آنتی اسکالانت (Antiscalant)

آنتی اسکالانت (Antiscalant)، آنتی‌اسکیل یا ضدرسوب‌ها، عموماً ترکیباتی آلی هستند.

این ترکیبات حاوی گروه‌های عملکردی سولفونات، فسفونات یا اسید کربوکسیلیک و عوامل کلات‌کننده مانند کربن، آلوم (زاج سفید) و زئولیت‌ها هستند که یون خاصی را که ممکن است تشکیل شود، تفکیک و خنثی می‌کنند.

اکثر آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها می‌توانند به عنوان بازدارنده‌های آستانه‌ای طبقه‌بندی شوند.

علاوه بر این، از ترکیبات کلاتی مانند ادتا EDTA (نمک تتراسدیم اتیلن دی آمین تترا استیک اسید) برای کنترل سختی (در pH>6) و ته‌نشینی یون فلزی استفاده می‌شود.

آنتی اسکالانت چیست؟

این ترکیبات از سیستم‌های تصفیه آب محافظت می‌کنند.

آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها از طریق جذب شدن به رسوبات و با تشکیل کریستال‌های نمکی، از رسوب‌های معدنی جلوگیری می‌کنند و از این طریق مانع از جذب نمک‌های فوق اشباع به سطوح کریستال می‌شوند.

بسیاری از آنتی‌اسکیل‌ها حاوی دیسپرسنت هستند که رسوبات را به صورت معلق در محلول نگه می‌دارند.

مواد تشکیل‌دهنده رسوب:

برخی از مواد تشکیل‌دهنده رسوب متداول شامل کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، سولفات استرانسیوم، فلوراید کلسیم، آهن، مواد کلوئیدی، سیلیس و سایر آلاینده‌های آلی است.

بیشتر آب های طبیعی حاوی یون‌های کلسیم، سولفات و بی‌کربنات نسبتاً بالایی هستند.

ویژگی‌ها و مزایا آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها:

• کنترل رسوب‌هایی از جمله سیلیس، کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم و سولفات استرانسیوم
• سازگار با ممبران (غشاء) های اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)
• حفظ تمیزتر سطوح غشایی توسط پراکنده کردن ذرات رسوب
• سیستم‌های RO با سرعت بازیابی بالاتری قابل اجرا هستند که این به معنی کاهش هزینه‌های عملیاتی است
• موجود بودن محصولات با چندین مصوبه نظارتی جهانی
• موجود بودن محصولات غیر فسفره
• مؤثر بودن در طیف وسیعی از pH

سایر توضیحات:

وقتی سختی آب آشامیدنی کمتر از 100 ppm باشد، آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها نسبت به نرم‌کننده‌های تبادل یونی (IX)، به دلیل هزینه و سهولت کار ترجیح داده می‌شوند.

اگرچه آنتی اسکالانت ها در جلوگیری از رسوبات سولفاتی و کربناتی غشاء بسیار مؤثر هستند، اما از وقوع رسوب جلوگیری نمی‌کنند.

در عوض آن‌ها تشکیل کریستال‌های بزرگی که رسوبات را تشکیل می‌دهند، به تأخیر می‌اندازند.

اثر بازدارندگی رسوب، تقریباً 30 دقیقه است.

یک سیستم (RO) اسمز معکوس و یا نانوفیلتراسیون (NF) که از A/S استفاده می‌کند باید پس از خاموش شدن با چرخه اتوماتیک شست‌وشو طراحی شود تا از تشکیل رسوب توسط نمک‌های غلیظ در کانال تغذیه-دفع بالای سطح غشایی جلوگیری شود.

آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها به تنهایی قابل استفاده هستند، اما معمولاً همراه با اسید خوراکی استفاده می‌شوند.

هنگامی که اسید با A/S استفاده می‌شود، مقدار LSI برابر 1 قابل قبول است، اگرچه برخی از تولیدکنندگان A/S ادعا می‌کنند LSI=2.7 هنگام استفاده از محصول تولیدشده آن‌ها قابل قبول است.

دوز A/S، بسته به پتانسیل تشکیل رسوب در RO آب، بازیابی آب حاصل و توصیه‌های سازنده A/S، بین 2 تا 10 ppm متغیر است.

