التلوث

التلوث البيولوجي هو تراكم مواد غير مرغوب فيها على الأسطح الصلبة. قد تتكون هذه المواد من كائنات حية ( تلوث بيولوجي ، عضوي) أو مواد غير حية (غير عضوية). يتميز التلوث البيولوجي عن ظواهر نمو الأسطح الأخرى بأنه يحدث على سطح مكون أو نظام أو منشأة تؤدي وظيفة محددة ومفيدة، وأن عملية التلوث تعيق هذه الوظيفة أو تؤثر عليها سلبًا.

تشمل المصطلحات الأخرى المستخدمة في الأدبيات لوصف التلوث: تكوّن الرواسب، والتكلس، والترسيب، والتقشر، وتكوّن القشور، والتراكمات، وتكوّن الحمأة. للمصطلحات الستة الأخيرة معنى أضيق من مفهوم التلوث ضمن نطاق علم وتكنولوجيا التلوث، ولها معانٍ أخرى خارج هذا النطاق؛ لذا، ينبغي استخدامها بحذر.

تُعد ظواهر التلوث شائعة ومتنوعة، بدءًا من تلوث هياكل السفن، والأسطح الطبيعية في البيئة البحرية ( التلوث البحري )، وتلوث مكونات نقل الحرارة من خلال المكونات الموجودة في مياه التبريد أو الغازات، وحتى تكوّن البلاك أو الجير على الأسنان أو الرواسب على الألواح الشمسية على سطح المريخ، من بين أمثلة أخرى.

تُعنى هذه المقالة بشكل أساسي بترسبات المبادلات الحرارية الصناعية، مع أن النظرية نفسها قابلة للتطبيق عمومًا على أنواع أخرى من الترسبات. في تكنولوجيا التبريد وغيرها من المجالات التقنية، يُفرّق بين الترسبات الكبيرة والترسبات الدقيقة. ومن بين هذين النوعين، تُعدّ الترسبات الدقيقة عادةً أصعب في الوقاية منها، وبالتالي أكثر أهمية.

أمثلة على المكونات التي قد تتعرض للتلوث والآثار المترتبة على ذلك:

• أسطح المبادل الحراري - تقلل الكفاءة الحرارية ، وتقلل التدفق الحراري، وتزيد درجة الحرارة على الجانب الساخن، وتقلل درجة الحرارة على الجانب البارد، وتؤدي إلى تآكل تحت الرواسب، وتزيد من استخدام مياه التبريد؛
• الأنابيب، قنوات التدفق - تقلل التدفق، وتزيد من انخفاض الضغط، وتزيد من الضغط في المنبع، وتزيد من استهلاك الطاقة، وقد تسبب تذبذبات في التدفق، وتدفقًا متقطعًا في التدفق ثنائي الطور، وتجويفًا؛ وقد تزيد من سرعة التدفق في أماكن أخرى، وقد تحفز الاهتزازات، وقد تسبب انسداد التدفق؛ ^{[ 1 ]}
• هياكل السفن – تخلق مقاومة إضافية ، وتزيد من استهلاك الوقود، وتقلل من السرعة القصوى؛ ^{[ 2 ]}
• التوربينات – تقلل الكفاءة، وتزيد من احتمالية الفشل؛
• الألواح الشمسية – تقلل من الطاقة الكهربائية المولدة؛
• أغشية التناضح العكسي - تزيد من انخفاض الضغط، وتزيد من استهلاك الطاقة، وتقلل من التدفق، وفشل الغشاء (في الحالات الشديدة)؛ ^{[ 3 ]}
• عناصر التسخين الكهربائية - تزيد من درجة حرارة العنصر، وتزيد من التآكل، وتقلل من عمره الافتراضي؛
• سبطانات الأسلحة النارية - تزيد من ضغط حجرة الإطلاق؛ وتعيق عملية التلقيم في بنادق التحميل الأمامي
• الوقود النووي في مفاعلات الماء المضغوط - شذوذ الإزاحة المحورية، ^{[ 4 ]} قد يتطلب الأمر تخفيض قدرة محطة الطاقة؛
• فوهات الحقن/الرش (على سبيل المثال، فوهة ترش الوقود في الفرن) - كمية غير صحيحة محقونة، فوهة مشوهة، عدم كفاءة المكون، عطل في المكون؛
• أنابيب فنتوري ، صفائح الفتحة - قياس غير دقيق أو غير صحيح لمعدل التدفق؛
• أنابيب بيتوت في الطائرات – مؤشر غير دقيق أو غير صحيح لسرعة الطائرة؛
• أقطاب شمعات الإشعال في السيارات – خلل في احتراق المحرك؛ ^{[ 5 ]}
• منطقة إنتاج خزانات البترول وآبار النفط - انخفاض إنتاج البترول مع مرور الوقت؛ انسداد؛ في بعض الحالات توقف كامل للتدفق في غضون أيام؛ ^{[ 6 ]}
• الأسنان – تعزز أمراض الأسنان أو اللثة، وتقلل من المظهر الجمالي؛
• الكائنات الحية - يرتبط ترسب المعادن الزائدة (مثل الكالسيوم والحديد والنحاس) في الأنسجة (أحيانًا بشكل مثير للجدل) بالشيخوخة / الشيخوخة .

