- تاریخچه ای کوتاه در خصوص آنتی اسکالانت سیستم های اسمز معکوس (RO)

سیستم های اسمز معکوس به عنوان یک روش فیلتراسیون عالی در همه دنیا شناخته شده است . این تجهیزات برای اولین بار در اوایل دهه 1960 با سنتز موفق غشاء نیمه تراوا توسعه داده شد.

غشاء نیمه تراوا بدلیل خاصیت ویژه وقتی تحت فشار قرار میگیرد اجازه می دهد تا مولکول های آب از آن عبور کرده اما نمک های محلول در آب از آن رد نشوند. پدیده یاد شده به عنوان یک فرآیند جداسازی و به عنوان یک تکنولوژی برای نمک زدایی آب دریا، جایگزین مناسبی برای سیستم های انرژی برکه بر اساس روش حرارتی طراحی شده بودند در دنیا توسعه یافت. حتی سازمان فضایی ناسا از این روش به عنوان راه حل مناسب برای تامین آب آشامیدنی فضانوردان در طول پرواز و مسافرت به فضا استفاده کرد. تا جایی که در شاتل فضایی اسمز معکوس به عنوان یک جزء حیاتی برای بازیافت فاضلاب و تامین آب آشامیدنی  فضانوردان استفاده می شود.

امروزه به کمک این تجهیزات علاوه بر تولید آب آشامیدنی از آب دریا و آب های سطحی،  می توان به عنوان تامین کننده آب کشاورزی از منابع سطحی و زیرزمینی آلوده، تصفیه آب فوق خالص و تولید دارو،  بازیافت آب های پساب در بسیاری از صنایع، سود جست.

در اوایل دهه 1970 کم کم غشاءهای نیمه تراوا تجاری توسعه داده شد به نحوی که در ابتدا سیستم های کوچک فقط  قادر به تولید آب از 1 تا 5 گالن در روز بودند در حالیکه امروزه با پیشرفت فن آوری، ظرفیت سیستم های غشای تولیدی حتی برای یک شهر هم امکان پذیر است.

در تمام موارد یاد شده یک موضوع همچنان به عنوان معضل اصلی برای این فن آوری وجود دارد و آن ایجاد رسوب در سطح غشاء است. فرآیند رسوب گذاری به عنوان یک فرایند فیزیکی  وشیمیایی هنگامی رخ می دهد که املاح موجود در آب در پشت سطح غشاء کم کم تجمع پیدا کرده و تشکیل یک لایه جامد دراین بخش از غشا نماید. تنوع املاح رسوبی وشرایط محیطی پدیده یاد شده را تشدیدکرده وبه مرور ما شاهد تشدیدلایه های رسوبی(Scaling)  در پشت غشاء هستیم که به نوبه خود و درصورت عدم کنترل شرایط یاد شده،  از کارافتادگی غشاء دور از انتظار نخواهد بود.

اصولا علل لایه گذاری شیمیای(Scaling)   را می توان به چهار دسته کلی تقسیم بندی نمود :

  • افزایش غلظت مواد معدنی محلول در آب ورودی به غشا
  • افزایش pHآب
  • ایجاد و افزایش سطوح مورد نیاز برای ترسیب که با استمرار لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) این سطح موردنیاز افزایش می یابد
  • افزایش دمای آب

معمولا مشکلاتی که در اثر لایه گذاری شیمیایی ( Scaling ) در فیلتر های غشایی به وجود می آید ، عبارتند از :

  • کاهش کیفیت و مقدار جریان آب عبور
  • افزایش افت فشار و فشار مورد نیاز و مصرف انرژی و هزینه ناشی از آن
  • شست و شوهای بیشتر و با فواصل زمانی کمتر برای بهبود عملیات  که منجر به کاهش عمر مفید غشاءها و افزایش هزینه کلی بهره برداری سیستم می شود
  • از کارافتادگی های مکرر و بلند مدت
  • پارگی و گسیختگی غشا در برخورد با کریستال های رسوبی سوزنی

