قلیائیت

درحال مشاهده: قلیائیت

ادعونی اهدای خون

قلیائیت

۱۳۹۰/۰۵/۱۷

2:30

امیرحسین ستوده بیدختی

قلیائیت به مقدار یونهایی که در آب وجود دارند و برای خنثی کردن یونهای هیدروژن در واکنش شرکت می کنند، اطلاق می شود. بدین ترتیب قلیائیت معیاری برای توانایی آب جهت خنثی سازی اسیدها به حساب می آید.

اجزای تشکیل دهنده قلیائیت در جدول زیر آمده است. این ترکیبات از تجزیه مواد معدنی موجود در خاک بوجود می آیند. فسفات می تواند از شویندها در خروجی فاضلابها، از کودهای شیمیایی و حشره کشها در زمین کشاورزی نیز بدست آید. سولفید هیدروژن و آمونیاک می تواند محصولات تجزیه میکروبی مواد آلی باشند.

HS^-	HPO₄^-2	HSiO₃^-
HCO₃^-	NH₃	H₂PO₄^-
H₂BO₃^-	OH^-	CO₃^-2

معروفترین اجزای قلیائیت به ترتیب اهمیت عبارتند از

1.بی کربنات

2.کربنات

3.هیدرواکسید

اجزای نامبرده علاوه بر منشا معدنی می توانند از دی اکسید کربن اتمسفر و از تجزیه میکروبی مواد آلی بدست آیند. مقادیر نسبی کونه های قلیائیت بستگی به PH دارند. بنابراین دانستن قلیائیت آب، مکمل دانستن PH آب است. اکتیویته غلظت یون هیدروژن یک محلول را به نام پتانسیل هیدروژن و یا PH نام نهاده اند.

PH آب معرف قدرت اسیدی آب بوده ولی قلیائیت آب ومعرف مقاومت آب در برابر تغییر PH است. ابی که حاوی ppm 1گاز دی اکسید کربن 10ppm قلیائیت باشد دارای همان PH آب است که حاوی 10ppm گاز دی اکسید کربن و 100ppm قلیائیت است اما اگر به آب اولی 4ppm از گاز دی اکسید کربن اضافه کنیمPH آن کاملا تغییر خواهد نمود ولی اگر به آب دومی همان مقدار از گاز دی اکسید کربن اضافه کنیم، تغییر PH قابل توجه نیست و این موضوع معرف نقش قلیائیت در تولید محیط بازی در آب است.

قلیائیت آب طبیعی برابر با مجموع غلظت یون بی کربنات و هیدرواکسید است.

غلظت آنیونهای دیگر مانند فسفات یا سیلیکات در مقایسه با غلظت این سه یون قابل صرفه نظر کردن هستند. در تصفیه آب نه فقط دانستن مجموع غلظت آنیونهای تشکیل دهنده قلیائیت مهم است بلکه دانستن غلظت هر یک از آنیونها مهم است. از این رو با اندازه گیری دو نوع قلیائیت، غلظت هر یک از سه آنیون تشکیل دهنده قلیائیت مشخص می شود. لازم به ذکر است سه آنیون تشکیل دهنده قلیائیت آب نمی تواند همزمان وجود داشته باشند زیرا غلظت OH در PH های بالاتر از 5/10 و غلطت HCO₃^- درPH های کمتر از 10 و غلظت CO₃^-2در PH های بزرگتر از 10 قابل توجه می شوند.

انواع قلیائیت:

1.قلیائیت ساده (قلیائیت نسبت به فنل فتالئین)

2.قلیائیت کل (قلیائیت نسبت به متیل اورانژ)

محدودیتهای قلیائیت:

اثرات منفی قلیائیت در مقادیر زیاد طعم تلخی به آب می دهد. در عین حال نگرانی اساسی در مورد آب قلیائی واکنشهایی است که می توانند بین قلیائیت و بعضی از کاتیونها در آب رخ دهد. رسوب حاصل می تواند باعث مسدود شدن لوله ها و دیگر ملزومات شبکه آبرسانی شود. لازم به ذکر است هر چه قلیائیت ساده کمتر و قلیائیت کل بیشتر باشد، PH آب کمتر است و هر چه قلیائیت ساده بیشتر شود PH آب بیشتر است و این نکته قابل انتظار است چرا که قلیائیت ساده معرف غلظت یونهای هیدرواکسید و کربنات است که در PH های خیلی قلیایی دارای غلظت قابل توجه است.