ينتج التلوث الكبير عن مواد خشنة ذات أصل بيولوجي أو غير عضوي ، مثل النفايات الصناعية . تدخل هذه المواد إلى دائرة مياه التبريد عبر مضخات مياه التبريد من مصادر كالبحار والأنهار والبحيرات . في الدوائر المغلقة، كأبراج التبريد ، قد يدخل التلوث الكبير إلى حوض برج التبريد عبر قنوات مفتوحة أو بفعل الرياح. أحيانًا، تنفصل أجزاء من المكونات الداخلية لبرج التبريد وتُحمل إلى دائرة مياه التبريد. يمكن لهذه المواد أن تُلوث أسطح المبادلات الحرارية، مما قد يؤدي إلى تدهور معامل انتقال الحرارة . كما قد تُسبب انسدادات في التدفق، أو تُعيد توزيع التدفق داخل المكونات، أو تُسبب تلفًا ناتجًا عن الاحتكاك .

أمثلة

• النفايات من صنع الإنسان؛
• الأجزاء الداخلية المنفصلة للمكونات؛
• الأدوات وغيرها من "الأشياء الغريبة" التي تُركت عن طريق الخطأ بعد الصيانة؛
• الطحالب ؛
• بلح البحر ؛
• الأوراق ، أجزاء من النباتات وصولاً إلى جذوعها بالكامل .

أما فيما يتعلق بالتلوث الميكروبي، فيتم التمييز بين: ^{[ 7 ]}

• الترسيب أو التلوث الناتج عن الترسيب، مثل تبلور الأملاح الصلبة والأكاسيد والهيدروكسيدات من المحاليل المائية (مثل كربونات الكالسيوم أو كبريتات الكالسيوم ) .
• التلوث الجزيئي ، أي تراكم الجسيمات، وخاصة الجسيمات الغروية ، على سطح ما
• التلوث الناتج عن التآكل، أي النمو الموضعي لرواسب التآكل ، على سبيل المثال، الماغنيتيت على أسطح الفولاذ الكربوني
• التلوث الناتج عن التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال، تحلل أو بلمرة المواد العضوية على أسطح التسخين
• التلوث بالتصلب - عندما تتجمد مكونات السائل المتدفق ذات درجة الانصهار العالية على سطح مبرد.
• التلوث البيولوجي ، مثل تجمعات البكتيريا والطحالب
• التلوث المركب، حيث يشمل التلوث أكثر من مادة ملوثة أو آلية تلوث واحدة

التلوث الناتج عن الترسيب

يشمل الترسيب أو التكلس تبلور الأملاح الصلبة والأكاسيد والهيدروكسيدات من المحاليل . وغالبًا ما تكون هذه المحاليل مائية، ولكن يُعرف أيضًا التكلس الناتج عن الترسيب في محاليل غير مائية. يُعدّ التكلس مشكلة شائعة جدًا في الغلايات والمبادلات الحرارية التي تعمل بالماء العسر ، وغالبًا ما يؤدي إلى تكوّن الترسبات الكلسية .

من خلال التغيرات في درجة الحرارة، أو تبخر المذيب أو إزالة الغازات ، قد يتجاوز تركيز الأملاح التشبع ، مما يؤدي إلى ترسب المواد الصلبة (عادة البلورات).

على سبيل المثال، يمكن كتابة المعادلة الكيميائية التالية في حالة التوازن بين بيكربونات الكالسيوم سهلة الذوبان - السائدة دائمًا في المياه الطبيعية - وكربونات الكالسيوم قليلة الذوبان :

${\displaystyle {\ce {\mathsf {{Ca(HCO3)2}_{(aqueous)}->{CaCO3(v)}+{CO2}\!{\uparrow }+H2O}}}}$

يترسب كربونات الكالسيوم المتكون من خلال هذا التفاعل. ونظرًا لاعتماد التفاعل على درجة الحرارة، وازدياد تطاير _ثاني أكسيد الكربون مع ارتفاع درجة الحرارة، يكون الترسب أعلى عند مخرج المبادل الحراري الأكثر سخونة منه عند مدخله الأكثر برودة.

بشكل عام، غالبًا ما يكون اعتماد ذوبان الملح على درجة الحرارة أو وجود التبخر هو العامل الرئيسي في ترسب الرواسب. ويكمن الفرق المهم بين الأملاح ذات الذوبان "العادي" أو "العكسي" مع درجة الحرارة. فالأملاح ذات الذوبان "العادي" تزداد ذوبانيتها مع ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي تُسبب ترسب الرواسب على أسطح التبريد. أما الأملاح ذات الذوبان "العكسي" أو "الرجعي" فتُسبب ترسب الرواسب على أسطح التسخين. يوضح الشكل مثالًا على اعتماد الذوبان على درجة الحرارة. ويُعد كبريتات الكالسيوم من أكثر المواد المسببة لترسب الرواسب على أسطح التسخين نظرًا لذوبانه العكسي.

