فرمول شیمیایی و ترکیبات آنتی اسکالانت
فرمول شیمیایی و ترکیبات آنتی اسکالانت
در ترکیب شیمیایی و فرمول این نوع آنتی اسکالانت‌ها (Chemical formula of anti-scalant)، گروه‌های عملکردی فسفات‌ها و اسید کربوکسیلیک وجود دارد. یکی از مشکلات جدی که در صنایع مختلفی همچون برج‌های خنک‌کننده، تاسیسات بخار، دستگاه‌های اسمز معکوس و صنایع نفت و گاز وجود دارد، تشکیل رسوبات است.
این رسوبات موجب گرفتگی و مسدود شدن ممبران‌ها، مخازن و خطول لوله شده و هزینه‌های تولید را نیز افزایش می‌دهند. بنابراین برای کنترل رسوبات تشکیل شده از یک روش معمول استفاده می‌شود، و آن هم بهره‌گیری از مواد شیمیایی ضد رسوب است. آنتی اسکالانت‌ها به عنوان یک ماده ضد رسوب ممبران شناخته شده‌اند. این مواد شیمیایی می‌توانند به کنترل انواع رسوبات و همچنین بهبود عملکرد سیستم، کمک کنند. ما سعی کردیم در ادامه این مطالب از آتیه انرژی، فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت را به طور کلی شرح دهیم.
ساختار و فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت‌ها چیست؟
فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت طبق میزان PH، نوع رسوبات موجود در آب و وزن مخصوص با یکدیگر متفاوت می‌باشند. میزان اثربخشی و کاربرد این ماده شیمیایی بر روی رسوبات، بر اساس نوع مواد اولیه بکار رفته در آنتی اسکالانت می‌باشد. به طور کلی میتوان گفت آنتی اسکالانت‌ها طبق مواد تشکیل‌دهنده به دو گروه آنتی اسکالانت فسفاته و آنتی اسکالانت پلیمیری تقسیم می‌شوند.
همان طور که می‌دانید؛ وجود نمک‌های مختلف و ترکیبات یونی در سیستم‌های تصفیه آب، از علل اصلی تشکیل رسوب محسوب می‌شوند. حال نحوه عملکرد این مواد شیمیایی ضد رسوب یا آنتی اسکالانت‌ها به صورتی است که بر روی سطح کریستال‌های رسوبی که در حال تشکیل هستند نفوذ کرده و مانع هسته‌زایی nucleation)) و رشد کریستال‌ها می‌شوند.
سپس میزان اندازه کریستال‌های رسوب به حدی بزرگ نمی‌شود که از محلول خارج شده و باعث ایجاد رسوب شوند. برخی از ترکیبات ضد رسوب نیز دارای اثر آستانه‌ای threshold inhibition)) هستند و در صورتی که تنها مقدار بسیار کمی از آن را مورد استفاده قرار دهید، به راحتی می‌توانید از تشکیل رسوب جلوگیری کنید.
بهتر است بدانید که نقش برخی از ترکیبات ضد رسوب به عنوان عامل کیلیت‌کننده (sequestrant) می‌باشد، به این صورت که با اتصال به کاتیون‌ها، آن‌ها را در آب به صورت محلول نگه داشته و از تشکیل رسوب جلوگیری می‌کند. سپس احتمال دارد که برخی دیگر از ترکیبات ضد رسوب به عنوان یک عامل دیسپرس‌کننده Dispersant)) عمل کند. در این صورت این ترکیبات باعث معلق ماندن رسوب‌ها در محلول می‌شوند. بنابراین این امر از ته‌نشین شدن و رسوب‌گیری سیستم ممانعت می‌کند.