قلیائیت زدایی Dealkalization

معمولا شرایط بهره برداری در مورد دیگهای بخار و یا آبهای فرایندی، حکم می کند که مقادیر سختی و قلیائیت کاهش داده شوند ولی حذف دیگر املاح لازم نیست. سختی گیری زئولیتی، قلیائیت را کاهش نمی دهد و در عمل نیز نمک زایی هزینه زیادی دارد. در چنین شرایطی فرایند قلیائیت زایی بکار برده می شود.

قلیائیت زایی از نوع زئولیت سدیم/ زئولیت هیدروژن (جریان تقسیم شده) و با قلیائیت زایی کلرید-آنیونی و قلیائیت زایی با کاتیون گر ضعیف، روشهای معمول برای این کار هستند.

قلیائیت زدایی زئولیت سدیم/ زئولیت هیدروژن

در قلیائیت زدایی از این نوع، جریان دو قسمت می شود. یک قسمت از آب خام، از داخل یک سختی گیر زئولیت سدیمی و قسمت دیگر جریان نیز از یک رزینی کاتیونی قوی که سیکل هیدروژن دارد عبور داده می شود. خروجی سختی گیر زئولیت سدیم با خروجی تبادل کننده زئولیت هیدروژن مخلوط می گردد. خروجی از زئولیت هیدروژن حاوی اسیدکربنیک است که از واکنش قلیائیت آب خام حاصل می شود و علاوه براین مشابه اسیدهای آلی معدنی است. در زمانی که دو نوع خروجی با هم مخلوط می شوند، اسیدهای آزاد که از خروجی زئولیت هیدروژن به دست آمده اند، بی کربنات سدیم درخروجی سختی گیر تغییر شکل می دهند.

اسید کربنیک ناپایدار است و تبدیل به گاز کربنیک آب می شود. آب مخلوط به گاز زدا فرستاده می شود که در این دستگاه، گاز گربنیک به وسیله دمیده شدن معکوس هوا در آب، از آن جدا شده و خارج می گردد.(شكل زير) میزان قلیائیت در آب مخلوط با تغییر در درصد مخلوط نسبت به هر کدام از خروجیها، قابل کنترل است. درصد بیشتر زئولیت سدیم، قلیائیت آب مخلوط را کاهش خواهد داد. در این فرایند علاوه بر کاهش قلیائیت، از مقدار کل نمکهای محلول نیز کاسته می شود. این مطلب در مورد آبهایی که قلیائیت نسبتا زیادی دارند بسیار مهم است زیرا این گونه آبها دارای هدایت الکتریکی زیادی هستند که محدودیتهایی برای سیکل غلظت دیگهای بخار به وجود می آورد.

قلیائیت زدایی از نوع زئولیت سدیم/آنیون کلرید

رزینهای آنیونی قوی با سیکل یون کلرید نیز در قلیائیت زایی آب قابل استفاده هستند. در این روش آب از یک سختی گیری زئولیتی عبور داده می شود و سپس به یک تبادل کننده آنیونی تبادل کننده آنیونی وارد می گردد که در آن کربناتها، بی کربناتها، سولفاتها، نیتراتها با یون کلرید تبادل نمایند.

قلیائیت زدایی کلریدی، قلیائیت را تا 90 درصد کاهش می دهد ولی نمکهای محلول کل را تغییر نمی دهد. وقتی رزین به نقطه اشباع نزدیک می شود قلیائیت آب خروجی به شدت افزده می گرددو نشان می دهد باید عمل احیا انجام شود.

سختی گیری زئولیتی به همان ترتیبی که قبلا اشاره شد احیا می شود. رزین آنیونی با محلولی از نمک طعام احیا می گردد و رزین به حالت کلریدی باز می گردد.

معمولا مقدار جزئی از سود نیز به محلول آب و نمک اضافه می شود تا حد قلیائیت را بهبود بخشد.

قلیایت زدایی با رزین کاتیونی ضعیف

یک روش دیگر برای قلیائیت زدایی استفاده از رزینهای کاتیونی ضعیف است. رزینهای کاتیونی ضعیف از حیث بهره برداری شبیه رزینهای کاتیونی قوی هستند اما فقط با کاتیونهایی که با کاتیونهایی که به قلیائیت مربوط هستند تبادل یونی می کنند.

