ضد رسوب سیستم آبی – کنترل رسوب در تصفیه آب سیستم خنک کننده
برای جلوگیری از رسوب کلسیم چه باید کرد؟
در این مقاله به دنبال تدوین استراتژی انتخاب بهترین سطح هر ماده برای یک سیستم خاص (ضد رسوب سیستم آبی) هستیم و موضوعاتی از جمله غلظت، سیستم گردش و تأمین مناسب به‌نحوی‌که ماده فعال همواره در سطوح موردنظر وجود داشته باشد، مطرح می‌شود. به همین منظور به بررسی ذرات فلزی و ترکیبات عامل سختی که ممکن است باعث ایجاد مشکل در سیستم آب خنک‌کننده چرخشی شوند و راه‌هایی برای خنثی‌سازی، مقابله و پراکندگی آن‌ها می‌پردازیم.
کنترل رسوب
به نظر می‌رسد که گروه عاملی کربوکسیل در پلیمرها برای مهار کلسیم کربنات ضروری است و هر چه مقدار کربوکسیل یک پلیمر بیشتر باشد، عملکرد بهتری خواهد داشت.
PMA، در مورد کلسیم کربنات از عملکرد بهتری نسبت به پلی آکریلات و فسفونات برخوردار است؛ اما در سایر موارد ممکن است این‌چنین نباشد. به همین دلیل هنگامی که PMA استفاده می‌شود ، اغلب با یک فسفونات و احتمالاً یک پلیمر دیگر (پلی آکریلات) همراه است.
کلسیم سولفات
تجربه نشان داده است که پلی آکریلات بهترین گزینه برای مهار کلسیم سولفات است. مقایسه نسبی این ترکیبات به صورت زیر است:
بازدارنده کلسیم سولفات
سولفوریک اسید دیگر به طور گسترده برای کاهش قلیائی‌ات مورداستفاده قرار نمی‌گیرد و در نتیجه، مشکلات مربوط به کلسیم سولفات مثل سابق رایج نیست. با پیشرفت تکنولوژی پلیمرها در کنترل قلیائیت، کاربرد اسیدها محدود شد.
ضد مقیاس
به دلیل حلالیت نسبتاً زیاد، کلسیم سولفات به‌خودی‌خود از نظر ایجاد رسوب نگران‌کننده نیست؛ اما کلسیم کربنات ممکن است یک سایت مؤثر در ایجاد هسته برای تبلور کلسیم سولفات به شمار می‌رود.
کلسیم پلی آکریلات
ازآنجایی‌که پلی آکریلات‌ها از توانایی مهارکنندگی متوسط برخوردار هستند، تشکیل رسوب ترکیبات آن می‌تواند به یک مشکل تبدیل شود. علاوه بر این، ازدست‌دادن پلی آکریلات آزاد باعث کاهش قدرت پراکندگی می‌شود. پلی آکریلات با وزن مولکولی پایین‌تر (۲۰۰۰ amu) بیش از ۵۰٪ تحمل کلسیم بیشتری از انواع دارای وزن مولکولی بالاتر (۵۰۰۰ amu) دارد و اینکه پلی آکریلات‌های دارای واکنش با حلال حدود ۲۵٪ تحمل بیشتری نسبت به انواع آبی دارند. این نگرانی‌ها بیشتر مربوط به مواردی هستند که پلی آکریلات‌ها به‌تنهایی استفاده می‌شوند.
حلال کربنات کلسیم
کلسیم کربنات
اگرچه پلیمرها عامل مؤثری برای کنترل رسوب کلسیم کربنات به شمار می‌روند، اما سایر ترکیبات، به‌ویژه فسفونات‌ها، کارایی بیشتری دارند. مهم است که پیش از تشکیل رسوب کلسیم کربنات آن را کنترل کنیم به‌جای اینکه پس از تشکیل رسوب برای پراکندگی آن تلاش کنیم. کنترل اولیه کلسیم کربنات با استفاده از فسفونات‌ها، و با کمک پلیمرها و تری پلیمرها امکان‌پذیر بوده و سیستم را تثبیت می‌کند.