آشنایی با مواد تشکیل دهنده آنتی اسکالانت‌ها
انواع مختلفی از فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت در مواد ضد رسوب گوناگونی وجود دارند. ناگفته نماند که با وجود استفاده از پلی فسفات‌های معدنی همچون سدیم تری پلی فسفات به عنوان یک ضد رسوب جدا، باز هم مواد اصلی ضد رسوب‌ها از مواد شیمیایی آلی تشکیل شده‌اند که عبارتند از:
- آمینو فسفونات ATMP)، EDTMP، DTPMP)
- فسفات استرها
- پلی کربوکسیلیک اسیدها (مانند پلی آکریلیک اسید و کوپلیمر آکریلیک-مالئیک)
- آمینو کربوکسیلات‌ها
- پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر همچون پلی اپوکسی سوکسینات و پلی آسپارتیک اسید
- ترپلیمرهای آکریلیک-سولفونات و کوپلیمرها
تمامی موارد گفته شده از ترکیبات فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت هستند. باید برای انتخاب یک آنتی اسکالانت مناسب برای سیستم‌های آبی، به غلظت یون‌های موجود در آن و همچنین مشخصات کامل آب مانند میزان PH و دمای آن توجه داشته باشید. گاهی نیز ممکن است برای بهبود عملکرد هر چه بهتر سیستم و در واقع بهینه‌سازی عملکرد آن، از ترکیب چند ضد رسوب مختلف با یکدیگر استفاده کنید. شما می‌توانید در سایت آتیه انرژی انواع مختلفی از آنتی اسکالانت مورد نیاز خود را تامین کنید.
آنتی اسکالانت با پایه فسفاته
در فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت، برخی از ضد رسوب‌ها دارای یک ساختار مولکولی هستند. این ساختار به همراه گروه‌های عامل شامل فسفات یا اسید کربوکسیلیک (COOH-) می‌باشند. وزن مولکولی مولکول‌های پلی اکریل پایین می‌باشد تقریبا میتوان گفت (جرم مولکولی بین ۱۰۰ تا ۵۰۰۰) است.
این مولکول‌ها شامل چند گروه عامل اسید کربوکسیلیک می‌باشند، و در اغلب آنتی اسکالانت‌ها به صورت مشترک استفاده می‌شوند. بهتر است بدانید که این آنتی اسکالانت‌ها در ممانعت از ایجاد کربنات و سولفات، از بهترین‌ها محسوب می‌شوند. تنها نکته قابل توجه این است که خاصیت پراکنده‌سازی آن‌ها کاملا محدود است. یکی از مواد شیمیایی که به عنوان آنتی اسکالانت انتخاب شده و استفاده می‌شود، هگزا متا فسفات سدیم (SHMP) نام دارد.
این ماده علاوه بر ارزان قیمت بودن آن، دارای نقش بازدارندگی است. البته این ماده دارای معایبی نیز می‌باشد، که این معایب شامل انحلال دشوار در آب و ناپایداری است. به طور کلی استفاده از هگزا متا فسفات، برای سیستم‌های اسمز معکوس RO به عنوان آنتی اسکالانت عمومیت پیدا نکرده است، زیرا دارای وابستگی زیاد به مصرف صحیح است. معمولا از لحاظ پایداری ارگانو فسفونات‌ها نسبت به سدیم هگزا متا فسفات پایدارتر می‌باشند. از نظر خواص پراکنده‌سازی و بازدارنگی نیز به سدیم هگزا متا فسفات شبیه بوده و تنها پایدارتر از آن است.
آنتی اسکالانت با پایه پلیمری
در ساختار آنتی اسکالانت پلیمری، از مواد پلیمری که به وسیله انسان ساخته شده است، استفاده می‌شود. پلی مالئیک اسید، پلیمرهای آنیونی، پلی اکرلیک اسید، پلی فسفات و اسید کربوکسیلیک از جمله موادی هستند که در تولید آنتی اسکالانت پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنتی اسکالانت با پایه پلیمری دارای عملکرد بسیار مناسبی در کنترل رسوبات با میزان دوز تزریق پایین است. به طور کلی وزن مولکولی پلیمرها حدودا از ۲۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰DA می‌باشد. آنتی اسکالانت‌های پلیمری دارای مزایای بسیاری از جمله موارد زیر می‌باشند:
- آنتی اسکالانت پلیمری به هیچ نوع رسوب فسفاتی و کربناتی اجازه رسوب‌گذاری نمی‌دهند.
