قصة إزالة العسر(أملاح الكالسيوم والماغنسيوم) والطرق المستخدمة فى ذلك يحدث فيها أحياناً تعدد آراء و”لخبطة” بين العاملين فى الوحدة … أحببنا هنا أن نقَّعِد القاعدة ونضع أولاً الخطوط الأساسية ليندرج تحتها نقاشنا عن إزالة العسر…
إخوانى الكرام:
الأملاح التى تترسب فى الأغشية أهمها كربونات الكالسيوم … وهى ذائبة فى مياه التغذية ولكن مع زيادة تركيزها إلى درجة التشبع خاصةً فى المراحل الأخيرة فى الأغشية (أغشية الذيل) تتحول إلى رواسب كلسية على الأغشية وتسدها.
يتم مقاومة حدوث ترسبات الأملاح وتكوين القشور Scales على أغشية التناضخ العكسى وغيرها عن طريق استخدام عدة طرق … إما حضرتك تتخلص منها قبل الدخول على الأغشية فتضيف كيماويات … هذه الكيماويات تعمل على ترسب لهذه الأملاح ليتم التخلص منها قبل الدخول على الأغشية … وأبسط الأمثلة على ذلك إضافة الجيرالمُطفأ ورماد الصودا على مياه التغذية … أو حضرتك تضع وحدة قبل الأغشية تزيل أملاح الكالسيوم والماغنسيوم … هذه الوحدة تسمى المُيسرأو (سوفتنر) Softener … أو حضرتك تضيف نوع آخر من الكيماويات تعمل على عدم ترسب هذه الأملاح لتبقى ذائبة فتمر فى الأغشية ولا تترسب عليها وتخرج مع الماء المطروح (الريجيكت) … وأشهرهذه الكيماويات هى الأحماض ومانع الترسيب (الأنتى سكيل) … وقد يغنى السوفتنرعن حقن الأنتى سكيلنت فى أغلب الحالات … بمعنى أننا نستطيع أن نقول أن أحدهما هو بديل الآخر … وسنعطى السوفتنر حقه فى البوستين القادمين إن شاء الله …
وهناك طريقة أخرى لن نتطرق إليها لأن لها الكثير من العيوب وأهمها أن المياه المنتجة يتبقى فيها جزء من العسر… كم أن الpH لهذه المياه تكون متغيرة ومتذبذة … وهذه الطريقة تسمى Dealkalization with weak acid cation exchange resin.
وطريقة أخرى هى وضع أغشية نانومترية قبل أغشية التناضخ لإزالة عسر الكالسيوم والمغنيسيوم …
أمرين يجب أن تضعهما نصب عينيك:
1- فى العموم … كلما اتجهت قيمة الpH إلى القاعدية (فوق 7 باتجاه 14) زادت امكانية ترسب الأملاح المسببة للعسرعلى هيئة كربونات وهيدروكسيدات (مثلاً هيدروكسيد المغنسيوم يحتاج إلى pH أعلى من 10 حتى يترسب)
2- كلما اتجهت قيمة الpH إلى الحامضية (تحت 7) كلما زاد منع هذه الأملاح من الترسب وزاد من ذوبانيتها … (فى كثير من الأحوال يُمكن تحت pH=6 مرور أملاح العسر إلى الريجيكت بدون أنتى سكيل)
على ضوء النقاط السابقة نستطيع الكلام فى أى أمر فى عملية منع تكون ترسبات الأملاح وإزالة العسر…
ونبدأ أولاً بالكيماويات التي تعمل على ترسيب الأملاح والتخلص منها قبل الدخول على الأغشية … ثم نتحدث عن الكيماويات التى تمنع ترسب الأملاح لتمر وتخرج مع الريجيكت (وهى الأحماض والأنتى سكيل) … ثم ننتهى بالميسر “السوفتنر” ونستفيض فى الحديث عنه لأهميته وتفاصيله الكثيرة ومشاكله …
وقتاً مثمراً مع قصة العسر وعملية منع ترسبات القشور …
1- تيسير المياه بإضافة الجير المطفئ (هيدروكسيد الكالسيوم) Ca(OH)2 أو الlime water مع رماد الصودا (كربونات الصوديوم):