در ادامه، ترکیبات مختلف از نظر قابلیت کنترل رسوب با هم مقایسه می‌شوند که این اطلاعات از نمودارهای میله‌ای موجود در مقالات تکنیکی مختلف استخراج شده است.
نتایج بررسی و مقایسه محصولات پیشنهادی برای مهار کلسیم کربنات حاکی از آن است که کوپلیمرها و ترپلیمرهای تجاری در دسترس، به‌خوبی فسفونات‌ها و هموپلیمرها عمل نمی‌کنند. نتیجه این مقایسه به شکل زیر است: (در pH 8 و ۱۰)
polymers
در مواردی که مقررات، تخلیه فسفر را ممنوع می‌کند، پلیمرها به بهترین گزینه تبدیل می‌شوند. در شرایط سختی و قلیایی بالا، پلی آكریلات‌های واکنش‌دهنده با حلال به‌عنوان مهارکننده کلسیم کربنات نسبت به نسخه‌های دارای واکنش آبی مؤثرتر هستند. در شرایط معتدل‌تر، اختلاف بین این دو نوع کاهش می‌یابد. نتایج مقایسه طیف وسیعی از ترکیبات مختلف نشان می‌دهد که HEDP و هموپلیمرها از این کوپلیمر و ترپلیمرها مؤثرتر هستند.
مهارکننده کارونات کلسیم
بیشتر بخوانید: کوپلیمر چیست
کلسیم فسفونات
باتوجه‌به حلالیت محدود فسفونات‌ها، مشخص شد که یک ترپلیمر رسوب کلسیم-HEDP را بسیار مؤثرتر از یک کوپلیمر کنترل می‌کند به‌طوری‌که با افزایش دما، pH و سختی این برتری همچنان وجود خواهد داشت. هموپلیمرها تأثیر قابل‌توجهی در پایداری فسفونات ندارند. در واقع عملکرد DCP (پلیمر كنترل رسوب) به‌عنوان مهارکننده Ca-HEDP به‌شدت به ساختار پلیمر بستگی دارد. در بین پلیمرها، ترپلیمرهای حاوی سولفونیک اسید بهترین گزینه، سپس پلی مالئیک انیدرید و یک پلی آکریلات گزینه‌های بعدی هستند.
کلسیم فسفات
کوپلیمرهای AMPS هنگامی که آهن موجود نباشد، به‌عنوان یک دیسپرسنت عالی برای کلسیم فسفات عمل می‌کنند. درصورتی‌که میزان آهن کم باشد، کوپلیمر AMPS به‌خوبی ترپلیمرها در مهار کلسیم فسفات مؤثر هستند. مطالعات نشان می‌دهد که ترپلیمرها تقریباً دوبرابر کوپلیمرها در حضور ۱٫۰ میلی‌گرم در لیتر آهن مؤثر هستند.
هنگامی که آهن به ۲٫۵ میلی‌گرم در لیتر افزایش یابد، ترپلیمر تقریباً سه برابر کوپلیمر مؤثر است و هر دو تحت این شرایط به‌مراتب از پلی آکریلات همو پلیمر برتر هستند. با پذیرش برتری کوپلیمرها و ترپلیمرها نسبت به هموپلیمرها برای کنترل کلسیم فسفات، می‌توان با به‌کارگیری کوپلیمرها در کنار هموپلیمرها در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد. اگرچه اضافه‌کردن یک ماده افزودنی دیگر ممکن است هزینه‌ها را کمی بالا ببرد و منافع اقتصادی استفاده از این ترکیبات باید موردبحث و بررسی دقیق قرار گیرد.
خرید ترپلیمر AA/AMPS با بهترین کیفیت
بررسی‌ها نشان می‌دهد که ۱۰ میلی‌گرم بر لیتر از کوپلیمر AA / SA-25 برای دستیابی به ۹۰٪ مهار رسوب فسفات موردنیاز است، و تنها ۷٫۵ میلی‌گرم بر لیتر از ترپلیمر AA / SA / SS برای رسیدن به همین سطح کافی است. محاسبات نشان می‌دهد که در این دوز، هزینه استفاده از ترپلیمر بیش از هزینه کوپلیمر نیست.