يمكن أن يحدث الترسيب حتى في غياب التسخين أو التبخير. فعلى سبيل المثال، تقل ذوبانية كبريتات الكالسيوم مع انخفاض الضغط، مما قد يؤدي إلى ترسيب الرواسب في خزانات وآبار حقول النفط، وبالتالي انخفاض إنتاجيتها مع مرور الوقت. ^{[ 8 ]} كما يمكن أن يحدث ترسيب الرواسب على الأغشية في أنظمة التناضح العكسي نتيجة لاختلاف ذوبانية كبريتات الباريوم في محاليل ذات قوى أيونية مختلفة . ^{[ 3 ]} وبالمثل، قد يحدث الترسيب نتيجة لتغيرات الذوبانية الناجمة عن عوامل أخرى، مثل تبخر السائل ، أو إزالة الغازات منه، أو تغيرات جهد الأكسدة والاختزال، أو اختلاط تيارات السوائل غير المتوافقة.

فيما يلي بعض المراحل الشائعة صناعياً لترسبات التلوث التي لوحظت عملياً والتي تتشكل من المحاليل المائية:

• كربونات الكالسيوم ( الكالسيت ، الأراغونيت عادة عند درجة حرارة > ~50  درجة مئوية، أو نادرا الفاتيريت )؛
• كبريتات الكالسيوم ( أنهيدريت ، هيميهيدرات ، جبس )؛
• أوكسالات الكالسيوم (مثل حجر البيرة)؛
• كبريتات الباريوم ( الباريت )؛
• هيدروكسيد المغنيسيوم ( بروسيت )؛ أكسيد المغنيسيوم ( بيريكلاس )؛
• السيليكات ( السربنتين ، والأكميت ، والجيروليت ، والجيلينيت ، والسيليكا غير المتبلورة ، والكوارتز ، والكريستوباليت ، والبكتوليت ، والزونوتليت )؛
• هيدروكسيدات أكسيد الألومنيوم ( البوهميت ، والجبسيت ، والدياسبور ، والكوروندوم )؛
• الألومينوسيليكات ( الأنالسيت ، الكانكرينيت ، النوزليت )؛
• النحاس ( النحاس المعدني ، الكوبريت ، التينوريت )؛
• الفوسفات ( هيدروكسي أباتيت )؛
• المغنتيت أو فيريت النيكل (NiFe ₂ O ₄ ) من الماء النقي للغاية والمنخفض الحديد. ^{[ 9 ]}

غالبًا ما يتم وصف معدل الترسيب الناتج عن الهطول بالمعادلات التالية:

ينقل: ${\displaystyle {\frac {dm}{dt}}=k_{t}(C_{b}-C_{i})}$

التبلور السطحي: ${\displaystyle {\frac {dm}{dt}}={k_{r}}(C_{i}-C_{e})^{n_{1}}}$

إجمالي: ${\displaystyle {\frac {dm}{dt}}=k_{d}(C_{b}-C_{e})^{n_{2}}}$

أين:

${\displaystyle m}$- كتلة المادة (لكل وحدة مساحة سطح)، كجم/ ^م²

${\displaystyle t}$– الوقت، ثانية

${\displaystyle C_{b}}$– تركيز المادة في كتلة السائل، كجم/ ^م³

${\displaystyle C_{i}}$– تركيز المادة عند السطح البيني، كجم/ ^م³

${\displaystyle C_{e}}$– تركيز المادة عند التوازن في ظروف السطح البيني، كجم/ ^م³

${\displaystyle n_{1},n_{2}}$– رتبة التفاعل لتفاعل التبلور وعملية الترسيب الكلية، على التوالي، بدون أبعاد

${\displaystyle k_{t},k_{r},k_{d}}$– ثوابت معدل الحركة للنقل، والتفاعل السطحي، وتفاعل الترسيب الكلي، على التوالي؛ بوحدة متر/ثانية (عندما${\displaystyle n_{1}=n_{2}=1}$)

التلوث البيولوجي

التلوث البيولوجي هو تراكم غير مرغوب فيه للكائنات الدقيقة والطحالب والدياتومات والنباتات والحيوانات على الأسطح، مثل هياكل السفن والغواصات، أو الأنابيب والخزانات التي تحتوي على مياه غير معالجة. وقد يترافق ذلك مع التآكل الناتج عن النشاط الميكروبيولوجي .

تستطيع البكتيريا تكوين أغشية حيوية أو مواد لزجة. وبذلك، تتجمع هذه الكائنات الحية على الأسطح باستخدام هيدروجيلات غروانية من الماء ومواد بوليمرية خارج خلوية (مثل السكريات المتعددة والدهون والأحماض النووية). وعادةً ما يكون تركيب الغشاء الحيوي معقدًا.

