שיקוע אבנית במגדלי קירור

מהו השיקוע בעצם, איך נוצר ומה משפיע על היווצרות אבנית?
על מנת להבין טוב יותר את תהליך השיקוע ומה משפיע עליו, אני אתחיל ביסודות של קשיות המים.

אז מהו המושג מים קשים?

קשיות מים, את המושג הזה בדרך כלל מקשרים עם קטיון סידן (Ca2 +) ובמידה פחותה מגנזיום (Mg2 +).
בפועל, כל הקטיונים הדו ואלנטיים משפיעים על קשיות במים, הם מגיבים עם אניונים בהיווצרות מלחי קשיות, ובהתגבשותם עלולים לשקוע בתור מוצקים.

לפניכם, טבלה עם הקטיונים הנפוצים ביותר שמשפיעים על קשיות המים והאניונים שמגיבים איתם.

בפועל, סטרונציום, ברזל ומנגן הם בעלי השפעה קטנה על הקשיות ולכן הם זניחים בדרך כלל.

תהליך שיקוע אבנית

שיקוע אבנית הינו תהליך כימי אשר נובע מריכוז של מלחים מומסים במים, וכפי שציינו הקטיון העיקרי שמשפיע על הקשיות הינו סידן, ריכוזו ישפיע ישירות על שיקוע בנוכחות של ביקרבונט במים.
בנוסף, ניתן לאפיין את הסידן כקטיון שיכולת ההתמוססות שלו קטנה עם עליית הטמפרטורה במים.
ולכן, עליית טמפרטורה גם תשפיע על שיקוע.

עכשיו כשאנחנו יודעים שישנם מספר יסודות שמגיבים זה עם זה בתהליך כימי , נפרט על התנאים העיקריים והסביבה שבהם תהליך התגובה יהיה מהיר יותר.

• עליית טמפרטורה.
• עליית ערך הגבה (PH).
• נוכחות ביקרבונט.

החשיבות הרבה במניעת שיקוע אבנית במערכות מים

מחקרים רבים הוכיחו את השפעת שכבת האבנית על עלויות החשמל, וניצול אנרגיה לא ליניארית עם הגדלת עובי שכבת האבנית על הדפנות של מחליפי חום (רלוונטי גם לדודי קיטור).
לדוגמא 0.5 מ"מ של אבנית (קלציום קרבונט) מעלה את עלות צריכת החשמל ב 3.5%,  בעוד ש-1.2 מ"מ אבנית (קלציום קרבונט) מעלה את עלות צריכת החשמל ב 12.8%.
בנוסף לבזבוז אנרגיה לשווא, שיקוע אבנית יגרור לעצירות של מערכות לטובת ניקויים כימיים של מחליפי חום ולפעמים גם להשבתה מלאה של הציוד.

השיטות הנפוצות למניעת שיקוע אבנית

1. ריכוך קטיוני חזק

ריכוך מים בשיטה זו הוא מאוד אפקטיבי מאחר וניתן להוציא מהמים כ – 99.2% של יוני סידן ומגנזיום.
עלויות תחזוקה של מערכות ריכוך די זולות לעומת רוב הטכנולוגיות מאחר והבקרה המוצעת בשוק היום מאוד אמינה ויכולה לשרת לאורך שנים רבות ללא תקלות.
הריענון של השרף על ידי מלח בעלות של 1-1.5 ש"ח לכל מ"ק מים.
החלפת שרף מתבצעת כל 5 עד 8 שנים.
הטכנולוגיה של ריכוך מים קטיוני חזק כמעט ולא נפוצה לשימוש של טיפול מקדים למי מגדלי קירור, וזאת מכמה סיבות, והסיבה העיקרית היא "איכות הסביבה", במאמרים קודמים דיברנו על כמויות מים שמגדל קירור צורך, ולכן ידרשו כמויות גדולות של מלח לריענון שרף, בזמן שכל תמיסת המלח תזרום לשפכים עירוניים בעת הריענון.
בישראל, חל איסור מוחלט על הזרמת תמלחת העולה על 400 ק"ג מלח לשפכים עירוניים.
לחילופין, ניתן לפנות את התמלחות ובמקרה זה הסיפור הופך ליקר ולא כלכלי.