هرچقدر محلول از فسفات کلسیم اشباع شود، نیاز به پلیمر افزایش می‌یابد و کنترل سخت‌تر می‌شود. به‌منظور اصلاح این وضعیت، ترکیبات و محصولات دیگری توسعه‌یافته‌اند.
آهن
آهن محلول
آهن به هر شکلی که باشد و حتی در غلظت های کم ، می تواند به طور جدی در توانایی های پراکندگی پلیمرها و سایر مواد شیمیایی تصفیه اختلال ایجاد کند. در شرایط آزمایش، كلسیم به عنوان دیسپرسنت آهن اکسید در عملكرد پلی آكریلیک اسید اختلال ایجاد می‌کند. AA / SA حتی در غلظت بالای یون کلسیم به عنوان یک ماده دیسپرسنت مؤثر باقی می ماند؛ زیرا نسبت به یون کلسیم نسبتاً غیر حساس است.
ذرات آهن
پلیمرها مؤثرترین مواد شیمیایی برای پراکندگی ذرات اکسید آهن هستند. به‌طورکلی، پلی فسفات‌ها و فسفونات‌ها قدرت پراکندگی ضعیفی دارند. به‌طورکلی می‌توان گفت:
پلیمرهای پخش کننده
خاک رس و گل‌ولای
برخی از هموپلیمرها (به‌ویژه پلی آکریلات با وزن مولکولی ۵۰۰۰) برای پراکندگی رس و لجن کاملاً کارآمد هستند، اما کوپلیمرها و ترپلیمرهای جدیدتر حتی مؤثرتر و همچنین در برابر تداخل از سمت همین منابع مقاوم هستند
کنترل خوردگی
پلیمرها در مهار خوردگی خیلی مؤثر نیستند. به طور معمول، در غلظت‌های مورداستفاده، پلیمرها به‌خودی‌خود خورنده نبوده یا خوردگی کمتری نسبت به سایر گزینه‌های موجود دارند. اما قابلیت آن‌ها در پراکندگی رسوبات به تمیز نگه‌داشتن سطوح و مقاومت در برابر انواع خوردگی بخصوص نوعی از خوردگی که با وجود رسوبات مرتبط است، کمک می‌کند.
درحالی‌که فسفونات‌ها به طور معمول برای جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم مورداستفاده قرار می‌گیرند، از مزیت مهار خوردگی کاتدی محدودی نیز برخوردار هستند که در صورت ترکیب با عوامل قدرتمندی مانند فسفات، مولیبدات، روی یا HPA بهبود می‌یابد.
راهنمای انتخاب ضد رسوب و ضدخوردگی
- یک فسفونات مانند HEDP و یا PBTC برای کنترل رسوبات کلسیم کربنات، آهن و سیلت (لجن) ضروری است.
- فسفونات‌ها ترکیبات مؤثری جهت جلوگیری از خوردگی هستند.
- روی با کارایی کاتدی با سایر مهارکننده‌ها دارای اثر هم‌افزایی بوده و تحت شرایط شدید خوردگی مؤثر خواهد بود.
- HPA به دلیل حلالیت بالا، پایداری و قابلیت مهار خوردگی در تمام سیستم‌های تصفیه لازم است.
- ترپلیمرها دیسپرسنت مناسبی برای کمپلکس‌هایی فسفات و فسفونات هستند.
- باتوجه‌به موارد بالا همه فرمولاسیون‌ها باید شامل PBTC ، HPA و ترپلیمرها باشند، هم به دلیل کارایی هرکدام به‌صورت جداگانه و هم به دلیل اثر هم‌افزایی که کنار هم دارند.