يمكن أن يحدث التلوث البكتيري في ظروف هوائية (مع وجود الأكسجين المذاب في الماء) أو لاهوائية (بدون أكسجين). عمليًا، تفضل البكتيريا الهوائية الأنظمة المفتوحة، حيث يتوفر الأكسجين والمغذيات باستمرار، غالبًا في بيئات دافئة ومشمسة. أما التلوث اللاهوائي فيحدث غالبًا في الأنظمة المغلقة عند توفر المغذيات الكافية. ومن الأمثلة على ذلك البكتيريا المختزلة للكبريتات (أو البكتيريا المختزلة للكبريت )، التي تنتج الكبريتيد وتسبب غالبًا تآكل المعادن الحديدية (وغيرها من السبائك). من ناحية أخرى، يمكن للبكتيريا المؤكسدة للكبريتيد (مثل بكتيريا أسيديثيوباسيلوس ) أن تنتج حمض الكبريتيك، وقد تساهم في تآكل الخرسانة.

تُعد بلح البحر المخطط مثالاً على الحيوانات الأكبر حجماً التي تسببت في التلوث البيولوجي واسع النطاق في أمريكا الشمالية.

أبسط طريقة لتحديد كمية التلوث المنتظم نسبيًا هي حساب متوسط ​​كمية الرواسب على السطح، أي كيلوغرام من الرواسب لكل متر ^مربع من مساحة السطح. يُعبّر عن معدل التلوث بوحدة كيلوغرام/متر ^مربع/ ثانية، ويُحسب بقسمة كمية الرواسب على زمن التشغيل الفعلي. يأخذ معدل التلوث المُعَيَّر (أيضًا بوحدة كيلوغرام/متر مربع ^/ ثانية) في الاعتبار تركيز المادة الملوثة في سائل العملية (كيلوغرام/كيلوغرام) خلال العمليات السابقة، وهو مفيد لمقارنة معدلات التلوث بين الأنظمة المختلفة. يُحسب بقسمة معدل التلوث على تركيز المادة الملوثة. يمكن حساب ثابت معدل التلوث (متر/ثانية) بقسمة معدل التلوث المُعَيَّر على كثافة سائل العملية (كيلوغرام/متر مكعب ⁾ .

يُستخدم سُمك الرواسب (ميكرومتر) والمسامية (٪) غالبًا لوصف كمية الترسبات. وقد يكون الانخفاض النسبي في قطر الأنابيب أو زيادة خشونة السطح ذا أهمية خاصة عند دراسة تأثير الترسبات على انخفاض الضغط.

في معدات نقل الحرارة، حيث يكون الشاغل الرئيسي في كثير من الأحيان هو تأثير التلوث على نقل الحرارة، يمكن تحديد كمية التلوث من خلال زيادة مقاومة تدفق الحرارة (م ² ك/واط) بسبب التلوث (تسمى " مقاومة التلوث ")، أو من خلال تطور معامل نقل الحرارة (واط/م ² ك) مع مرور الوقت.

إذا كان التآكل تحت الرواسب أو في الشقوق هو الشاغل الرئيسي، فمن المهم ملاحظة عدم انتظام سُمك الرواسب (مثل تموجها ) ، والتلوث الموضعي، وتراكم الرواسب في مناطق محصورة، وتكوّن الانسدادات، والشقوق، و"درنات الرواسب" ^{[ 18 ]} ، أو أكوام الحمأة. يمكن أن تُهيئ هذه التراكيب بيئةً مناسبةً لتآكل المادة الأساسية تحت الرواسب، مثل التآكل بين الحبيبات ، والتنقر ، وتصدع التآكل الإجهادي ، أو التآكل الموضعي. من المرجح أن تؤثر مسامية الرواسب ونفاذيتها على احتمالية حدوث التآكل تحت الرواسب. كما أن تركيب الرواسب مهم أيضًا، فحتى المكونات الثانوية للرواسب قد تُسبب أحيانًا تآكلًا شديدًا للمعدن الأساسي (مثل الفاناديوم في رواسب الغلايات التي تعمل بالوقود، مما يُسبب التآكل الساخن ).

لا توجد قاعدة عامة تحدد مقدار الترسبات المسموح به، فالأمر يعتمد على النظام. في كثير من الحالات، قد تُسبب ترسبات بسمك بضعة ميكرومترات مشاكل. أما الترسبات التي يبلغ سمكها بضعة ملليمترات، فستكون مثيرة للقلق في جميع التطبيقات تقريبًا.

لا يتطور الترسب على السطح دائمًا بشكل مطرد مع مرور الوقت. ويمكن تمييز سيناريوهات التلوث التالية، اعتمادًا على طبيعة النظام والظروف الحرارية المائية المحلية على السطح:

• فترة التحريض - في بعض الأحيان، يُلاحظ معدل تلوث شبه معدوم عندما يكون السطح جديدًا أو نظيفًا جدًا. ويُلاحظ هذا غالبًا في التلوث البيولوجي والتلوث الناتج عن الترسيب. بعد "فترة التحريض"، يزداد معدل التلوث. ^{[ 19 ]}
• التلوث "السلبي" - قد يحدث هذا عند قياس معدل التلوث من خلال مراقبة انتقال الحرارة. يمكن لكميات صغيرة نسبيًا من الرواسب أن تُحسّن انتقال الحرارة، مقارنةً بالسطح النظيف، مما يُعطي انطباعًا بأن معدل التلوث "سلبي" وكمية التلوث الكلية سالبة. غالبًا ما يُلاحظ التلوث السلبي في ظروف انتقال الحرارة بالغليان النوي (حيث تُحسّن الرواسب تكوّن الفقاعات) أو الحمل الحراري القسري (إذا زادت الرواسب من خشونة السطح ولم يعد السطح "أملسًا هيدروليكيًا"). بعد الفترة الأولية من "التحكم في خشونة السطح"، يصبح معدل التلوث عادةً موجبًا بشكل كبير.
• التلوث الخطي - يمكن أن يكون معدل التلوث ثابتًا مع مرور الوقت. هذه حالة شائعة.
• انخفاض الترسيب - في هذه الحالة، يتناقص معدل الترسيب مع مرور الوقت، ولكنه لا يصل إلى الصفر أبدًا. ولا يصل سمك الرواسب إلى قيمة ثابتة. ويمكن وصف تطور الترسيب غالبًا برقمين: معدل الترسيب الأولي (مماس لمنحنى الترسيب عند انعدام الترسيب أو انعدام الزمن) ومعدل الترسيب بعد فترة طويلة من الزمن ( خط مقارب مائل لمنحنى الترسيب).
• الترسيب التقاربي - في هذه الحالة، يتناقص معدل الترسيب مع مرور الوقت حتى يصل إلى الصفر. عند هذه النقطة، يظل سمك الرواسب ثابتًا مع مرور الوقت ( خط تقاربي أفقي ). غالبًا ما يحدث هذا في حالة الرواسب اللينة نسبيًا أو ضعيفة الالتصاق في مناطق التدفق السريع. يُفسر الخط التقاربي عادةً على أنه حمل الرواسب الذي يتساوى عنده معدل الترسيب مع معدل إزالة الرواسب.
• تسارع الترسيب - في هذه الحالة، يزداد معدل الترسيب مع مرور الوقت؛ ويتسارع معدل تراكم الرواسب مع مرور الوقت (ربما حتى يصبح محدودًا بالنقل). من الناحية الميكانيكية، يمكن أن تتطور هذه الحالة عندما يزيد الترسيب من خشونة السطح، أو عندما يُظهر سطح الرواسب ميلًا كيميائيًا أكبر للترسبات من المعدن النقي الموجود أسفله.
• الترسيب المتذبذب - في هذه الحالة، يزداد تراكم الترسيب عمومًا مع مرور الوقت (بافتراض معدل خطي أو متناقص)، ولكن عند التدقيق، يتبين أن عملية الترسيب تتقطع دوريًا وتتخذ شكل منحنى سن المنشار . غالبًا ما تتزامن التغيرات الحادة الدورية في كمية الترسيب الظاهرة مع لحظات إيقاف تشغيل النظام أو بدء تشغيله أو غيرها من الحالات العابرة أثناء التشغيل. تُفسر هذه التغيرات الدورية عادةً على أنها إزالة دورية لبعض الرواسب (ربما إعادة تعليق الرواسب نتيجة نبضات الضغط، أو تقشرها بسبب الإجهادات الحرارية، أو انفصالها بسبب تغيرات الأكسدة والاختزال). يُفترض حدوث تغطية بالبخار بين الرواسب المتقشرة جزئيًا وسطح نقل الحرارة. مع ذلك، توجد أسباب أخرى محتملة، مثل انحباس الهواء داخل الرواسب السطحية أثناء عمليات الإيقاف، أو عدم دقة قياسات درجة الحرارة أثناء الحالات العابرة ("تدفق درجة الحرارة"). ^{[ 20 ]}

يمكن نمذجة تلوث النظام على أنه يتكون من عدة خطوات:

• توليد أو دخول الأنواع التي تسبب التلوث ("مصدر التلوث")؛
• نقل الملوثات مع تيار سائل العملية (غالباً عن طريق الحمل الحراري )؛
• انتقال الملوثات من الجزء الأكبر من سائل العملية إلى سطح التلوث. غالبًا ما يكون هذا الانتقال عن طريق الانتشار الجزيئي أو الانتشار الدوامي المضطرب ، ولكنه قد يحدث أيضًا عن طريق الانزلاق بالقصور الذاتي/الاصطدام، واعتراض الجسيمات بواسطة السطح (للجسيمات ذات الأحجام المحدودة)، والترحيل الكهربائي ، والترحيل الحراري ، والترحيل الانتشارى ، وتدفق ستيفان (في التكثيف والتبخر)، والترسيب ، وقوة ماغنوس (التي تؤثر على الجسيمات الدوارة)، والتأثير الكهروحراري ، ^{[ 21 ] [ 22 ]} وآليات أخرى.
• فترة الحث، أي معدل التلوث شبه المعدوم في الفترة الأولية للتلوث ^{[ 23 ]} (يلاحظ فقط لبعض آليات التلوث)؛
• تبلور الملوثات على السطح (أو التصاق الجسيمات الغروية، أو التفاعل الكيميائي، أو نمو البكتيريا)؛
• في بعض الأحيان يحدث التباطؤ الذاتي للتلوث، أي انخفاض (أو ربما تعزيز) معدل التبلور/الالتصاق بسبب التغيرات في ظروف السطح الناتجة عن ترسبات التلوث؛
• انحلال الرواسب (أو إعادة تعليق الجزيئات الملتصقة بشكل ضعيف)؛
• تماسك الرواسب على السطح (على سبيل المثال، من خلال نضج أوستوالد أو الذوبانية التفاضلية في تدرج درجة الحرارة) أو التصلب ، وهو ما يفسر فقدان الرواسب لمساميتها وازدياد تماسكها مع مرور الوقت؛
• تقشر الرواسب ، أو التآكل الناتج عن التعرية ، أو التقشر .