هذه العملية ممتازة عندما يزيد العسر فى المياه عن 500 جزء فى المليون حيث يكون اضافة الحمض أو الأنتى سكيل أو إضافة وحدة الميسر (السوفتنر) غيرعملى مع هذه القيم المرتفعة لأنه يتطلب تنشيط شبه يومى كما سنتحدث بعد ذلك … لذا تأتى هذه الطريقة لتزيل الجزء الأكبر من العسر … ثم يكون للمصمم اختيار الوسائل الإضافية …
تسمى هذه العملية بClark’s process ويتم فيها إزالة الكالسيوم والمغنيسيوم بإضافة هيدروكسيد الكالسيوم (الجير) الذى يحول يرفع قيمة الpH فيتحول ثانى أوكسيد الكربون إلى بيكربونات ثم إلى كربونات والمرتبط بها الكالسيوم ليترسب على هيئة كربونات الكالسيوم … كما يترسب المغنسيوم على هيئة هيدروكسيد مغنسيوم Mg(OH)2 … لذا فهى عملية معاكسة للأنتى سكيلنت حيث أن الأخير يمنع ترسب هذه الأملاح … وإليك التفاعلات:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 —> 2CaCO3 + 2H2O
Mg (HCO3)2 + 2Ca(OH)2 —> 2Mg(OH)2 + 2CaCO3+ 2H2O
Mg SO4+ Ca(OH)2 —> 2Mg(OH)2 + CaSO4
Mg Cl2 + Ca(OH)2 —> Mg(OH)2 + CaCl2
وعملية الترسيب تتم فى تنك ترسيب عندما نضيف هذه الكيماويات على المياه الخام قبل الدخول فى المراحل التالية …
وهى عملية فعالة أيضاً فى إزالة العديد من العناصر الأخرى كالباريوم والاسترانشيوم إضافةً إلى الكائنات الميكروبية والمواد العضوية الذائبة خاصةً عندما يتم اقترانها مع عملية الFlocculation.
وبجانب الإضافة السابقة للجيرنضيف كربونات الصوديوم أوما نسميه بالSoda ash أورماد الصودا للتخلص من أملاح الكالسيوم الأخرى التى لا تتأثر بإضافة الجير مثل كلوريد الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم:
CaCl2 + Na2CO3 —> 2NaCl + CaCO3
CaSO4 + Na2CO3 —> Na2SO4 + CaCO3
وبهذا ففى نهاية العملية نكون قد “قللنا” من نسبة أملاح الكالسيوم والمغنسيوم الموجودة فى الماء بالترسيب بنسبة قد تصل إلى 85- 90 % … ولكن مازال هناك كمية من الأملاح المسببة للعسر مازالت متبقية ويجب التخلص منها بالطرق الأخرى المذكورة.
لذا لا يُمكن الاعتماد على هذه الطريقة فقط دون الاعتماد على الطرق الأخرى …
وهناك طريقة ذكرها المهندس مجدى السمان على المنتدى كالتالى:
“فى بعض المحطات يستخدم مفاعل بديل عن المروق ويتم وضع فيه كمية من الرمل الناعم جداً حوالى 250 كجم ومع استخدام هيدروكسيد الصوديوم يتم ترسيب العسر على ذرات الرمل وبعد 15 يوم يتم استخراج الرمل من المفاعل … وتكون كميته 15 طن … كل هذة الكمية عبارة عن عسر”.
2- إضافة الحمضAcidification :
كى نأصل الموضوع بكلام علمى … يجب أولاً الرجوع إلى مفهوم لانجيريه LSI … ونتذكر سوياً المعادلة العامة لحسابه والتى تقول:
LSI = pH (measured) – pHsat
وذكرنا أن الpH الأولى فى المعادلة هى التى تم قياسها بالجهاز فعلياً …
وأن الpHsat هو الرقم الهيدروجينى عند حالة التشبع بكربونات الكالسيوم … ويتم حسابها عن طريق المعادلة التالية:
pHsat = [9.3 + A + B] – [C + D]
وذكرنا أن الA هو ثابت يشير إلى الأملاح الكلية الذائبةTDS (يزيد مع زيادة الأملاح).
