מרכך H+ כפתרון לבעיות האבנית במגדלי קירור
בתנאי האקלים הישראלי מערכות קירור, שעובדות בשיטת ה – CT) COOLING TOWER) הן בעלות שימוש נרחב.
המים במערכות אלו משמשים לקירור. מערכות כאלו משמשות גם בתעשייה וגם לקירור בניינים וקניונים.
כידוע, ניצול המים במערכות אילו, יוצר מספר בעיות, שהעיקריות הן היווצרות אבנית וקורוזיה.
בין מגוון התרכובות הנוצרות במגדל הקירור, קלציום קרבונט (CACO3) אופייני ביותר לתנאי עבודות מגדל קירור.
מסיסות ריאלית של CACO3, שהוגדרה בדרך של חישוב, יש הערכה של לא יותר מ – meqv/l 0.5 או 25 מג"ל.
זאת אומרת, שתנאי היווצרות אבנית בהתאם לתיאוריה של מסיסות, היחס יהיה: Ca⁺²]*[CO3^-2]>25²>625].

למניעת היווצרות אבנית, ישנן שיטות שונות לטיפול במים. השיטות המקובלות ביותר הן:

• טיפול במים על ידי כימיקלים – אנטיסקלנטים (CHEM).
• טיפול במים עם כימיקלים בצירוף טיפול חומצה (CHEM+AC).
• ריכוך מים בשיטת מחליפי יונים על בסיס שרף קטיוני חזק (Na+cat).
• הזנת מי אוסמוזה למגדלי קירור (RO).

בכל אחד מהן יש מספר חסרונות מהותיים, כשהעיקרי הוא ההוצאה הגבוהה לכימיקלים (אנטיסקלנט, חומצה, מלח, הוצאות חשמל וכו').
לאור הנ"ל, ברצוני להצביע על טכנולוגיה מתפתחת לריכוך מים בשיטה של מחליפי יונים אבל בעזרת שרף קטיוני חלש, שנקרא [+H]. ייחודו של סוג השרף הזה הוא ביכולתו לקליטת יונים של קשיות (Ca+2,Mg+2) באקוויוולנט לאלקליות, שרף זה מרענון עם חומצה.

לדוגמה, אם במי רשת הקשיות היא 250PPM ואלקליות 180PPM, השרף יוריד את האלקליניות לרמה של כמעט אפס, ואת הקשיות יוריד גם ב-180 מג"ל, הקשיות אחרי ריכוך תהווה כ-70PPM.

שימוש בטכנולוגיה

תוצאות המחקר ושימוש בטכנולוגיה הנ"ל מבטיח את התנאים למניעת היווצרות אבנית, דהיינו:

• ירידה בו זמנית של קשיות ואלקליות.
• קשיות ובעיקר סידן יורדים במכפלות 3-5.
• האלקליות יורדת באופן משמעותי במכפלות של 5-7.
• מוליכות המים הרכים יורדת במכפלות של 1.4-1.6.

טכנולוגיית H+ מאפשרת להגדיל את יחס ההתרכזות במי המגדל עד לרמה של 5-7.
כל האמור לעיל בא לידי ביטוי והוכחה בניצול של מתקני +H בספיקות שונות מ 3 ועד של 8 מק"ש.

תרשים מס' 1 – שינוי איכות המים במשך הטיפול

בתרשים 1 ניתן לראות עקומות של שינויים בקשיות (TH), סידן (Ca⁺²) ) , ואלקליות (AL) ב- (meq/l 1meq/l=50ppm) כתלות בכמות מים רכים במשך מחזור. כן נצפה שבתחילת המחזור (2 מ-5% מ- V) הערכים של H ו-Ca⁺² יורדים בהדרגה עד ערך מסויים, לאחר מכן התהליך יוצר יציבות למשך הריכוך עד שהקשיות מתחילה לגדול בעיקר על חשבון היונים Mg⁺².
הגדלת היונים של הסידן היא בלתי ניכרת ובסוף המחזור יכולה להגיע רק עד meq/l 1.2-1.3.
הגדלת הקשיות על חשבון היונים MG+2 איננה מסוכנת להיווצרות אבנית, מכיוון שכל המלחים של המגנזיום מסיסים במים.
המים הרכים אינם קורוזיביים בתהליך קירור במגדל מאחר שירידת ה-PH נובעת בגלל שימוש בחומצה חלשה של H₂CO₃ , אשר בכניסה למגדל קירור מתפרקת למים O₂H  וגז CO₂ אשר מתאדה באוויר.