- آزول‌ها از فلزات غیرآهنی محافظت کرده و همچنین از آلاینده‌های فلزی جلوگیری می‌کند و به همین دلیل در اکثر فرمول‌ها استفاده شد است. (بنزوتیازول، تولیل تریازول، مرکاپتوبنزوتیازول)
نکات استفاده صحیح از ضد رسوب و ضدخوردگی
به‌منظور استفاده صحیح و بهینه از ترکیبات موجود توجه به موارد زیر ضروری است:
- از اوردوز بپرهیزید.
- کمپلکس کلسیم با AMP و HEDP ، مانند روی و فسفات، حلالیت پایینی دارد که این مسئله با بالارفتن PH و دما تشدید می‌شود. PBTC مقاوم‌ترین ترکیب در برابر مشکل حلالیت پایین است. همچنین افزودن کوپلیمرها نیز در این مورد می‌تواند مفید باشد.
- HEDP و AMP مقاومت کمی در برابر اکسیدکننده‌ها دارند. به طور خاص کلر AMP و برم HEDP را مورد حمله قرار می‌دهد. درحالی‌که PBTC بیشترین مقاومت را از خود نشان می‌دهد. مشکل مشابهی در مورد HPA وجود دارد؛ اما افزودن مونواتانول آمین مفید خواهد بود.
غلظت، سیستم گردش و تغذیه مناسب ضدخوردگی و ضد رسوب
غلظت
در ابتدا یکی از مهم‌ترین تصمیمات که باید گرفته شود تصمیم در مورد غلظت موردنیاز از هر ترکیب شیمیایی در سیستم است. باقی مراحل بیشتر شامل محاسبات مکانیکی برای رسیدن به نرخ تغذیه مناسب و درجه گردش برای یک ترکیب مشخص است.
غلظت را از جهات مختلفی می‌توان مشخص کرد و لازم است که همه موارد را باهم مقایسه کرده و مورد بررسی قرارداد:
- ۱٫ فرمول‌ها به‌صورت درصد وزنی ترکیب شیمیایی بیان می‌شوند به طور مثال محلول ۶۰% HEDP .
- ۲٫ مشخصات یک محتوای شیمیایی در یک سیستم معمولاً به‌صورت میلی‌گرم در لیتر بیان می‌شود. این مقادیر با اصلاح محصولات شیمیایی برای سطح فعالیت موردنظر به دست می‌آیند. برای مثال ۱% از محلول ۶۰% HEDP به معنی استفاده از ۰٫۶% HEDP فعال است و اگر بر اساس PO4 گزارش کنیم برابر است با ۰٫۵۵۳% PO4. غلظت در سیستم به تعداد گردش‌ها بستگی دارد. برای مثال ۰٫۶% HEDP فعال در ۵ گردش غلظتی معادل ۳% HEDP فعال می‌دهد.
درباره سیستم گردش آب بیشتر مطالعه کنید و اطلاعات بیشتری بدست بیاورید.
گردش
بدیهی است، برآورد سیستم گردش مناسب، نیازمند درک صحیح از غلظت موردنظر یک ماده شیمیایی در سیستم و مقدار موردنیاز در آب میکاپ جهت خوراک سیستم است. اگر میزان کلسیم و سطح قلیایی آب میکاپ مدام تغییر کند، باید چرخه غلظت بادقت کنترل و تنظیم شود تا حداکثر پایبندی به یک برنامه تصفیه حفظ شود و بدون هرگونه مشکل احتمالی انجام شود.
به‌طورکلی، چرخه غلظت بین ۲ و ۸ خواهد بود که با تجزیه‌وتحلیل آب تعیین می‌شود و توسط برنامه‌ای مانند WaterCycle تفسیر می‌شود. سیستم گردش بر اساس چنین محاسباتی معمولاً می‌تواند تغییرات متوسط را تحمل کند. به‌عنوان‌مثال، اگر یک فرمول مبتنی بر ۵ چرخه غلظت باشد، نتایج خوبی را می‌توان از ۴ چرخه نیز به دست آورد، به‌خصوص اگر نرخ غلظت ۲۵% افزایش یابد (۵/۴=۱٫۲۵).