- این آنتی اسکالانت‌ها دارای غلظت بالایی هستند.
- به دلیل قدرت زیاد آن‌ها در کیلیت‌کنندگی (chelating agent) دارای عملکرد بسیار بهتری هستند.
- برای طیف وسیعی از آب‌های مختلف همچون آب دریا، آب‌های سخت شیرین، آب‌هایی با سختی زیر ۱۰۰۰ppm و آب شور چاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت پلیمری غیر سمی است و برای پوست و تنفس انسان مشکلی ایجاد نمی‌کند.
- دارای نرخ خوردگی بسیار پایین است.
- به مقدار بسیار زیادی احتمال ایجاد آلاینده‌های زیستی و جلبک را کاهش می‌دهد.
- نیاز به شستشوی ممبران را در مدت زمان طولانی‌تری فراهم خواهد کرد.
- در مقابل رسوبات سولفاتی و کربناتی دارای عملکرد خوب پراکنده کنندگی است.
میزان تزریق آنتی اسکالانت در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی
همان طور که گفته شد، فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت ترکیبی می‌تواند کاربرد بهتری در مقایسه با آنتی اسکالانت‌های تک مولکولی داشته باشد. اگر از یک آنتی اسکالانت تک مولکولی استفاده کنید، احتمالا تزریق بیش از حد بازدارنده باعث خروج خود آنتی اسکالانت از محلول به طور کاتیون چند ظرفیتی می‌شود.
همان طور که در بالا نیز به آن اشاره شد؛ میزان تزریق انواع مختلف آنتی اسکالانت‌ها به عواملی مانند میزان دبی، نحوه آرایش ممبران‌ها، نوع ممبران، میزان ریکاوری سیستم، منبع آب، PH، دما و آنالیز آب بستگی دارد. به طور کلی میزان تزریق آنتی اسکالانت‌ها حدود ۳-۶ppm است.
مواد شیمیایی دستگاه تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس (RO)
معمولا مواد شیمیایی گوناگونی در فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت، جهت جداسازی مولکول‌ها، یون‌ها، ذرات آلاینده آب و در نهایت تصفیه آب در اسمز معکوس استفاده می‌شود. برای تصفیه و خالص سازی آب و بازیافت و غلظت ذرات کلوئیدی از اسمز معکوس (RO) استفاده می‌شود. دستگاه اسمز معکوس یا همان دستگاه آب شیرین کن، یکی از محصولات تصفیه آب محسوب می‌شود.
این سیستم در ابعاد مختلف و برای مصارف صنعتی طراحی شده و ارائه می‌شوند. فرآیند شیرین سازی آب با فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت به این صورت است که برای جداسازی ناخالصی‌ها از آب انجام شده و آب خام به وسیله پمپ به داخل محفظه‌ای که غشاء نیمه تراوا دارد، پمپاژ خواهد شد.
در انجام این روش عامل جداسازی، اعمال فشار مکانیکی می‌باشد. سپس به دلیل این که حدودا فقط آب خالص می‌تواند از غشاء عبور کند، بنابراین آب تغلیظ شده که از ناخالصی‌ها به وجود آمده در یک طرف غشاء قرار گرفته و آب تقریبا خالص در طرف دیگر آن جمع می‌گردد. امروزه روش تصفیه آب با اسمز معکوس از نقش بسیار مهمی برخوردار است. تجهیزاتی که برای پیاده‌سازی فرآیند اسمز معکوس نیاز هستند، شامل موارد زیر می‌باشند:
- غشاء نیمه تراوا membrane
- سیستم پیش تصفیه که شامل فیلتر کربنی، فیلتر شنی و فیلتر کارتریجی هستند.