یکی از روش های جلوگیری از این پدیده تنظیم   pHمحیط است، اما همانگونه که می دانیم در غشاء های اولیه که از جنس استات سلولز بودند تنظیم تغییرات  این پارامتر برای عدم آسیب پذیری بسیار مشکل بود. تا اینکه در اواخر سال 1970 زمانی که غشای پلی آمیدی دراین تجهیزات استفاده شد و تا حدی این مشکل حل شد. در همین سال استفاده از ترکیباتی مثل سدیم هگزامتافسفات (SHMP) برای کنترل پتانسیل رسوب همراه با کنترل pH محیط تا حدودی به رفع مشکل یاد شده کمک کرد.با افزایش میزان تولید و درصد ریکاوری آب های عبوری از سطح غشاء محدودیت های دیگری برای کنترل پتانسیل رسوب تشخیص داده شد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره داشت:

  • نرخ تزریق بالا
  • کاهش سرعت تولید
  • کنترل محدود رسوب کربناتی و سیلیسی
  • تجزیه شدن به فسفر که خود به عنوان یک منبع غذایی برای باکتری موجود درمحیط هستند

در اوایل دهه 1980 استفاده از ترکیبات پلیمری بویژِه ترکیبات آکریلیک جایگزین مناسب تری برای ترکیبات فسفردار شناخته شد. با این حال مواد شیمیایی یاد شده با اینکه محاسن متعددی را به ارمغان آوردند اما به نوبه خود محدویت های بیشتری در کنترل رسوب موجود در لایه غشاء ایجاد کردند. نسل جدید ضد رسوب های سیستم های اسمز معکوس در اواسط دهه 1990 به دنیا معرفی شدند که برپایه ترکیبات فسفات بویژه فسفات های آلی هستند.

عملکرد آنتی اسکالانت ها فرموله شده جدید بدلیل داشتن مواد فعال سطحی بر سه اصل مهم استوار است که به شرح زیر می باشند:

  • جلوگیری در غلظت های کم آستانه ای
  • تصحیح کریستال
  • پراکندگی

جلوگیری در غلظت های کم آستانه ای عبارت است از توانایی یک آنتی اسکالانت در نگه داشتن محلول های فوق اشباع بخشی از نمک های حل شده در محلول. وقتی کریستال ها در سطح زیر میکروسکوپی شروع به شکل گیری می کنند، گروه های منفی قرار گرفته بر روی مولکول آنتی اسکالانت به بارهای مثبت هسته رسوب حمله کرده و باعث توقف تعادل الکترونیکی لازم جهت ادامه رشد کریستال می شوند.
مکانیسم کم آستانه ای کربنات کلسیم، آنتی اسکالانت، رشد کریستال را با حمله کردن به بارهای مثبت یون های کلسیم قرار گرفته در گوشه های کریستال متوقف می سازد.
تصحیح کریستال نیز عبارت است از خاصیت یک آنتی اسکالانت در دگرگون کردن شکل های کریستال و در نتیجه نرم و یا غیر چسبناک کردن رسوب . وقتی کریستال های رسوب توسط این مواد اصلاح می شوند، شکل آنها تغییر کرده و کمتر فشرده می شوند.
پراکندگی عبارت است از توانایی بعضی آنتی اسکالانت ها در جذب شدن بر روی کریستال ها و یا ذرات کلوئیدی و انتقال مقدار بالایی بار آنیونی به آنها. بار زیاد سبب پراکنده شدن کریستال ها می شود. به علاوه عملیات جذب متفرق کننده ها به طور پیوسته ادامه یافته و سبب عدم رشد کریستال می گردد.مقادیر بالای بارهای آنیونی همچنین سبب جدا کردن ذرات از بارهای آنیونی ثابت بر روی سطح ممبرین می شوند.

شرکت پالاینده آب ایرانیان مفتخر است پس از 15 سال تجزیه و تحلیل انواع مواد شیمیایی مختلف مرتبط با شرایط رسوب گذاری، با جمع آوری انواع آنالیز ها، ضمن راه اندازی یک نرم افزار مناسب جهت تشخیص و انتخاب مواد مناسب برای سیستم های اسمز معکوس با هر نوع غشاء، نوانسته است  نسبت به پایش دقیق شرایط هر گونه نمونه آب و بررسی وضعیت رسوبگذاری املاح آن در شرایط استاندارد اقدام نماید..