به اصطلاح سختی کربنات حدی (Hj) به مقدار بحرانی اشاره دارد که در آن CaCO₃ تحت شرایط و دماهای کیفیت آب خاص رسوب نمی کند، جایی که CO₂ آزاد یا وجود ندارد یا حداقل است. به طور معمول، در سیستم های آب خنک کننده، این مقدار از 2 تا 4.5 میلی گرم معادل در لیتر متغیر است. با این حال، با افزودن بازدارنده های اسید و رسوب، یک سیستم آب خنک کننده می تواند سطوح سختی کربنات بالاتری را حفظ کند. این مقاله رابطه بین بازدارنده های مقیاس برای آب خنک کننده و سختی کربنات حد را توضیح می دهد و اطلاعات مفیدی را برای متخصصان تصفیه آب ارائه می دهد.
1. افزودن اسید و محدود کردن سختی کربنات
با افزودن اسید به آب آرایشی، سختی کربنات به سختی غیر کربناته با حلالیت بالاتر (مانند CaSO₄ و CaCl₂) تبدیل می شود که سختی کربنات آب در گردش را تا سطحی کمتر از سختی کربنات حد کاهش می دهد و در نتیجه از پوسته پوسته شدن جلوگیری می کند. واکنش های شیمیایی به شرح زیر است:
همانطور که در فرمول زیر نشان داده شده است، به اشتراک روشی برای محاسبه مقدار اسیدی که باید اضافه شود بر اساس سختی کربنات و سختی کربنات حدی (Hj) ادامه دهید.
در فرمول:
G مقدار اسید اضافه شده، کیلوگرم در ساعت است.
E جرم مولی اسید است، برای اسید سولفوریک، E = 49، و برای اسید هیدروکلریک، E = 36.5.
Qm حجم آب تکمیلی آب خنک کننده در گردش، m³/h است.
α غلظت اسید است.
HB سختی کربنات آب تکمیلی، mmol/L است.
H'B سختی کربنات آب تکمیلی پس از تصفیه اسیدی، mmol/L است.
H'B را می توان به صورت زیر محاسبه کرد.
در فرمول: N مضرب غلظت است. Hj سختی کربنات محدود کننده سیستم آب خنک کننده در گردش، بر حسب میلی مول در لیتر است.
سختی کربنات حدی آب در گردش پس از افزودن اسید، بدون بازدارنده رسوب را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:
در فرمول، [O] نشان دهنده مصرف اکسیژن، بر حسب میلی گرم در لیتر است. t نشان دهنده دمای آب در گردش، در ℃ است.
Hf′ سختی غیر کربناته پس از تیمار با اسید اضافه شده به آب تکمیلی بر حسب میلی مول در لیتر است و با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه است:
2. استفاده از بازدارنده های مقیاس با درمان اسیدی برای محدود کردن سختی کربنات
هنگام استفاده از تیمار اسیدی برای محدود کردن سختی کربنات در ارتباط با بازدارندههای مقیاس، نوع بازدارنده مقیاس مورد استفاده باید مقدار Hj مناسب را تعیین کند. مهارکننده های رایج مقیاس شامل پلی فسفات ها، فسفونات های آلی (نمک ها) و اسیدهای پلی اکریلیک هستند.
مهارکننده های مقیاس پلی فسفات
پلی فسفات ها در درجه اول به پلی فسفات سدیم اشاره دارند که اشکال رایج آن هگزامتافسفات سدیم (همچنین به عنوان پلی متافسفات سدیم شناخته می شود) و تری پلی فسفات سدیم است. این بازدارنده ها ذرات کلوئیدی را پراکنده و تثبیت می کنند و دارای قابلیت کیلاسیون قوی برای یون های کلسیم و منیزیم هستند. پلی فسفات سدیم نه تنها به عنوان یک بازدارنده مقیاس عمل می کند، بلکه دارای خواص مهار خوردگی نیز می باشد. خواص خاص بسته به ساختار مولکولی [NaPO₃] متفاوت است ان ، که در آن مقدار n مشخصه ها را تعیین می کند. هگزامتافسفات سدیم دارای فرمول شیمیایی [NaPO₃]₆ONa₂ است و پلیمری از متافسفات سدیم (NaPO₃) است. هنگامی که به عنوان یک بازدارنده مقیاس استفاده می شود، سختی کربنات محدود کننده Hj آب در گردش را می توان با فرمول زیر تخمین زد. دوز معمولی هگزامتافسفات سدیم از 1 تا 5 میلی گرم در لیتر متغیر است که حد بالایی آن برای آب با سختی کربنات بالا استفاده می شود. تری پلی فسفات سدیم (Na₅P₃O₁₀) توانایی قوی در کلات کردن یون های کلسیم با دوز معمولی 2 تا 5 میلی گرم در لیتر و Hj = 5 میلی مول در لیتر دارد.
