشکیل کریستالهای بیشتر از نمک بازی می کند.
اين كريستالهاي نمك به شرط اينكه به اندازه و جرم حجمي لازم برسند از حالت معلق خارج مي‌شوند و شروع به رسوب‌دهي مي‌كنند. فرآيند ته‌نشيني رسوب تا زماني ادامه خواهد داشت كه يونهای تشکیل دهنده نمک در محلول به صورت فوق اشباع است.
مواد بازدارنده با جلوگيري از رشد كريستال نمك، سرعت فرآيند ته نشيني را كاهش مي‌دهند. اين مواد در سطح كريستال نمك تشكيل شده جذب و با جلوگيري از جذب بيشتر نمك فوق اشباع در سطوح كريستال، سرعت گسترش كريستال نمك را كاهش مي‌دهند و به این ترتیب هسته های اولیه کریستال هرگز به اندازه یا غلظت کافی برای ترسیب نمی رسند.
اكثر مواد بازدارنده، خاصیت معلق نگهدارندگی نیز دارا هستند. خاصیت معلق نگهدارندگی با محاصره‌ ذرات معلق نمك، آهن يا مواد جامد آلي صورت گرفته و سبب دفع آنها توسط سایر آنیونهای موجود در محلول می شود. این فرایند از تجمع ذرات و تشکیل ذرات بزرگتر که احتمال ترسیب آنها وجود دارد، جلوگیری می نماید.
بازدارنده‌هاي رسوب فقط در كاهش فرآيند تشكيل رسوب يا كاهش فرآيند و تراكم ذرات رسوب مؤثرند و فرایند ترسیب را بطور کامل متوقف نمی سازند. البته در یک سيستم NF, RO کافی است تا آنتی اسکالانت Antiscalant از تشکیل رسوب تا هنگام خروج جریان غلیظ از سیستم بخوبی عمل کند.
عموماً كاهش بازدهي یک سیستم NF, RO ، بواسطه فولینگ ناشی از فعالیتهای بیولوژیکی یا مواد معلق بسیار متداولتر از تشکیل رسوب در سیستم می باشد. این امر بخاطر کنترل نسبتاً آسان جلوگیری از تشکیل رسوب در سیستم NF, RO ، با اعمال پیش تصفیه مناسب می باشد. البته در صورت تشکیل رسوب با توجه به نوع غشاء، ویژگیهای خود رسوبات و مقدار رسوب شستشوی شیمیائی متفاوتی لازم خواهد بود.

محل مناسب تزريق آنتی اسکالانت Antiscalant
زماني كه اسيد سولفوريك و یک آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده رسوب تواماً تزریق شوند، باید محل تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant قبل از نقطه تزریق اسید باشد. در غیر این صورت قبل از تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant احتمال ترسیب نمک سولفات کلسیم وجود دارد. زیرا در محل تزریق اسید غلظت بالای موضعی یون سولفات زمینه را برای ایجاد یونهای فوق اشباع از نمکهای سولفات فراهم می آورد.

تزريق بيش از حد آنتی اسکالانت Antiscalant
تزریق بیش از حد آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده باعث فوق اشباع شدن کمپلکس بازدارنده_کاتیون می شود. در صورت بروز این اتفاق کمپلکس بازدارنده- کاتیون از محلول خارج شده و در سطح غشاء رسوب می گذارد و به این ترتیب هدف اصلی تزریق آنتی اسکالانت Antiscalant ماده بازدارنده هم نقض خواهد شد.
با استفاده از تركيبي از آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده‌هاي رسوب، پتانسيل تشكيل رسوب را مي‌توان تا حد ممكن كاهش داد. تأثير آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده‌ها بر يكديگر در جهت افزايش خاصيت بازدارندگي است، با اين حال، احتمال كمتري وجود دارد كه يك آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده موجب خارج شدن بازدارنده‌هاي ديگر از محلول شود. در حقيقت، يك آنتی اسکالانت Antiscalant بازدارنده به محلول بودن ساير بازدارنده، كمك مي‌كند.