2. התפלה חלקית עם ערבוב מי רשת

תהליך זה צובר תאוצה במספר השנים אחרונות, מאחר ובתהליך התפלה כמעט לחלוטין ניתן להוציא מהמים את כל המלחים.
לאחר התהליך, מערבבים את המים עם מי רשת על מנת למנוע התפתחות קורוזיה במגדלי קירור, הרי מים מותפלים קורוזיביים מאוד.
את המים בדרך כלל מוהלים ביחס של 70% מי אוסמוזה ו-30% מי רשת, את יחס המיהול המדויק מחשבים לפי רמת מי הזנה שרוצים לספק למגדל, בהתחשב באיכות מי רשת, בנוסף, מזריקים כימיקלים מעכבי קורוזיה ושיקוע במינון מאד נמוך.
שיטה זו אומנם יעילה מאד ומבטיחה תוצאות טובות, ויחד אם זאת עלויות המים גדלות יחסית לשיטות אחרות, מאחר ויש לממן את עלויות החשמל למערכת אוסמוזה, מי רכז שבדרך כלל מהווים כ 25% – 30% ועלויות נוספות על כימיקלים כגון אנטיסקאלנט.

3. טיפול כימי על ידי מונעי שיקוע ומעכבי קורוזיה

טיפול כימי במגדלי קירור הינו מגוון מאד מאחר וקיימים כימיקלים רבים אשר משמשים כמונעי שיקוע בעזרת תהליך ריכוך כימי.
במספר השנים האחרונות, הייתה מקפצה של פיתוחים כימיים שמאפשרים טיפול יעיל יותר.
בטיפול על ידי כימיקלים, חייבים להיות עם יד על הדופק מאחר וכל שינוי קטן בסביבה של מגדל קירור יכול להוביל לשיקוע במערכת, הן אם זה במחליפי חום או בכוורות המגדל.

הפרמטרים העיקריים עליהם צריך לשמור הם:

התרכזות המלחים במי סחרור ערך הגבה (PH).
רמת חומר הפעיל במי סחרור, שיטה זו היא הנפוצה ביותר עקב עלות שהיא די נמוכה לכל מ"ק מים מטופלים, לא דורשת השקעה גבוהה על ציוד מינון ובקרת מוליכות במגדל.
מבחינת היעילות, שיטה זו היא פחות יעילה משני השיטות הקודמות, ויחד עם זאת הכי מומלצת מבחינת עלות תועלת.

כימיקלים למניעת שיקוע

4. ריכוך קטיוני חלש

כפי שפירטנו בריכוך קטיוני חזק , גם פה הריכוך מתבצע על ידי שרף שמוריד את הקשיות במים, אבל לא לגמרי, בנוסף השרף מוריד את האלקליניות במים כמעט לחלוטין, מה שבעצם מאפשר לסידן החופשי לנוע במגדל קירור ללא חשש לשיקוע.
השרף מרוענן על ידי חומצה גופרתית במינון נמוך מה שבעצם מאפשר הזרמת שפכי ריענון לביוב ללא חריגה של גופרית. בנוסף מומלץ להוסיף מעכב קורוזיה בסוף התהליך במינון מזערי כ 2-3 מג"ל.
מה שהופך את התהליך למאוד כלכלי בזכות עלויות נמוכות בתפעול.
מוזר אבל טכנולוגיה זו היא ממש לא נפוצה מסיבה אחת בלבד, והסיבה היא חוסר ידע בניהול מתקנים מסוג זה.
ד"ר גנדי דוידוב הקדיש לא מעט שנים לפיתוח תהליך של ריכוך קטיוני חלש ייעודי למגדלי קירור.
אני בעצמי העליתי ספיקות לגבי טכנולוגיה זו לפני מספר שנים, והיום כשאני מכיר את הטכנולוגיה מקרוב, אני יכול להכריז על טכנולוגיה זו כעל טכנולוגיה שמאוד יעילה, כטיפול מקדים בניהול מגדלי קירור.
מבטיח להקדיש לנושא של טכנולוגית ריכוך קטיוני חלש מאמר שלם בקרוב!

לסיום

ישנם עוד שיטות כגון אלקטרוליזה, טיפול בגלי קול, וטיפול במים על ידי שדה מגנטי. אני החלטתי לא להיכנס לטכנולוגיות אלו. מקווה שנהניתם, להתראות במאמר הבא!