اشکال پلی فسفات ها تمایل آنها به تجزیه به ارتوفسفات ها در آب است، فرآیندی که به عنوان هیدرولیز پلی فسفات شناخته می شود. درجه هیدرولیز تحت تأثیر عواملی مانند pH، دما، زمان و فعالیت میکروبی است. هیدرولیز با دمای آب و زمان تماس همبستگی مثبت دارد، اگرچه با سرعت نسبتاً آهسته رخ می دهد، با نرخ هیدرولیز معمولی بین 11٪ تا 35٪.
فسفونات های آلی و نمک های آنها
این بازدارنده های مقیاس موثر هستند و همچنین مهار خوردگی را فراهم می کنند و آنها را به بازدارنده های دو منظوره تبدیل می کنند. بسیاری از خواص آنها شبیه پلی فسفات ها هستند، اما پایدارتر هستند و حتی در دماهای بالاتر کمتر مستعد هیدرولیز هستند. با این حال، فسفونات های آلی می توانند برای مس خورنده باشند، بنابراین برای استفاده در سیستم های مبدل حرارتی مس مناسب نیستند. فسفونات های آلی رایج و نمک های آنها که در داخل کشور استفاده می شوند عبارتند از هیدروکسی اتیلیدین دی فسفونیک اسید (HEDP)، آمینو تری متیلن فسفونیک اسید (ATMP) و اتیلن دی آمین تترا (متیلن فسفونیک اسید) (EDTMP). هنگامی که این مهارکننده ها همراه با پلی فسفات ها استفاده می شوند، می توانند اثر هم افزایی داشته باشند و سختی کربنات محدود کننده آب در گردش را بهبود بخشند و دوز هر عامل را کاهش دهند. سختی کربنات محدود کننده معمولی برای این بازدارنده ها به شرح زیر است:
HEDP: Hj = 8 میلی مول در لیتر
ATMP: Hj = 9 میلی مول در لیتر
EDTMP: Hj = 8 میلی مول در لیتر
پلیمرهای پلی کربوکسیلات
پلیمرهای پلی کربوکسیلات پلیمرهای حاوی گروه های عاملی کربوکسیل (گروه های کربوکسیل) یا مشتقات اسیدهای کربوکسیلیک هستند. آنیون کربوکسیلات (COO⁻) ویژگی های این پلیمرها را تعیین می کند، جایی که M نشان دهنده یک کاتیون تک ظرفیتی، هیدروژن یا یک گروه آمین است. پس از وارد شدن به آب، گروه کربوکسیلات به COO⁻ و M⁺ تجزیه می شود و COO⁻ مسئول مهار مقیاس است. مهارکننده های رایج مقیاس پلی کربوکسیلات مورد استفاده در داخل کشور عبارتند از پلی اکریلیک اسید، پلی آکریلات سدیم، پلی متیل متاکریلات، کوپلیمرهای اکریلیک اسید و هیدروکسی پروپیل آکریلات، کوپلیمرهای اکریلیک اسید و آکریلات ها، و پلی هیدرولیز شده (مالئیک اسید) (انیدرید). دوزهای معمولی و مقادیر سختی کربنات محدود کننده مربوطه به شرح زیر است:
پلی اکریلیک اسید: 1–9 mg/L، Hj = 5.5–10 mmol/L
پلی آکریلات سدیم: 1–8 mg/L، Hj = 5.8–9 mmol/L
پلی (اسید مالئیک): 1–5 mg/L، Hj = 5–8.5 mmol/L
خلاصه
با کنترل سختی کربنات محدود کننده در سیستم های آب خنک کننده در گردش می توان از تشکیل رسوب جلوگیری کرد. استفاده از روشهای بالا برای محاسبه دوز مناسب اسیدها و بازدارندههای رسوب، همراه با سختی کربنات محدود کننده مجاز سیستم در شرایط عملیاتی خاص، به جلوگیری از مشکلات پوسته پوسته شدن و همچنین کاهش هزینههای شیمیایی کمک میکند.