تتألف عملية الترسيب من نقل الرواسب إلى السطح ثم التصاقها به. وتتم إزالة الرواسب إما عن طريق إذابتها، أو إعادة تعليق الجزيئات فيها، أو تقشرها، أو تآكلها، أو انفصالها. أما التلوث البيولوجي فينتج عن توليد الملوثات، وترسيبها، وإزالة الرواسب، وتماسكها.

بالنسبة للنموذج الحديث للتلوث الذي يتضمن الترسيب مع إعادة تعليق الرواسب وتماسكها في نفس الوقت، ^{[ 24 ]} يمكن تمثيل عملية التلوث بالمخطط التالي:

    [معدل تراكم الرواسب] = [معدل الترسيب] - [معدل إعادة دمج الرواسب غير المتماسكة]

    [معدل تراكم الرواسب غير المتماسكة] = [معدل الترسيب] - [معدل إعادة دمج الرواسب غير المتماسكة] - [معدل تماسك الرواسب غير المتماسكة]

باتباع المخطط المذكور أعلاه، يمكن كتابة معادلات التلوث الأساسية على النحو التالي (في حالة الظروف المستقرة مع التدفق، عندما يظل التركيز ثابتًا مع مرور الوقت):

${\displaystyle {\begin{cases}{dm/dt}=k_{d}C_{m}\rho -\lambda _{r}m_{r}(t)\\{dm_{r}/dt}=k_{d}C_{m}\rho -\lambda _{r}m_{r}(t)-\lambda _{c}\cdot m_{r}(t)\end{cases}}}$

أين:

• m هو الحمل الكتلي للرواسب (المتماسكة وغير المتماسكة) على السطح (كجم/م ² )؛
• t هو الوقت (ثانية)؛
• k _d هو ثابت معدل الترسيب (م/ث)؛
• ρ هي كثافة السائل (كجم/م ³ )؛
• C _m - الكسر الكتلي للملوثات في السائل (كجم/كجم)؛
• λ _r هو ثابت معدل إعادة الالتحام (1/ثانية)؛
• يمثل m _r الحمل الكتلي للجزء القابل للإزالة (أي غير المتماسك) من الرواسب السطحية (كجم/م² ⁾ ؛ و
• λ _c هو ثابت معدل التماسك (1/ثانية).

يمكن تكامل نظام المعادلات هذا (بافتراض أن m = 0 و m _r = 0 عند t = 0) إلى الشكل التالي:

${\displaystyle m(t)={{k_{d}C_{m}\rho } \over {\lambda }}\left(t\lambda _{c}+{{\lambda _{r}} \over {\lambda }}\left(1-e^{-\lambda t}\right)\right)}$

حيث λ = λ _r + λ _c .

يُحاكي هذا النموذج الترسيب الخطي أو المتناقص أو التقاربي، وذلك تبعًا للقيم النسبية لـ k و λr _و λc _. وتتمثل الصورة الفيزيائية الأساسية لهذا النموذج في ترسب ثنائي الطبقات، يتكون من طبقة داخلية متماسكة وطبقة خارجية غير متماسكة. ويُلاحظ هذا النوع من الترسيب ثنائي الطبقات غالبًا في التطبيقات العملية. ويمكن تبسيط النموذج المذكور أعلاه بسهولة إلى النموذج الأقدم للترسيب وإعادة التحريك المتزامنين ^{[ 25 ]} (الذي يُهمل التماسك) عندما تكون λc ₌ 0. وفي غياب التماسك، يتوقع هذا النموذج الأقدم دائمًا الترسيب التقاربي، ويمكن وصف تطور الترسيب كما يلي:

${\displaystyle m(t)=m^{*}\left(1-e^{-\lambda _{r}t}\right)}$

حيث m ^* هو الحد الأقصى (التقاربي) لحمل الكتلة للرواسب على السطح (كجم/م ² ).

يُعدّ التلوث ظاهرة شائعة تُسبّب خسائر تشغيلية هائلة، تمامًا كالتآكل. فعلى سبيل المثال، تشير إحدى التقديرات إلى أن الخسائر الناجمة عن تلوث المبادلات الحرارية في الدول الصناعية تُقدّر بنحو 0.25% من ناتجها المحلي الإجمالي . ^{[ 26 ]} وقدّر تحليل آخر ^{[ 27 ]} (لعام 2006) الخسائر الاقتصادية الناجمة عن تلوث الغلايات والتوربينات في محطات توليد الطاقة الصينية بنحو 4.68 مليار دولار، أي ما يُعادل 0.169% من الناتج المحلي الإجمالي للبلاد.

