آنتی اسکالانت در تصفیه آب اسمز معکوس (RO)

مقدمه

آنتی اسکالانت ها (Antiscalants) مواد شیمیایی هستند که از برای کاهش پتانسیل رسوب گذاری روی سطح ممبران مورد استفاده قرار می گیرند.

روش کار آنتی اسکالانت

مکانیزم عملکرد آنتی اسکالانت ها معمولاً به یکی از سه روش (یا در برخی موارد ترکیب دو یا هر سه روش) زیر است:

- بازدارندگی آستانه ای (Threshold inhibition)

 با تزریق بسیار کمی از آنتی اسکالانت، به محض اینکه چند یون کلسیم و کربنات به هم می‌چسبند تا هسته یک کریستال راتشکیل دهند، مولکول آنتی‌اسکالانت مانند یک "مانع" روی نقاط فعال آن هسته می‌نشیند.

با اشغال نقاط رشد، یون‌های دیگر نمی‌توانند به هسته متصل شوند. در واقع رشد کریستال در همان مرحله ابتدایی متوقف می‌شود. نتیجه این است که آب به حالت فوق اشباع (Supersaturated) می‌رسد، اما رسوبِ جامد تشکیل نمی‌شود.

- تغییر شکل کریستالی (Crystal modification)

 در این مکانیزم، مولکول‌های آنتی‌اسکالانت به ساختار داخلی شبکه کریستال در حال رشد نفوذ می‌کنند. در حالت طبیعی، کربنات  کلسیم به شکل بلورهای منظم، تیز و سختی به نام «کلسیت» (مانند مکعب‌های منظم) رشد می‌کند که به شدت به سطوح می‌چسبند. در اثر حضور آنتی‌اسکالانت، بلورها به جای لبه‌های تیز و منظم، به صورت ذرات گرد، نامنظم، توخالی و با ساختاری ضعیف (شبیه آراگونیت یا حتی کره‌های نامتقارن) تشکیل می‌شوند.

بلورهای تغییر شکل یافته، برخلاف بلورهای طبیعی، میل بسیار کمی برای چسبیدن به سطح پلیمری ممبران یا به یکدیگر دارند. این رسوبات به جای تشکیل یک لایه سنگی و سخت، به صورت یک "لجن نرم"  در می‌آیند که به راحتی توسط جریان آب که روی سطح ممبران حرکت می‌کند، شسته شده و به سمت پساب خروجی ممبران هدایت می‌شوند.

- پراکنده سازی (Dispersion)

 این مکانیزم زمانی وارد عمل می‌شود که ذرات رسوب یا کلوئیدها (مانند رس، سیلیس، اکسیدهای فلزی یا باقیمانده‌های آلی) در آب تشکیل شده‌اند. در اینجا هدف آنتی‌اسکالانت جلوگیری از رشد نیست، بلکه "جلوگیری از تجمع ذرات" است.

مولکول‌های آنتی‌اسکالانت (که پلیمرهایی با بارهای منفی قوی هستند) به سطح ذرات معلق و کریستال‌های ریز می‌چسبند و دور آن‌ها را احاطه می‌کنند.
با نشستن آنتی‌اسکالانت روی ذرات، تمام این ذرات دارای بار الکتریکی منفی شدیدی می‌شوند. طبق قانون فیزیک که «بارهای همنام یکدیگر را دفع می‌کنند»، این ذرات به جای اینکه به هم بچسبند و لایه‌های بزرگ رسوب را تشکیل دهند، از یکدیگر فرار می‌کنند. به دلیل این نیروی دفع، ذرات نمی‌توانند روی غشای ممبران ته‌نشین شوند. آن‌ها در جریان آب خروجی  پساب ممبران به صورت معلق باقی می‌مانند و به سادگی از سیستم خارج می‌شوند.

تزریق همزمان اسید و آنتی اسکالانت

در بسیاری از موارد، آنتی اسکالانت به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرد. اما گاهی بصورت همزمان از تزریق اسید برای کاهش شاخص LSI و رسوب گذاری نمک های "کربنات کلسیم" و "فسفات کلسیم" در کنار آنتی اسکالانت هم کمک گرفته می شود.

- بسیاری از آنتی اسکالانت های موجود به تنهایی برای کنترل رسوبات "فسفات کلسیم" کافی نیستند. اگر مقدار "فسفات" در آب خوراک بالا باشد، باید با تزریق اسید و کاهش pH میزان حلالیت آن را در آب افزایش داده و از رسوب گذاری آن جلوگیری شود.

- همچنین اگر مقدار شاخص LSI پساب به دلیل وجود سختی و قلیائیت بالا از عدد 2 بیشتر باشد، باید با تزریق اسید مقدار LSI و به تبع آن رسوبات کربنات کلسیم را کاهش داد و بعد از آنتی اسکالانت استفاده کرد. البته در این مورد، بهتر است نظر شرکت سازنده آنتی اسکالانت هم مدنظر قرار داده شود.

- معمولاً دو نوع اسید برای تزریق در سسیتم های تصفیه آب RO مورد استفاده قرار می گیرند: "اسید کلریدریک" و "اسید سولفوریک". در انتخاب اسید باید توجه داشت که علیرغم ارزانتر بودن استفاده از اسید سولفوریک، احتمال تشکیل نمک های سولفات افزایش می یابد. لذا در صورتیکه مقدار یونهای "کلسیم" و "باریم" در آب خوراک بالا باشد، توصیه می شود از اسید کلریدریک استفاده شود تا از تشکیل رسوبات "سولفات کلسیم" (CaSO₄) و "سولفات باریم" (BaSO₄) جلوگیری شود. در صورت تزریق اسید سولفوریک، آنتی اسکالانت را می‌بایست قبل از اسید تزریق نمود تا از تشکیل رسوب در نقطه تزریق اسید، پیشگیری شود.