ما وظيفة مزيلات الرغوة في المعالجة الكيميائية ومعالجة مياه الصرف الصحي؟

تُضاف مزيلات الرغوة عندما تتوقف الرغوة عن كونها مجرد إزعاج سطحي وتبدأ في التأثير على التحكم في العملية. ففي المعالجة الكيميائية، يمكن للرغوة المستمرة أن تقلل حجم التشغيل في المفاعل، وتشوه قراءات المستوى، وتبطئ عملية الترشيح، وتحمل السوائل إلى أنظمة التهوية، وتحتجز المواد الصلبة أو الغازات في أماكن ينبغي أن تنفصل فيها. وفي معالجة مياه الصرف، تظهر المشكلة نفسها في خزانات المعادلة، وأحواض التهوية، وأحواض الترسيب، وخطوط معالجة الحمأة، وخزانات التصريف. وعندما تصبح الرغوة مستقرة، قد يلاحظ المشغلون حدوث فيضان، أو ضعف انتقال الأكسجين، أو سلوك غير منتظم للمضخات، أو تراكم الرواسب حول حواف الخزانات والأنابيب.

تتمثل الوظيفة الأساسية لمزيل الرغوة في كسر استقرار الفقاعات. إذ تبقى الرغوة لأن الغشاء السائل الرقيق المحيط بكل فقاعة يكون قويًا بما يكفي لمقاومة الانهيار. تعمل كيمياء إزالة الرغوة على إضعاف هذا الغشاء، والانتشار عبر سطح الرغوة، والمساعدة على خروج الغاز المحتجز. وبحسب التركيبة، قد يعمل المنتج أيضًا على منع إعادة تشكل الرغوة لفترة من الوقت بعد انهيارها الأولي. ويكتسب هذا الفرق أهمية كبيرة؛ فبعض العمليات تحتاج فقط إلى خفض سريع للرغوة أثناء اضطراب قصير، في حين تحتاج عمليات أخرى إلى تحكم مستمر في الرغوة داخل الأنظمة المعاد تدويرها أو المهواة باستمرار.

لماذا تصبح الرغوة مشكلة في العملية

في العديد من الأنظمة الكيميائية، تتولد الرغوة بسبب التحريك، أو احتجاز الهواء، أو تطور الغازات، أو المواد الخافضة للتوتر السطحي، أو الملوثات العضوية، أو البروتينات، أو البوليمرات، أو الدوران عند درجات حرارة مرتفعة. وتتميز تيارات مياه الصرف بتغيرها الكبير، لذلك قد يعمل أحد الخطوط دون مشكلات في يوم ما ثم ينتج رغوة كثيفة في اليوم التالي إذا دخلت المنظفات، أو بقايا الزيوت، أو نواتج التخمير الثانوية، أو مواد التنظيف إلى النظام في مرحلة سابقة. ولهذا السبب، لا يمكن أن يعتمد اختيار مزيل الرغوة على ملصق المنتج وحده. فمصدر الرغوة غالبًا ما يحدد ما إذا كانت المادة القائمة على السيليكون، أو القائمة على البولي إيثر، أو القائمة على الزيت المعدني، أو من نوع المستحلب، ستؤدي وظيفتها على الأرجح.

تتسبب الرغوة أيضًا في تأثيرات ثانوية يسهل تفسيرها بشكل خاطئ. فقد تكون الأحواض التي تحتوي على رغوة ظاهرة تعاني في الواقع من مشكلة أعمق، مثل التهوية الزائدة، أو الحمل العضوي غير المعتاد، أو تغير الأس الهيدروجيني، أو زيادة المواد الصلبة في الحمأة الراجعة، أو دخول مواد التنظيف المتبقية إلى النظام. وفي هذه الحالات، قد تؤدي إضافة المزيد من مزيلات الرغوة إلى تقليل الأعراض مع ترك السبب الجذري دون تغيير. ومن الممارسات الجيدة التأكد من مكان بدء الرغوة، وما إذا كان لونها أبيض أو بنيًا أو قوامها لزجًا أو زيتيًا، وما إذا كانت تنهار بسرعة عند تعرضها لاضطراب ميكانيكي. وغالبًا ما تشير هذه الملاحظات الصغيرة إلى ما إذا كانت الرغوة ناتجة عن العملية أو عن الكيمياء.