چرا باید از آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها استفاده شود:

در عملیات نمک‌زدایی غشایی در نسبت‌های ریکاوری بالا، حدود حلالیت گچ و کلسیت از سطح اشباع بیشتر شده و منجر به تبلور در سطوح غشایی می‌شود.

انسداد سطح رسوب منجر به کاهش شار نفوذ، کاهش کارایی فرآیند و افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.

از نظر اقتصادی بهتر است از تشکیل رسوب جلوگیری شود.

رسوبات غالباً معابر تغذیه‌ای RO را به هم مسدود می‌کند و تمیز کردن را دشوار و بسیار وقت‌گیر می‌کند.

همچنین این خطر وجود دارد که رسوبات ایجاد شده به سطح ممبران (غشاء) آسیب برسانند.

معمولاً سه روش کنترل رسوبات وجود دارد:

1- اسیدی کردن
2- نرم‌کردن توسط تبادل یونی
3- استفاده مداوم از آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها

اسیدی کردن:

افزودن اسید یون‌های کربنات را از بین می‌برد و یکی از واکنش‌دهنده‌های لازم برای رسوب کربنات کلسیم را حذف می‌کند.

این روش در جلوگیری از ایجاد رسوب کربنات کلسیم بسیار مؤثر است، اما در جلوگیری از انواع دیگر رسوبات تأثیری ندارد.

مضرات این روش شامل خورندگی اسید است که باعث افزایش هزینه مخازن و تجهیزات نظارتی و مهم‌تر از همه این که با کاهش pH باعث اسیدی شدن آب می‌شود.

نرم‌کردن توسط تبادل یونی:

در این روش از سدیم استفاده می‌شود که یون‌های منیزیم و کلسیم آب خوراک RO با سدیم به دنبال معادلات شیمیایی جایگزین می‌شود:

NaZ نماد رزین تبادل سدیم است.

Ca²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + CaZ₂
Mg²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + MgZ₂

هنگامی که تمام یون‌های سدیم توسط کلسیم و منیزیم جایگزین شدند، رزین باید با محلول نمکی احیا شود.

نرم کردن توسط تبادل یونی، نیاز به افزودن مداوم اسید یا آنتی اسکالانت را از بین می‌برد اما هزینه بیشتری را متحمل می‌نماید.

استفاده مداوم از آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها:

مواد سطح فعالی هستند که از سه طریق با فرآیندهای رسوبی واکنش نشان می‌دهند:

• بازدارندگی آستانه‌ای:

توانایی یک آنتی اسکالانت برای حفظ محلول های فوق اشباع از نمک های محلول است.

• تغییر کریستال:

این خاصیت آنتی اسکالانت ها اشکال کریستالی را تغییر داده و در نتیجه رسوب غیرچسبنده و نرم می شود.

از طرفی از تراکم رسوبات نیز می کاهد.

• پراکندگی:

برخی از آنتی اسکالانت ها توانایی جذب روی کریستال‌ها یا ذرات کلوئیدی را دارند و باعث انتقال بار آنیونی بالایی می شوند که منجر به جدا کردن کریستال‌های در حال ته‌نشینی خواهد شد.

آنالیز اقتصادی روش‌های جلوگیری از رسوب:

اسیدی کردن به دلیل هزینه اسید، نگهداری مخازن و تجهیزات نظارتی چندان مقرون به صرفه نیست.

از طرفی نفوذ بیش از حد دی اکسید کربن در سیستم‌های تغذیه شده توسط اسید، هزینه احیای تبادل یونی را نیز افزایش می‌دهد.

آنتی اسکالانت ها محصولات نسبتاً ارزان هستند و هیچ هزینه اضافی ندارند.

در حین مقایسه روش‌های اسیدی کردن و آنتی اسکالانت (Antiscalant) ها، مهم‌ترین عیب برای نرم‌کردن آب، تعیین هزینه تجهیزات است.

از طریق تجزیه و تحلیل‌های صورت گرفته، مقرون به صرفه‌ترین روش استفاده از آنتی اسکالانت ها می باشد.

سایر محصولات:

تولوئن (Toluene)

منابع:

https://www.lenntech.com/antiscalants.htm

https://www.suezwatertechnologies.com/products/membrane-chemicals/ro-membrane-antiscalants

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/antiscalant

سیدی