- پکیج تزریق آنتی اسکالانت که شامل پمپ مخزن و تزریق است.
- پمپ فشار قوی
- سیستم CIP
- تابلوی توزیع مدار فرما و قدرت
- شاسی استقرار
- پکیج تزریق سود کاستیک و اسید که شامل پمپ مخزن و تزریق است.
آنتی اسکالانت ها بر اساس میزان PH میتوان به سه گروه تقسیم بندی نمود:
- آنتی اسکالانت اسیدی: به طور کلی در ترکیبات فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت اسیدی، از مواد فسفاته یا پلیمری استفاده می‌شود. این مواد دارای PH اسیدی می‌باشند و آنتی اسکالانت اسیدی از PH>3 برخوردار است. این ضد رسوب‌ها برای کنترل رسوبات بسیار مؤثر واقع شده‌اند. گفته شده برای آب‌هایی که رسوبات کربنات کلسیم در آن‌ها به عنوان رسوب شاخص است، تاثیر به سزایی داشته است. آنتی اسکالانت فوکن ۲۶۰ و آنتی اسکالانت آویستا VITECT 5000 از آنتی اسکالانت‌های اسیدی موجود در ایران شناخته شده‌اند.
- آنتی اسکالانت اسیدی خنثی: آنتی اسکالانت‌های دیگری وجود دارند که دارای PH اسیدی نزدیک به خنثی می‌باشند. از ویژگی‌های مهم این آنتی اسکالانت میتوان به سازگاری با انواع مختلف ممبران و تاثیر به سزای آن‌ها بر کنترل رسوبات در دامنه وسیعی از PH اشاره کرد. دامنه PH در آنتی اسکالانت‌های خنثی ۵/۵-۶/۵ است. آنتی اسکالانت آویستا VITEC 5100-5300 از این نوع ضد رسوب‌ها می‌باشد.
- آنتی اسکالانت قلیایی: از این آنتی اسکالانت‌ها جهت کنترل انواع رسوبات مخصوصا رسوبات سولفاته استفاده می‌کنند. آنتی اسکالانت قلیایی دارای وزن و PH قلیایی بالایی است. یکی از ویژگی‌های مهم این آنتی اسکالانت این است که؛برای آب‌هایی با TDS و مقدار املاح بالا استفاده می‌شود. آنتی اسکالانت فلوکن ۱۹۰ و آنتی اسکالانت جنسیس از جمله آنتی اسکالانت‌های قلیایی محسوب می‌شوند. بهتر است بدانید که آنتی اسکالانت جنسیس در سه کد مختلف LF, LS,CAS GENESYS دارای PH قلیایی می‌باشند. آنتی اسکالانت قلیایی کاملا در کنترل طیف وسیعی از رسوبات معدنی مفید با وزن مخصوص بالا است. آنتی اسکالانت فلوکن ۱۹۰ که یکی از آنتی اسکالانت‌های قلیایی می‌باشد، دارای وزن مخصوص ۱.۳۲-۱.۲۲ و همچنین PH>10 است.
PH آنتی اسکالانت جنسیس نیز PH>8 می‌باشد. از آنتی اسکالانت جنسیس می‌توانید برای کنترل رسوبات فلزی همچون آلومینیوم، آهن و منگنز استفاده کنید. از مواد اولیه فسفاته و پلیمری با PH قلیایی، برای تشکیل فرمول شیمیایی آنتی اسکالانت قلیایی و ساخت آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای استفاده از انواع آنتی اسکالانت‌ها میتوان بر اساس شرایط و میزان TDS ورودی و رسوبات شاخص موجود در آب از آن‌ها استفاده کرد. تیم آتیه انرژی موفق به ارائه انواع آنتی اسکالانت‌ها با بالاترین کیفیت و مناسب‌ترین قیمت شده است.