كيفية عمل مزيلات الرغوة في الأنظمة الفعلية

تُصمم معظم مزيلات الرغوة الصناعية اعتمادًا على مكونات فعالة غير قابلة للذوبان أو قابلة للتشتت جزئيًا. ويعتمد أداؤها على حجم القطرات، ومعامل الانتشار، وتوافق الحامل، ومقاومة القص. فقد يفشل منتج يكسر الرغوة في كأس مخبري عند نقطة جرعات ذات قص مرتفع، لأن المستحلب يفقد استقراره قبل وصوله إلى الخزان. وقد يعمل منتج آخر جيدًا في خط مياه صرف متعادل، لكنه يؤدي أداءً ضعيفًا في الوسط القلوي القوي، أو الملوحة العالية، أو درجات الحرارة المرتفعة.

في المفاعل أو وعاء الخلط، يحتاج مزيل الرغوة عادةً إلى انتشار سريع وتمزيق فوري للفقاعات. أما في نظام مياه الصرف البيولوجي، فيجب تقييم التركيبة بعناية أكبر، لأن بعض التركيبات قد تتداخل مع انتقال الأكسجين، أو تسبب اتساخ الأغشية، أو تؤثر في نزع المياه من الحمأة في المراحل اللاحقة عند زيادة الجرعة. وفي المبخرات، وأبراج التجريد، ومراحل الغسل، تصبح الاستقرارية الحرارية وسلوك الانتقال مع التيار أكثر أهمية من مجرد سرعة خفض الرغوة. وغالبًا ما يكون المنتج الأفضل أداءً هو الذي يتحكم في الرغوة دون أن يتسبب في تكوين غشاء أو بقايا أو مشكلة فصل في أي موضع آخر من الخط.

نقاط الاستخدام المعتادة

في المعالجة الكيميائية، تُجرى إضافة مزيلات الرغوة عادةً إلى أوعية التفاعل، وخزانات التعادل، وحلقات إعادة تدوير أجهزة الغسل، وأنظمة دعم التقطير، ومراحل غسل المنتجات. وتكتسب نقطة الجرعات أهمية لأن الرغوة لا تتولد دائمًا في المكان الذي تُرى فيه أولًا. فعلى سبيل المثال، قد تكون الرغوة الظاهرة في الجزء العلوي من الخزان ناتجة في الواقع عن دخول مضخة إعادة التدوير للهواء من خلال وصلة سحب بها تسرب.

في معالجة مياه الصرف، تشمل نقاط الإضافة الشائعة المعادلة الداخلة، وخزانات تغذية التعويم بالهواء المذاب، وأحواض التهوية، وحلقات المفاعلات الحيوية الغشائية، ومكثفات الحمأة، وخزانات تغذية مكابس الترشيح. وقد تكون الإضافة على دفعات كافية في حالات الاضطراب العرضية. أما الجرعات المستمرة بمعدل منخفض فتكون أكثر شيوعًا عندما يكون حمل المواد الخافضة للتوتر السطحي متوقعًا. وإذا جرى تخفيف المنتج قبل التغذية، فينبغي فحص جودة مياه التخفيف، لأن الماء العسر، أو الأس الهيدروجيني الشديد، أو التلوث قد يؤدي إلى فقدان بعض المستحلبات لاستقرارها.

عوامل الاختيار الأكثر أهمية من الملصق

ينبغي مواءمة مزيل الرغوة مع كيمياء النظام، لا اختياره باعتباره مضادًا عامًا للرغوة. وتشمل أسئلة الفحص المفيدة ما إذا كانت المياه تحتوي على زيوت، أو مواد خافضة للتوتر السطحي أنيونية أو غير أيونية، أو نسبة عالية من المواد الصلبة العالقة، أو مؤكسدات، أو أحماض وقلويات قوية؛ وما إذا كان النظام ساخنًا أو يعمل في درجة الحرارة المحيطة؛ وما إذا كانت المياه المعالجة ستنتقل إلى الأغشية، أو التبادل الأيوني، أو المعالجة البيولوجية، أو المعالجة النهائية قبل التصريف. فقد تكون هذه المراحل اللاحقة حساسة للإضافات غير المتوافقة.

• في المياه عالية القلوية أو عالية العسر، قد تكون التوافقية مع كيمياء التحكم في الترسبات مهمة بقدر أهمية التحكم في الرغوة نفسها.
• عند وجود أملاح الزنك أو الفوسفونات أو المشتتات مسبقًا، ينبغي تقييم الآثار الجانبية مثل انهيار المستحلب، أو العكورة، أو تكوّن الرواسب.
• بالنسبة إلى أنظمة المياه الصناعية المعاد تدويرها، يؤثر شكل النقل والتخزين أيضًا في سهولة التداول. وعادةً ما يكون السائل الشفاف عديم اللون إلى الأصفر الفاتح، ذي المحتوى الصلب المستقر، أسهل في القياس المنتظم من نظام ينفصل أثناء التخزين.

