Apa yang dipanggil kekerasan karbonat had (Hj) merujuk kepada nilai kritikal di mana CaCO₃ tidak memendakan di bawah keadaan dan suhu kualiti air tertentu, di mana CO₂ bebas sama ada tiada atau minimum. Biasanya, dalam sistem air penyejuk, nilai ini berkisar antara 2 hingga 4.5 mg bersamaan/L. Walau bagaimanapun, dengan menambahkan perencat asid dan skala, sistem air penyejuk boleh mengekalkan tahap kekerasan karbonat yang lebih tinggi. Artikel ini menerangkan hubungan antara perencat skala untuk air penyejuk dan kekerasan karbonat had, memberikan maklumat berguna untuk profesional rawatan air.
1. Penambahan Asid dan Hadkan Kekerasan Karbonat
Dengan menambahkan asid pada air solek, kekerasan karbonat ditukar kepada kekerasan bukan karbonat dengan keterlarutan yang lebih tinggi (seperti CaSO₄ dan CaCl₂), yang mengurangkan kekerasan karbonat air yang beredar ke tahap di bawah kekerasan karbonat had, dengan itu menghalang penskalaan. Tindak balas kimia adalah seperti berikut:
Teruskan berkongsi kaedah untuk mengira jumlah asid yang akan ditambah berdasarkan kekerasan karbonat dan kekerasan karbonat had (Hj), seperti yang ditunjukkan dalam formula berikut.
Dalam formula:
G ialah jumlah asid yang ditambah, kg/j;
E ialah jisim molar asid, untuk asid sulfurik, E = 49, dan untuk asid hidroklorik, E = 36.5;
Qm ialah isipadu air tambahan bagi air penyejuk yang beredar, m³/j;
α ialah kepekatan asid;
HB ialah kekerasan karbonat air tambahan, mmol/L;
H′B ialah kekerasan karbonat air tambahan selepas rawatan asid, mmol/L.
H′B boleh dikira seperti berikut.
Dalam formula: N ialah gandaan kepekatan; Hj ialah kekerasan karbonat yang mengehadkan sistem air penyejuk yang beredar, dalam mmol/L.
Had kekerasan karbonat air yang beredar selepas menambah asid, tanpa perencat skala, boleh dikira menggunakan formula berikut:
Dalam formula, [O] mewakili penggunaan oksigen, dalam mg/L; t mewakili suhu air yang beredar, dalam ℃.
Hf′ ialah kekerasan bukan karbonat selepas rawatan dengan asid ditambah kepada air tambahan, dalam mmol/L, dan boleh dikira menggunakan formula berikut:
2. Penggunaan Perencat Skala dengan Rawatan Asid untuk Mengehadkan Kekerasan Karbonat
Apabila menggunakan rawatan asid untuk mengehadkan kekerasan karbonat bersama-sama dengan perencat skala, jenis perencat skala yang digunakan harus menentukan nilai Hj yang sesuai. Inhibitor skala biasa termasuk polifosfat, fosfonat organik (garam), dan asid poliakrilik.
Perencat Skala Polifosfat
Polifosfat terutamanya merujuk kepada natrium polifosfat, bentuk yang biasa digunakan ialah natrium heksametafosfat (juga dikenali sebagai natrium polimetafosfat) dan natrium tripolifosfat. Inhibitor ini menyebarkan dan menstabilkan zarah koloid dan mempunyai keupayaan chelation yang kuat untuk ion kalsium dan magnesium. Natrium polifosfat bukan sahaja berfungsi sebagai perencat skala tetapi juga mempunyai sifat perencatan kakisan. Sifat khusus berbeza-beza bergantung pada struktur molekul [NaPO₃] n , di mana nilai n menentukan ciri-ciri. Natrium heksametafosfat mempunyai formula kimia [NaPO₃]₆ONa₂ dan merupakan polimer natrium metafosfat (NaPO₃). Apabila digunakan sebagai perencat skala, kekerasan karbonat yang mengehadkan Hj air yang beredar boleh dianggarkan dengan formula berikut. Dos biasa natrium heksametafosfat adalah antara 1 hingga 5 mg/L, dengan had atas digunakan untuk air dengan kekerasan karbonat yang tinggi. Natrium tripolifosfat (Na₅P₃O₁₀) mempunyai keupayaan kuat untuk mengelat ion kalsium, dengan dos biasa 2 hingga 5 mg/L, dan Hj = 5 mmol/L.
Kelemahan polifosfat ialah kecenderungannya untuk terurai menjadi ortofosfat dalam air, satu proses yang dikenali sebagai hidrolisis polifosfat. Tahap hidrolisis dipengaruhi oleh faktor seperti pH, suhu, masa, dan aktiviti mikrob. Hidrolisis berkorelasi positif dengan suhu air dan masa sentuhan, walaupun ia berlaku pada kadar yang agak perlahan, dengan kadar hidrolisis biasa antara 11% dan 35%.
Fosfonat Organik dan Garamnya
Perencat skala ini berkesan dan juga menyediakan perencatan kakisan, menjadikannya perencat dwiguna. Banyak sifatnya serupa dengan polifosfat, tetapi ia lebih stabil dan kurang terdedah kepada hidrolisis, walaupun pada suhu yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, fosfonat organik boleh menghakis kepada kuprum, jadi ia tidak sesuai untuk digunakan dalam sistem penukar haba kuprum. Fosfonat organik biasa dan garamnya yang digunakan di dalam negara termasuk asid hidroksietiliden difosfonik (HEDP), asid aminotrimethylene phosphonic (ATMP), dan ethylenediaminetetra (asid methylenephosphonic) (EDTMP). Apabila digunakan bersama polifosfat, perencat ini boleh mempunyai kesan sinergistik, meningkatkan kekerasan karbonat yang mengehadkan air yang beredar dan mengurangkan dos setiap agen. Kekerasan karbonat pengehad biasa untuk perencat ini adalah seperti berikut:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polimer Polikarboksilat
Polimer polikarboksilat ialah polimer yang mengandungi kumpulan berfungsi karboksil (kumpulan karboksil) atau terbitan asid karboksilik. Anion karboksilat (COO⁻) menentukan ciri-ciri polimer ini, di mana M mewakili kation monovalen, hidrogen, atau kumpulan amina. Selepas dimasukkan ke dalam air, kumpulan karboksilat berpecah kepada COO⁻ dan M⁺, dengan COO⁻ bertanggungjawab untuk perencatan skala. Perencat skala polikarboksilat yang biasa digunakan di dalam negara termasuk asid poliakrilik, natrium poliakrilat, polimetil metakrilat, kopolimer asid akrilik dan hidroksipropil akrilat, kopolimer asid akrilik dan akrilat, dan poli terhidrolisis (asid maleik) (anhidrida). Dos biasa dan nilai kekerasan karbonat had yang sepadan adalah seperti berikut:
Asid poliakrilik: 1–9 mg/L, Hj = 5.5–10 mmol/L
Natrium poliakrilat: 1–8 mg/L, Hj = 5.8–9 mmol/L
Poli(asid maleik): 1–5 mg/L, Hj = 5–8.5 mmol/L
Ringkasan
Dengan mengawal kekerasan karbonat yang mengehadkan dalam sistem air penyejuk yang beredar, pembentukan skala boleh dihalang. Menggunakan kaedah di atas untuk mengira dos asid dan perencat skala yang sesuai, bersama-sama dengan kekerasan karbonat mengehadkan sistem yang dibenarkan di bawah keadaan operasi tertentu, membantu mencegah isu penskalaan sambil juga mengurangkan kos kimia.