آب برای تصفیه با این روش، آبی است که میزان قلیائیت و سختی آن بر حسب caco₃ با هم برابر باشند. در آبهایی که در آنها قلیائیت، بیشتر از سختی است، قلیائیت تا حداقل مقدار ممکن حذف نمی شود. در آبهایی که سختی بیشتری دارند، مقدار سختی در آب تصفیه شده باقی می ماند. معمولا چنین آبی با یک سختی گیر زئولیتی تصفیه تکمیلی شود تا سختی زدایی کامل شود. در مراحل اولیه در اولین راه اندازی تبادل کننده کاتیونی ضعیف (60-40 درصد) مقداری از کاتیونهایی که مربوط به اسیدهای معدنی قوی هستند نیز تبادل می شوند و در آب خروجی اسیدهای معدنی حضور خواهند داشت. با پیشرفت دوره بهره برداری، قلیائیت در آب خروجی افزوده می شود. وقتی این قلیائیت به مقدار 10 درصد از قلیائیت آب ورودی برسد، واحد متوقف می گردد و عمل احیا با محلول 5/0 درصد اسید سولفوریک شروع می شود. غلظت محلول اسید باید در محدوده 7/0-5/0 در صد کنتل شود تا از رسوب سولفات کلسیم در رزین جلوگیری شود. رزینهای کاتیونی ضعیف بازده تبادل یونی بسیار خوبی دارند لذا مقدار اسید لازم برای عمل احیا تقریبا با مقدار کاتیونها گرفته شده در دوره بهره برداری برابر است.

اگر مواد اولیه به کار رفته در تجهیزات پایین دستی و یا نوع فرایندهایی که آب تصفیه شده را بکار می برند در مقابل حالت اسیدی که در آب تصفیه شده در مرحل اولیه بهره برداری و در اولین راه اندازی وجود دارد، مقاومت نداشته باشند، در آن صورت محلولی از آب و نمک در مرحله احیای رزین و قبل از مرحله شستشو نهایی از رزین عبور داده می شود. این محلول در کیفیت آب محصول تاثیر مهمی ندارد ولی اسیدهای حاصل را خنثی خواهد نمود. دستگاههایی برای قلیائیت زداهای قوی به کار برده می شود شبه آنهای است که برای تبادل کننده های کاتیونی قوی به کار برده می شوند به جز نوع رزین که متفاوت است، به جز طراحی استاندارد، در یک نوع طراحی، از یک نوع لایه رزین کاتیونی ضعیف بر روی بستر رزین کاتیونی قوی به کار می رود. نظر به اینکه رزین کاتیونی ضعیف سبک تر است، در بالای بستر رزین کاتیونی قوی باقی می ماند. این بستر لایه لایه در ابتدا با اسید سولفوریک و سپس با محلول نمک طعام احیا می شود. محلول آب و نمک رزینهای کاتیونی قوی را به حالت سدیمی تغییر می دهد و این رزین به عنوان عامل تبادل یونی عمل می کند.

تزریق مستقیم اسید

در روش تزریق مستقیم اسید، برای تبدیل قلیائیت به اسید کربنیک، از تزریق اسید استفاده می شود. اسید کربونیک به گاز کربنیک و آب تجزیه می شود و گاز کربنیک در گاز زدایی استفاده می شود. تزریق اسید بایستی با دقت انجام گیرد زیرا اضافه شدن بیش از حد اسید،PH آب حاصل را کاهش می دهد و آب خوراک دیگ بخار اسیدی می گردد که باعث ایجاد خوردگی در سطوح فلزی سیستم آب خوراک دیگ بخار خواهد شد. کنترل PH و مقدار سود اضافه شده بعداز عمل کربنات زدایی مهم است.

مزایا و محدودیتهای سیستمهای قلیائیت زدایی

سیستم قلیائیت زدایی از نوع تبادل یونی، آبی را تولید می کند که بدون سختی، به ندرت قلیائیت پایینی دارد و هزینه این سیستم نیز منطقی است و در عین حال، روشی قابل اعتماد است. آب حاصل برای کاربرد در دیگهای بخار با فشار پایین و متوسط و بسیاری از فرایندهای شیمیایی مناسب است. روشهای جریان تقسیم شده و رزینهای کاتیونی ضعیف، میزان کل نمکهای حاصل را کاهش می دهند. به طور کلی معایب زیر را باید در نظر گرفت:

قلیائیت زداها تمام قلیائیت را از بین نمی برند و اثری بر روی سیلیکا ندارند.

در مورد قلیائیت زداها همان نکاتی را در مورد آب ورودی سیستمهای تبادل کننده یونی باید رعایت شد باید در نظر داشت.(مثل فیلتر کردن)

در سیستمهای قلیائیت زدایی عموما گاز کربنیک در یک گاز زدا با اعمال جریان هوای معکوس از آب زدوده می شود، بنابراین آب حاصل، از اکسیژن اشباع است وبه این علت خورنده خواهند بود.

منابع:

اصول تصفیه و بهداشت آب- مهندس امیربیگی – اندیشه رفیع-نوبت دوم 1385

تکنولوژی تصفیه آبهای صنعتی به روش رزینی- مهندس محمد رضا نفری- سرسبز-چاپ اول 1382