في بعض برامج معالجة المياه، لا يكون التحكم في الرغوة سوى جزء واحد من التوازن الكيميائي. فقد تكون تركيبة مثل Carboxylate-Sulfonate-Acrylate Terpolymer (AA/AMPS/HPA) موجودة في مراحل معالجة ذات صلة باعتبارها مثبطًا للترسبات ومشتتًا، ولا سيما في ظروف درجات الحرارة المرتفعة، والأس الهيدروجيني المرتفع، والعسر العالي، أو القلوية العالية. وعادةً ما تُورَّد هذه المواد على شكل سائل شفاف عديم اللون إلى أصفر فاتح، بمحتوى مواد صلبة يبلغ 30.0% أو أكثر، وكثافة عند 20℃ تبلغ 1.10 g/cm³ أو أكثر، ودرجة pH لمحلول مائي بتركيز 1% تتراوح تقريبًا بين 2.0-4.0. وعندما تشترك إضافات متعددة في حلقة المياه نفسها، تصبح اختبارات التوافق أكثر فائدة من تقييم كل منتج بمعزل عن الآخر.

الأخطاء الشائعة في التقدير أثناء الاستخدام

من الأخطاء المتكررة افتراض أن زيادة الجرعة تؤدي إلى تحكم أفضل. فقد تؤدي الجرعة الزائدة إلى تكوين بقايا طافية، أو تتداخل مع الفصل في المراحل اللاحقة، أو تزيد استهلاك المواد الكيميائية دون تحسين الأداء. ومن الأخطاء الأخرى إجراء الاختبار في عينات ساكنة فقط. إذ تتصرف العديد من أنواع الرغوة بشكل مختلف تحت تأثير تدفق الهواء، والقص، ودرجة الحرارة، وزمن المكوث، ولذلك يكون اختبار الجرة الواقعي أو محاكاة التشغيل التجريبي عادةً أكثر إفادة من اختبار قطرة واحد على مستوى المختبر.

غالبًا ما يجري تجاهل التخزين والنقل أيضًا. فقد تنفصل بعض مزيلات الرغوة إلى طبقات بعد التخزين الطويل أو في ظروف التجمد، كما ينبغي خلط بعضها بلطف قبل الاستخدام بدلًا من تحريكها بعنف. ويجب أن تتوافق مناولة البراميل، والعبوات، وحاويات IBC مع شكل المنتج ومعدات الجرعات. وإذا كان النظام يُورَّد في عبوات بوزن 25 kg أو 250 kg أو حاويات IBC بوزن 1250 kg، فلا يزال ينبغي مراجعة نظافة خطوط النقل وتوافق أختام المضخات، ولا سيما عندما تتعامل وحدة التشغيل نفسها مع الأحماض، والمشتتات، ومواد المعالجة الأخرى.

تنسيق العملية حول التحكم في الرغوة

غالبًا ما تقع مشكلات الرغوة عند الحد الفاصل بين التشغيل، وكيمياء معالجة المياه، والصيانة، والاختبارات المخبرية. ويبدأ التسلسل المفيد لاستكشاف الأعطال بالتأكد مما إذا كانت الرغوة مرتبطة بتغير في المواد الخام، أو تصريف دورة الغسل، أو زيادة تدفق الهواء، أو ضبط الأس الهيدروجيني، أو إضافة البوليمر، أو إجراء صيانة للمعدات. ويُعد هذا التسلسل أكثر عملية من التبديل بين عدة مزيلات للرغوة دون تحديد العامل المحفز.

في المنشآت التي تتضمن مياه التبريد، أو دوائر البتروكيماويات، أو معالجة الفولاذ، أو مناولة مياه حقول النفط، أو أنظمة المياه المرتبطة بالطاقة، قد يحتاج الخط نفسه إلى كبح الرغوة والتحكم في الترسبات معًا. ولهذا السبب، ينبغي النظر إلى التوافق الكيميائي، وتصميم نقطة التغذية، ومراقبة النظام بصورة متكاملة. فقد يؤدي مزيل الرغوة الذي يعمل جيدًا على السطح لكنه يزعزع استقرار برنامج المعالجة الأوسع إلى نقل المشكلة بدلًا من حلها.

عند اختيارها على نحو صحيح، تساعد مزيلات الرغوة في إبقاء أنظمة الغاز والسائل أقرب إلى ظروف التشغيل المقصودة. وتحقق ذلك من خلال استعادة الحجم الحر، وتحسين فصل الأطوار، والحد من الفيضانات والقراءات الخاطئة، وتقليل الاضطراب التشغيلي الناجم عن الرغوة المستقرة. وتظهر قيمتها بوضوح أكبر عندما تعمل بهدوء في الخلفية دون التسبب في مشكلة صيانة جديدة في المراحل اللاحقة.