وأن ال B ثابت يشير إلى درجة الحرارة (يقل مع زيادة الحرارة والعكس صحيح).
وأن الC ثابت يشير إلى عسر الكالسيوم (يزيد بزيادة نسبة العسر والعكس صحيح).
من المعادلات السابقة نستنتج الآتى:
معامل لانجيريهLSI يزيد كلما زاد الرقم الهيدروجينى للعينة (يعنى كلما زادت القلوية).
كلما زادت الكالسيوم قلت قيمة الpHsat كلما زاد الLSI وأصبح موجب أكثر والعكس صحيح.
كلما زادت القلوية الكلية تزيد قيمة الD قلت قيمة الpHsat وزادت الLSI وزادت احتمالية تكون القشور.
فى ضوء ما ذكرناه … عند إضافة الحمض … اطلب منكم – أخوانى الكرام – أن تستنتج ما يطرأ على قيمة الLSI وبالتالى ميل المياه لتكوين الترسبات الكلسية ؟؟؟ الجواب لكم …
يتم استخدام مضخة حقن أحماض لخفض الpH إلى حدود 6.5 – 5.5 تبعاً للتوصية الشركة المصنعة للأغشية… وهذا بالفعل يساعد على نظافة الأغشية ومنع انسدادها حيث يمنع ترسب الأملاح وتحديداً كربونات الكالسيوم CaCO3 ويزيد من ذوبانيتها بجانب الأملاح الأخرى ويعتبرهذا الملح من أخطرالأملاح فى المياه الجوفية والسطحية… وهويترسب بسهولة عند pH أكبر من 8 …
وأن الD ثابت يشير إلى القلوية الكلية (M-Alkalinity) (يزيد مع زيادة القلوية والعكس صحيح).
بفرض أن مياه التغذية عند pH=8.5 …عند إضافة الحمض تقل الpH ونتجه معاً تجاه اليسار … فتقل احتمالية تكون أملاح الكربونات Carbonate (التى تزيد كلما اتجهنا يميناً) … فتزيد أملاح البيكرونات Bicarbonate ومع الزيادة فى الحمض تزيد نسبة حمض الكربونيك Carbonic acid (الذى يتكون من ثانى أوكسيد الكربون وماء) …
إذاً تحت رقم هيدروجينى 8 علمنا وأطمأننا أنه لا يوجد كربونات …
والبيكرونات المتواجدة عندما تدخل الأغشية تحت الضغط العالى تتكسر إلى ماء وثانى أوكسيد الكربون والذى يمر عبر الأغشية إلى المياه المنتجة (حيث أن أغشية التناضخ ليس لها القدرة على حجز الغازات الذائبة) ولذلك تنخفض الpH للمياه المنتجة…
و”بفرض” حدوث تفاعل بين حمض الهيدروكلوريك (أو حمض الكبريتيك) مع كربونات الكالسيوم فتكون نتائج التفاعلات كالتالى:
CaCO3 + HCl —>CaCl2 (dissolved) + HCO3
نلاحظ أن أملاح الكلوريدات الناتجة ذائبة تماماً فى الماء.
وحمض الهيدروكلوريك (HCl) يعتبر نموذجى فى نظام الRO ويسمى أيضاً muriatic acid …والبعض لا يُفضل استخدام حمض الهيدروكلوريك …بل يستخدم حمض الكبريتيك … لأن أقصى نقاوة لحمض الهيدروكلوريك تكون فى حدود 37 % ويحتوى أحياناً على شوائب وأملاح (مثل الحديد الذى يسبب ضرر بالغ فى انسداد الأغشية أو قد يحدث تواجد أحياناً للكلورين الذى يتلف الأغشية) والتجربة العملية هى خير دليل على رأى هؤلاء وهؤلاء …
انظر إلى تفاعل كربونات الكالسيوم مع حمض الكبريتيك:
CaCO3 + H2SO4—> CaSO4 + 2HCO3
وتتكون كبريتات الكالسيوم …
وللأمانة العلمية … التفاعلين السابقين نادران الحدوث نتيجة أن الحمض المحقون فى المعالجة الإبتدائية يكون بنسب قليلة جداً … مهمته الأساسية فقط خفض الpH للتأكيد على عدم وجود كربونات وتحولها إلى بيكرونات ذائبة كما قلنا وليس التفاعل معها …
وبفرض أن هذه التفاعلات تحدث فإن نواتجها أملاح كلوريدات تكون ذائبة فى الماء أو كبريتات
لها سرعة فى الترسب أقل من كربونات الكالسيوم .