تنتج الخسائر في البداية عن ضعف انتقال الحرارة، وتلف التآكل (وخاصةً التآكل تحت الرواسب والتآكل الشقوقي )، وزيادة انخفاض الضغط، وانسدادات التدفق، وإعادة توزيع التدفق داخل المكونات، وعدم استقرار التدفق، والاهتزازات المُستحثة (التي قد تؤدي إلى مشاكل أخرى، مثل الإجهاد ^{[ 28 ]} )، والتآكل الاحتكاكي ، والتلف المبكر لعناصر التسخين الكهربائية، وعدد كبير من المشاكل الأخرى غير المتوقعة في كثير من الأحيان. إضافةً إلى ذلك، ينبغي مراعاة التكاليف البيئية (لكنها عادةً لا تُؤخذ في الحسبان). تنشأ هذه التكاليف من استخدام المبيدات الحيوية لتجنب التلوث الحيوي، ومن زيادة استهلاك الوقود لتعويض انخفاض الإنتاج الناتج عن التلوث، وزيادة استخدام مياه التبريد في أنظمة التبريد ذات الدورة الواحدة.

على سبيل المثال، يُعزى فقدان الطاقة في توربينات البخار بمقدار 5 ميغاواط أو أكثر إلى التلوث "العادي" في وحدة توليد طاقة تقليدية بقدرة 500 ميغاواط (صافي الطاقة الكهربائية) . وفي محطة طاقة نووية بقدرة 1300 ميغاواط ، قد تصل الخسائر النموذجية إلى 20 ميغاواط أو أكثر (تصل إلى 100% في حال توقف المحطة بسبب تدهور المكونات الناتج عن التلوث). وفي محطات تحلية مياه البحر ، قد يُقلل التلوث نسبة الإنتاج المُكتسب بنسبة مئوية من رقمين (نسبة الإنتاج المُكتسب هي مقياس يربط كتلة المُقطر المُنتج بكمية البخار المُستخدمة في العملية). كما أن الاستهلاك الإضافي للكهرباء في المُبردات التي تعمل بالضواغط يصل بسهولة إلى رقمين. إضافةً إلى تكاليف التشغيل، ترتفع أيضًا التكاليف الرأسمالية نظرًا لضرورة تصميم مُبادلات حرارية بأحجام أكبر لتعويض فقدان انتقال الحرارة الناتج عن التلوث. إلى جانب خسائر الإنتاج المذكورة أعلاه، يجب إضافة تكلفة وقت التوقف اللازم لفحص المكونات وتنظيفها وإصلاحها (ملايين الدولارات يوميًا من الإيرادات الضائعة في محطة توليد الطاقة النموذجية)، وتكلفة إجراء هذه الصيانة فعليًا. أخيرًا، غالبًا ما يكون التلوث سببًا رئيسيًا لمشاكل التدهور الخطيرة التي قد تحد من عمر المكونات أو المحطات بأكملها.

تُعدّ الطريقة الأساسية والأكثر شيوعًا للتحكم في التلوث هي منع دخول المواد المسببة للتلوث إلى دائرة مياه التبريد. في محطات توليد الطاقة البخارية وغيرها من المنشآت الصناعية الكبرى لتكنولوجيا المياه ، يُتجنب التلوث الكلي عن طريق الترشيح المسبق وفلاتر شوائب مياه التبريد . وتعتمد بعض المحطات برنامجًا لاستبعاد الأجسام الغريبة (للقضاء على إمكانية دخول مواد غير مرغوب فيها بكميات كبيرة، مثل نسيان الأدوات أثناء الصيانة). ويُستخدم أحيانًا الرصد الصوتي لمراقبة التآكل الناتج عن الأجزاء المنفصلة. أما في حالة التلوث الدقيق، فيتم تنقية المياه باستخدام طرق معالجة المياه المتطورة، والترشيح الدقيق ، وتقنية الأغشية ( التناضح العكسي ، وإزالة الأيونات الكهربائية )، أو راتنجات التبادل الأيوني . غالباً ما يتم تقليل إنتاج منتجات التآكل في أنظمة أنابيب المياه عن طريق التحكم في درجة حموضة سائل العملية (عادةً القلوية بالأمونيا أو المورفولين أو الإيثانولامين أو فوسفات الصوديوم )، أو التحكم في الأكسجين المذاب في الماء (على سبيل المثال، عن طريق إضافة الهيدرازين )، أو إضافة مثبطات التآكل .

بالنسبة للأنظمة المائية ذات درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا، يمكن تصنيف المبيدات الحيوية المستخدمة كما يلي: مركبات الكلور والبروميد غير العضوية ، ومُحطِّمات الكلور والبروميد ، ومُحطِّمات الأوزون والأكسجين ، والمبيدات الحيوية غير القابلة للأكسدة. يُعدّ مزيج كلوروميثيل-إيزوثيازولينون وميثيل - إيزوثيازولينون من أهم المبيدات الحيوية غير القابلة للأكسدة . كما يُستخدم ثنائي بروميد نيتريلوبروبيوناميد ومركبات الأمونيوم الرباعية . أما بالنسبة لهياكل السفن المغمورة، فتُستخدم دهانات القاع .