با افزایش چرخش‌ها می‌توان تا حد زیادی در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد؛ اما محدودیت‌های متعددی وجود دارد که باید مدنظر قرار گیرد:
- در حضور برخی از نمک‌ها مانند نمک سیلیکات و کلسیم، قبل از اینکه شروع به رسوب‌گذاری کنند تنها امکان تعداد کمی گردش وجود دارد.
- در سیستم‌هایی که نشت آب زیاد باشد، چرخه بالایی از غلظت را ایجاد می‌کنند حتی در مواقعی که تخلیه محدود باشد.
- به‌طورکلی، افزایش چرخه‌ها با افزایش pH همراه است و همراه آن باعث کاهش خوردگی می‌شود. بااین‌حال، مواد جامد باقی‌مانده ممکن است تمایل به خوردگی و ایجاد رسوب را افزایش دهند، و تا حدودی هرگونه صرفه‌جویی پیش‌بینی‌شده در هزینه‌ها را منتفی کند.
- تعداد چرخه بالا همیشه مطلوب نیست! تجربه نشان داده است که برای سیستم‌هایی که بیش از ۸ چرخه دارند، دوز موردنیاز اغلب باید به میزان زیادی افزایش می‌یابد (با هزینه اضافی) و خطر افزایش غلظت فراتر از سطح آستانه وجود دارد.
تزریق
دستورالعمل‌ها برای تزریق مواد شیمیایی تصفیه آب خنک کننده معمولاً بر اساس میزان ۱۰۰ میلی‌گرم در لیتر از ماده شیمیایی تجاری تعیین می‌شود. ازآنجاکه ابزار موردنیاز برای وزن‌کردن مقدار میلی‌گرم و ظروف یک لیتری در اکثر مکان‌های صنعتی در دسترس نیست، بسیاری از اپراتورها از یک واحد ماده شیمیایی در هر ۱۰۰۰ گالن آب استفاده می‌کنند که روش مناسبی برای تزریق ماده شیمیایی به سیستم‌های صنعتی است.
بدیهی است، در مورد یک واحد برای ۵۰۰ گالن باید غلظت را دوبرابر کرد و در مورد یک واحد برای ۲۰۰۰ گالن باید نصف شود. برای سیستم‌های بزرگ‌تر می‌توان از یک گالن برای تصفیه ۱۰، ۸، ۶ یا ۴۰۰۰ گالن استفاده کرد. توجه داشته باشید که تمام محاسبات حجمی به چگالی ماده شیمیایی بستگی دارد. برای به‌دست‌آوردن نرخ تغذیه، چندین رابطه جهت تبدیل واحدها وجود دارد:
units
باتوجه‌به روابط زیر محاسبات حجمی نرخ خوراک (F) نیز دشوار نخواهد بود:
تبدیل واحدهای حجمی
مهم است که فرمول مورداستفاده در تولید به‌صورت میلی‌گرم در لیتر، ppm یا درصد وزنی بیان شود. این فرمت اجازه می‌دهد تا درصد هر ماده در فرمول تولید (تنظیم شده برای نرخ خوراک و چرخه) و مقدار آن در سیستم برحسب mg / L (ppm) تعیین شود.
اگر شرایط عملیاتی تعداد چرخه‌های مورد انتظار را تحمل نکند، این ممکن است بیانگر این باشد که سختی بالاتر از حد پیش‌بینی‌شده است یا عوامل محدودکننده دیگری وجود دارد. در این حالت نیاز به افزایش دوز یا تغییر فرمول برای رسیدن به فرمول مناسب آب مورداستفاده است.
در صورت نیاز می‌توانید جهت فروش بازدارنده خوردگی و فروش مواد ضد رسوب با شرکت دکتر کمیکال تماس بگیرید و از مشاوره تخصصی در زمینه صنعت موردنظر خود بهره‌مند شوید. همچنین خرید مواد اولیه به صورت عمده در مجموعه ما امکان‌پذیر می‌باشد.