وهناك أنواع من الأنتى سكيل مخصصة للتعامل مع كبريتات الكالسيوم بكفاءة أعلى من كربونات الكالسيوم … باختصار تم تيسير المهمة على الأستاذ أنتى سكيل فبدلاً من مواجهة عدو شرس وهو كربونات الكالسيوم … وضعنا أمامه عدو أضعف وهو كبريتات الكالسيوم!
ومما سبق يتبين لنا أن إضافة الحامض بالفعل تسهل عمل الأنتى سكيل وتزيد من كفاءته.
(بعض الشركات فى الوقت الحالى منعت إضافة الحامض تماماً واعتمدت على تطويرالأنتسكيل بغض النظرعن pH).
ومما سبق أيضاً يتبين لنا أن من عيوب استخدام حمض الكبريتيك امكانية تكون قشورعلى هيئة كبريتات مثل كبريتات الكالسيوم وكبريتات الباريوم وكبريتات الاسترانشيوم … وإن كانت هذه الأملاح أقل فى ترسبها من كربونات الكالسيوم … والحقيقة كما ذكرنا أن هذه التفاعلات لاتتم بصورة كبيرة … وتبقى خبرة العاملين بالوحدة وطبيعة المياه الخام هى الأساس …
كما لا يُفضل إضافة حمض عضوى كحمض السيتريك Citric acid لأنه سيكون عاملاً فى تكوين الOrganic fouling على الأغشية …
نقطة هامة:
من النقاش السابق يتضح لنا أن إضافة الحمض لا يُقلل العسر (الكالسيوم والمغنيسيوم) كما يعتقد البعض … لأن تركيزهما فى الماء لا يتأثر … وكل ما يفعله الحمض هومنع ترسبهما … وتحويلهما إلى صورة ذائبة … لذا فقياس العسرمعملياً قبل وبعد إضافة الحمض تقريباً متساوٍ.
ويتم حقن الحمض قبل فلاتر الMMF مع مياه التغذية فى حالة استخدام المروق للمساعدة فى أداء وظيفته… أومع الأنتى سكيل قبل فلاتر الكارتيردج …
3- إضافة الأنتى سكيل (مانع الترسيب)
Anti-scales أو (Scale inhibitor):
1- الأنتى سكيل له وظيفة عكس وظيفة المروق … فهو يتم استخدامه لعمل تأخير تكون بلورات الأملاح الغير عضوية (كالكربونات والكبريتات والسيليكات) ومنع ترسيبها على الأغشية (بالتحديد على مسام الأغشية) والحفاظ علي هذه الأملاح فى صورة ذائبة أورغوية غير متماسكة ومتنافرة وغير قالبة للإلتصاق بالأسطح لتحجز قبل الأغشية وهى فى صورتها الذائبة لتخرج مع مياه الريجيكت Salt reject … ولذلك يُسمى الأنتى سكيل أيضاً بالمشتت (Dispersant) …
2- عدم إضافة مانع الترسيب يؤدى إلى ترسب الأملاح على مسام الأغشية فيحدث بها سدد فتفسد (وقد تسد هذه الأملاح الأغشية فى أسابيع قليلة) ونضطر إلى تغييرها بسرعة …
3- اختيار نوع مانع الترسيب يعتمد على تحاليل المياه وجودتها وقد يصل العسر إلى عشرة آلاف جزء فى المليون! … لذا فرجاء … رجاء … رجاء … يجب التحليل المبدأى لمياه التغذية! لاختيار نوع المعالجة المناسبة ونوع الأنتي سكيل …(فكل ملح له مانع القشور مناسب له) …
4- يتم تحديد الجرعة كما ذكرنا تبعاً للشركة الموردة Supplier وهى التى تحدد ذلك بناءً على برنامج خاص بها ومنتجها وتبعاً لعدة معطيات الخاصة نوعية مياه التغذية وسرعة تدفقها والrecovery rate والpH المناسبة…إلخ
5- يتم حقن مانع الترسيب بعد فلاترالMMF وقبل فلاتر الكارتريدج أوبعدها … أما الحمض – كما قلنا – يتم حقنه قبل فلاتر الMMF مع مياه التغذية فى حالة استخدام المروق للمساعدة فى أداء وظيفته… أومع الأنتى سكيل قبل فلاتر الكارتريدج …
6- من الممكن الإستغناء عن إضافة الحامض فى حالة وجود أنتي سكيل قوى أو فى حالة انخفاض أملاح العسر فى المياه الخام والpH مثالية.