يمكن لمثبطات التلوث الكيميائي ^{[ 29 ]} أن تقلل من التلوث في العديد من الأنظمة، وذلك بشكل رئيسي عن طريق التدخل في مراحل التبلور أو الالتصاق أو التماسك في عملية التلوث. ومن الأمثلة على ذلك في الأنظمة المائية: عوامل التخليب (مثل EDTA )، والأمينات الأليفاتية طويلة السلسلة أو البولي أمينات (مثل أوكتاديسيل أمين ، وهيلامين ، وغيرها من الأمينات "المكونة للأغشية")، وأحماض الفوسفونيك العضوية (مثل حمض الإتيدرونيك )، أو البوليمرات الإلكتروليتية (مثل حمض البولي أكريليك ^{[ 30 ]} ، وحمض البولي ميثاكريليك، وعادةً ما يكون وزنها الجزيئي أقل من 10000). أما بالنسبة للغلايات التي تعمل بالوقود، فيمكن لمضافات الألومنيوم أو المغنيسيوم أن تخفض درجة انصهار الرماد وتعزز تكوين رواسب يسهل إزالتها. انظر أيضًا: المواد الكيميائية المستخدمة في العمليات .

لطالما كان استخدام المعالجة المغناطيسية للمياه موضوعًا مثيرًا للجدل فيما يتعلق بفعاليتها في مكافحة الترسبات منذ خمسينيات القرن الماضي. ويسود الاعتقاد بأنها ببساطة "غير فعالة". ^{[ 31 ]} ومع ذلك، تشير بعض الدراسات إلى أنها قد تكون فعالة في بعض الظروف للحد من تراكم رواسب كربونات الكالسيوم. ^{[ 32 ]}

على مستوى تصميم المكونات، يمكن في كثير من الأحيان (ولكن ليس دائمًا) تقليل الترسيب عن طريق الحفاظ على  سرعة سائل عالية نسبيًا (على سبيل المثال، 2 م/ث) ومنتظمة في جميع أنحاء المكون. يجب التخلص من المناطق الراكدة. عادةً ما تُصمم المكونات بقدرة زائدة لاستيعاب الترسيب المتوقع بين عمليات التنظيف. ومع ذلك، قد يكون التصميم الزائد بشكل كبير خطأً في التصميم لأنه قد يؤدي إلى زيادة الترسيب بسبب انخفاض السرعات. يمكن أن تكون نبضات الضغط الدورية أثناء التشغيل أو التدفق العكسي فعالة إذا تم دمج هذه الإمكانية بعناية في وقت التصميم. يتم دائمًا دمج إمكانية تصريف المياه في مولدات البخار أو المبخرات للتحكم في تراكم الشوائب غير المتطايرة التي تسبب الترسيب أو تفاقمه. تُعد الأسطح منخفضة الترسيب (على سبيل المثال، الأسطح الملساء جدًا، أو المزروعة بالأيونات ، أو ذات طاقة سطحية منخفضة مثل التفلون ) خيارًا لبعض التطبيقات. عادةً ما يُطلب تصميم المكونات الحديثة لتسهيل فحص الأجزاء الداخلية والتنظيف الدوري. تم تصميم أنظمة مراقبة التلوث عبر الإنترنت لبعض التطبيقات بحيث يمكن تطبيق النفخ أو التنظيف قبل أن يصبح الإغلاق غير المتوقع ضروريًا أو يحدث تلف.

يُوصى باستخدام عمليات التنظيف الكيميائية أو الميكانيكية لإزالة الرواسب والترسبات عندما يصل التلوث إلى مرحلة تؤثر على أداء النظام أو عند بدء حدوث تدهور كبير ناتج عن التلوث (مثل التآكل). تشمل هذه العمليات التخليل بالأحماض وعوامل التكوين المعقدة ، والتنظيف بنفثات مائية عالية السرعة ("التنظيف بالماء")، وإعادة تدوير ("التنظيف بالرمل") باستخدام كرات معدنية أو إسفنجية أو غيرها، أو استخدام منظفات الأنابيب الميكانيكية "الرصاصية" التي تعمل خارج النظام. في حين أن التنظيف الكيميائي يُسبب مشاكل بيئية من خلال التعامل مع المواد الكيميائية وتطبيقها وتخزينها والتخلص منها، فإن التنظيف الميكانيكي باستخدام كرات التنظيف الدوارة أو التنظيف "الرصاصي" خارج النظام يُعد بديلاً أكثر ملاءمة للبيئة . في بعض تطبيقات نقل الحرارة، يُعد التخفيف الميكانيكي باستخدام مبادلات حرارية ذات أسطح مكشوطة ديناميكيًا خيارًا متاحًا. كما تتوفر طرق التنظيف بالموجات فوق الصوتية أو الكاشطة للعديد من التطبيقات المحددة.

• أبحاث التلوث النفطي الخام