בטבלה שלהלן נראים שינויים של נתוני מים בתהליך הטיפול של אחת המערכות.

על פי הניסיון בניצול מתקנים כאלו, צריך להדגיש במיוחד ש-PH של מי המגדל השתנה בתחום 7.7-8.2.
ידוע, שהיווצרות היונים CO₃^-2 (חלק מההרכב של אבנית CACO₃) מתחילה רק מ- PH>8.3. באופן כזה, ירידת ריכוז הסידן עד 45-60 PPM יחד עם מניעת היווצרות CO₃^-2 מבטיחים מצב של אי היווצרות אבנית במגדלי הקירור.
יתר על כן, בשנים האחרונות פיתחתי וחקרתי שיטה להגדלת יעילות תהליך הריכוך על בסיס מערכת H+. באמצעות שינוי PH במי רשת והגדרתו לתנאים אשר בזכותם השרף הקטיוני החלש הופך לבעל יכולת סילוק הקשיות עד לאפס, או עד כל ערך הנדרש לפי תנאי טיפול במים.

תרשים מס' – 2

תרשים 2 נצפו שינויים של מודדי איכות המים הרכים (H), Ca⁺² ואלקליות (Al) תלוי בכמות המים המטופלים במשך המחזור. מנתונים שהובאו אפשר להסיק שהשיטה שפותחה תאפשר תלות באיכות מי הרשת ותנאי עבודה קונקרטיים של CT לווסת את דרגת הריכוך כך, שהתרכזות המים תגיע ל- 6-9 פעמים.​

האם קיימים חסרונות , ומה הם?

אחד החסרונות בשיטה זו הוא השימוש בחומצה גופרתית  (H₂SO₄) 98%, הדורשת תשומת לב בנושא הבטיחות.
השימוש בחומצה לא משפיע באופן שלילי על איכות הסביבה. למעשה בשפכים של ריענון לא יורגש עודף של חומצה מכיוון שבריענון נורמלי מספיק לצמצם את כמות החומצה, ששווה 1.02-1.04 מסטכיאוטריה (שנדרש באופן תיאורטי). זאת אומרת שכל החומצה, או ליתר דיוק, שכל היונים H⁺ יקלטו עם שרף. מוליכות מי ריענון תהיה רק בתחום 6-9 מיליסימנס/ס"מ ( השוואה למרכך הרגיל, שמרענן עם מלח, אשר בו המוליכות משתנה בתחום 90-120 מיליסימנס/ס"מ).

צריך לציין, שהאופייני לשיטה זו הוא הגדלת ריכוז יונים SO₄^-2 בכמות אקוויוולנטית לקשיות המסולקת.
אם לקחת בחשבון, שקשיות מי רשת בישראל משתנה מ- 200PPM עד 350PPM, וריכוז יונים SO₄^-2 שווים ל-  80-100 PPM, אז כנראה הכמות הכללית של יונים אלה לא תחרוג ממסגרת  500PPM.

לסיכום

מכל הנ"ל ניתן לסכם, שהשוואה בין השיטה  "H⁺" ובין שיטות ידועות מאפשרת בו זמנית להוריד ריכוזי קשיות (בעיקר סידן) ואלקליות במי רשת ולהגדיל התרכזות מים במגדלי קירור עד 6-9 פעמים, מה שישפיע באופן ישיר על חיסכון במי הזנה למגדלי קירור , בכ- 15%-25%.
אפליקציות נוספות בהם ניתן לשלב את השימוש במרכך "H+", הם: טיפול קדם במערכות RO יגדיל את יחס ההשבה ל 90:10 במערכות RO, מה שישפיע באופן ישיר על חיסכון במי רכז במערכת אוסמוזה הפוכה בכ- 10%-20%.

מהנדס מים, דוקטור לתהליכי החלפת יונים יועץ בתחום טכנולוגיות מים חדשניות. תכנון והקמה של מערכות לטיפול במים בארץ ובחו"ל, ניסיון 44 שנים.