7- مانع الترسيب فى الغالب يتراوح ما بين 1.5 – 4 مجم/لتر (1.5- 4 جم/متر مكعب تغذية) أو يزيد على هذه النسبة تبعاً لطبيعة الأملاح فى مياه التغذية …ومن الممكن استخدامه حتى مع التركيزات العالية من العسر (1000 جزء فى المليون مثلاً) … وحسابات الأنتى سكيل سيتم إن شاء الله فى نهاية الكورس.
8- يُنصح بالأنتى سكيلنت لوكان الريكافرى(Recovery) أو المياه المنتجة من الأغشية فوق 35%
قصة الأنتى سكيل مع الpH!:
نضع هنا قواعد لعلاقة الأنتى سكيل مع الpH … فنقول أن يوجد عدة حالات:
1- أنواع من الأنتى سكيل لا تعمل إلا فى pH منخفضة … لذلك يتم إضافة حمض معها (ويتم تقليل الLSI).
2- أنواع من الأنتى سكيل لها pH أصلاً منخفضة (قد تصل إلى 2 – 2.5) وتقوم مقام الحمض.
3- هناك أنتى سكيل قلوى يرفع الpH ويعمل على عدم ترسيب أملاح الكالسيوم والمغنسيوم بآلية خاصة (بالرغم من أن ارتفاع الpH يسبب الترسيب).
3- أنواع لا علاقة لها بالpH وتعمل بنفسها بغض النظر عن الpH … خاصة لو كانت رغبة العميل عدم إضافة أى حمض قبل الأغشية.
مداخلة المهندس محمد النجدى:
كل مادة كميائية لها pH تكون فعالة عندها … بمعنى عند pH معين بتكون هذه المادة فى أقصى نشاطها … فعلى سبيل المثال يوجد أنتى سكيل بيعمل عند pH أقل من 6 وهذا غالباً يكون للمياه البراكش (Brackish water) …وأنواع أخرى بتعمل عند pH عالية( 8 – 8.5) ونعرف ذلك من خلال MSDS للمادة المستخدمة (يجب على المورد تقديمها للعميل)… وهذا فى الغالب يكون مع مياه الأملاح العالية … وهذا كله يرجع إلى تصميم المحطة والمادة اللى بينصح بها المصمم طبقاً إلى التحاليل التفصيلية للمياه الخام …
من أمثلة الأنتى سكيل:
من أمثلة موانع الترسيب Sodium hexameta phosphate (SHMP) والفوسفات العضوى Organophosphate وهو أفضل وأكثر ثباتاً من الأول … بالإضافة لعشرات الأنواع الأخرى.
وأغلب أنواع موانع الترسيب هى مواد بوليمر تأخذ أسماءً تجارية Brand or trade name تبعاً للشركة التى تنتجها مثل:
Nalco – Flocon – bci – CMDC – SWTC – Osmotech – Gensys – Le – bw 30 – PTPO 1000 – MD 220 – PC 196
مثال مشهورللأنتى سكيل هومركب البلجراد (الإسم التجارى لمتعدد الكربوكسيلات) للتحكم فى ترسبات كربونات الكالسيوم وهيدروكسيد الماغنيسيوم…
ونرحب هنا بخبراتكم وتعليقاتكم على موضوع إضافة الحمض والأنتيسكيل وأنواعه …
م/وليد السيد