جلوگیری از گرفتگی غشا

جلوگیری از گرفتگی

خطر  اصلی رسوبات در سیستم های تصفیه آب ایجاد گرفتگی است که زمانی رخ می دهد که محلولیت نمک های کم محلول از حد اشباع بالاتر برود. مکانیزم گرفتگی در سطح غشاء به دلیل گرادیان غلظت رخ می دهد، آب محصول که به طور پیوسته از میان غشاء عبور می کند، غلظت جامدات حل شده و معلق را همواره در غشاء افزایش می دهد (شکل ۱). این مواد در سطح جدا کننده غشاء غلیظ تر شده و یک لایه مرزی ایجاد می کنند، به این اثر قطبش غلظت گفته می شود. درون این لایه مرزی، ممکن است نمک ها رسوب کرده و جامدات معلق نیز روی سطح غشاء و درون جدا کننده ها رسوب کنند، که منجر به گرفتگی و خرابی غشاء می شود.

کربنات کلسیم در بسیاری از آب های طبیعی در صورت عدم تصفیه، را بر روی سطح غشا رسوب می کند. کلسیم سولفات یکی دیگر از رسوبات رایج است. گرفتگی معمولا در مراحل آخر سیستم آغاز می شود. این امر منجر به افزایش افت فشار و نیاز به فشار بیشتر خوراک، برای ثابت نگه داشتن آب خروجی محصول می شود.

گرفتگی در سه مرحله ایجاد می شود:

  1. با عبور آب از میان غشاء، یون ها در محلول غلیظ می شوند، به ویژه در لایه مرزی در نزدیکی سطح جداسازی. یونها با تشکیل یک هسته اولیه شروع به تشکیل خوشه ای تا ۱۰۰۰ اتم می کنند، واکنشی که به راحتی قابل برگشت است.
  2. همانطور که هسته اولیه رشد می کند، یون ها شروع به مرتب کردن خود می کنند و هسته منظم شکل می گیرد. این مرحله نیز برگشت پذیر است؛ اما هر چه هسته بیشتر رشد کند، احتمال برگشت پذیری کمتر می شود.
  3. مرحله نهایی رشد غیرقابل برگشت کریستال ها از هسته است. پس از تشکیل، کریستال ها به طور نامحدود رشد می کنند، تا زمانی که حد نمکی که کریستال های آن در حال رشد هستند، از ضریب حلالیت آن نمک فراتر رود.

شکل گیری فاز جامد برای کلیه رسوب ها به این ترتیب ادامه می یابد، تنها تفاوت آنها در حلالیت های مختلف محصولات (مقادیر Ksp) است.

انواع ضد رسوب ها

غشاهای اولیه به دلیل نیاز به کنترل pH، که همچنین باعث کاهش احتمال رسوب کلسیم کربنات می شد، از استات سلولز ساخته می شدند. این روزها غشاهای پلی آمید تقریبا تنها در سیستم های تصفیه آب استفاده می شوند. سطح پس زننده این غشاها به ابزار بهتری برای کنترل گرفتگی و رسوبات احتیاج دارد.

به جز فرآیند نرم کردن حجمی، راه های بسیار دیگری برای جلوگیری از تشکیل رسوب مانند کنترل pH (تنها مناسب برای کلیم کربنات)، ضد رسوب هایی مانند سدیم هگزامتافسفات (SHMP)، و طیف وسیعی از فرمولاسیون های اختصاصی، وجود دارند. این مواد به سه مکانیزم بسیار مرتبط با یکدیگر عمل کرده و در یک یا چند مرحله از رشد کریستال اخلال ایجاد می کنند.

برای آشنایی با این مراحل می توانید سری به مقاله آشنایی با آنتی اسکالانت ها و گرفتگی بزنید.

پلیمرهای تجاری متعددی در دسترس هستند که شایع ترین آنها اسید پلی اکریلیک است. این پلیمرها به عنوان عوامل برهم زننده کریستال عمل می کنند؛ اما در وزن های مولکولی بالاتر خواص تعلیق کنندگی نیز از خود نشان می دهند. اگر چه این بحث وجود دارد که تعلیق و تخریب کریستال ها در یک المان غشایی بسته تا چه حد موثر است، بسیاری از این مواد پلیمری خواص بازدارندگی در آستانه تشکیل رسوب  خوبی را در برابر کربنات کلسیم و سولفات کلسیم  از خود نشان دهند و در نتیجه جلوگیری از گرفتگی تنها در یک مکانیسم رخ نمی دهد.

فسفونات ها، که با پیوند پایدار C-P شناخته می شوند، بر تمایل هیدرولیز شدن به زنجیره O-P غلبه می کنند، که خاصیت همه پلی فسفات ها از جمله SHMP است. فسفونات ها به طور گسترده ای در فرمولاسیون های تصفیه آب به عنوان بازدارنده های گرفتگی و خوردگی، و سکواسترنت آهن استفاده می شود. در سیستم های غشایی، آنها به عنوان عوامل “فوق-آستانه” عمل می کنند. این محصولات این توانایی را دارند که محلول های بسیار فوق اشباع را، در طول زمان محدودی که طول می کشد تا آب از سیستم غشایی خارج شود، در شرایط پایدار نگه دارند.