مقالات

گرفتگی و شستشوی دوره ای غشاء در سیستم های اسمز معکوس

فروردين 12st, 1394

شستشوی ادواری
گرفتگی غشاء در اكثر سیستم‌های اسمز معكوس، یك پدیده طبیعی است. با شستشوی ادواری مناسب، اكثر گرفتگی‌ها قابل تمیز شدن از سطح غشاء می‌باشند. تجربه نشان داده است كه اگر شستشوی سیستم در زمان لازم و به موقع انجام شود، حتی از سیستم‌های اسمز معكوس كه سرعت گرفتگی آنها زیاد است می‌توان انتظار عمر زیاد داشت.


این امكان وجود داد كه یك لایه‌ گرفتگی در سطح غشاء یا در مجراهای عبور جریان از المنت غشاء، در رقیق شدن مجدد املاح در توده‌ جریان تأثیر بگذارد. به عبارت دیگر، لایه‌های گرفتگی می‌توانند موجب افزایش پلاریزاسیون غلظتی در سطح غشاء شوند. كاهش دفع نمك یكی از علائم این اتفاق است. ( به عنوان مثال، افزایش غلظت املاح در آب محصول).
زمانی كه لایه‌های گرفته شده، پلاریزاسیون غلظت را افزایش می‌دهند، احتمال تشكیل رسوب افزایش می‌یابد. در سیستم‌های اسمز معكوس كه بازدهی آنها به حدی است كه حلالیت نمكهای سولفات یا سیلیس به حد اشباع می‌رسند، علایم خطرناكی نظیر كاهش دفع نمك همزمان با كاهش دبی نرمال شده آب محصول یا افزایش افت فشار در نتیجه تمایل به ته‌‌نشین شدن این نمكها در آنها مشاهده می‌شود. این علایم، نشانه آن است كه غلظت این نمكها در سطح غشاء افزایش پیدا كرده است. اگر نمكهای سولفات یا سیلیس رسوب كنند، تمیز كردن آنها از سطح غشاء، كار بسیار دشواری خواهد بود. اگر مشخص شود كه رسوب سیلیس با سولفات در حال تشكیل است باید هر چه سریعتر غشاء با محلول مناسب شستشو داده شود.
بسیاری از گرفتگی‌ها، مخصوصاً جامداتی از نوع خاك سیلیس، با گذشت زمان تشدید می‌‌شود. هر قدر كه لایه‌ گرفتگی ضخیم‌تر شود، تمیز كردن آنها از روی غشاء توسط شستشوی شیمیایی مشكلتر خواهد بود.
در حالاتی كه احتمال فشرده شدن ذرات ته‌نشین شده وجود دارد، یا در حالاتی كه سیستم RO با سولفات یا سیلیس فوق اشباع در حال كار است، شستشوی غشاء قبل از اینكه تغییرات عمده‌ای در كارآیی آن به وجود آید، از حساسیت خاصی برخوردار است و باید با سازندگان غشاء به منظور راهنمایی‌های بیشتر در مورد این نوع شرایط مشورت شود.
در pH پایین، رسوب كربنات كلسیم براحتی به صورت محلول در می‌آید. این كار موجب می‌شود pH آب در سطح غشاء حدود 5/10 باشد. pH بالا می‌تواند خود عاملی در افزایش سریع هیدرولیز غشاء سلولز استات باشد. اگر احتمال می‌رود كه كربنات كلسیم رسوب كند، باید هر چه سریعتر غشاء شستشو داده شود. خوشبختانه، شستشوی شیمیایی جهت حذف رسوب كربنات كلسیم از سطح غشاء توسط محلول شیمیایی اسیدی، نسبتاً آسان است.
اگر اجازه داده شود كه اختلاف فشار بدون انجام شستشوی شیمیایی افزایش یابد، نتیجه نهایی انسداد غشاءهای المنت حلزونی، یا گرفتگی در اطراف تارهای المنت هالوفایبر خواهد بود. اگر شیارها مسدود شوند، توانایی محلول تمیز كننده در تمیز كاری سطوحی كه دچار گرفتگی شده‌اند، كاهش می‌یابد و هرگز امكان نخواهد داشت كه المنت غشاء با استفاده از روش‌های استاندارد تمیز شود.
معمولاً طراحان و سازندگان سیستم RO ، شرایط مطلوب سیستم و آخرین تغییرات قابل قبول قبل از زمان نیاز به شستشوی شیمیایی را اراده می­دهند. چنانچه چنین راهنمائی­هایی در دسترس نباشد، می­توان از مقادیر ذیل بعنوان حداکثر مقادیر قابل قبول تغییر در پارامترهای کنترلی سیستم قبل از شستشوی شیمیایی استفاده نمود:

كاهش نرخ جریان محصول نرمال شده به بیش از 10 تا 15 درصد مقادیر ابتدای راه­اندازی
افزایش 10 تا 15درصد اختلاف فشار نسبت به حالت طبیعی
كاهش 1 تا 2 درصد دفع نمك
بعبارت دیگر با افزایش پارامترهای فوق الذکر تا حد مقادیر قید شده، شستشوی شیمیایی سیستم ضرورت پیدا می­کند. روشن است که درصدهای تغییر مذکور در بالا نسبت به شرایط ابتدای راه­اندازی سیستم برای نخستین بار می­باشند.
یکی دیگر از عوامل کاهش جریان در سیستمهای با غشاء سلولز استات (CA) ، فشردگی لایه­های غشاء روی یکدیگر می­باشد. قسمت اعظم این فشردگی طی 200 ساعت اولیه‌ كاركرد اتفاق می‌افتد. معمولاً 15- 10 درصد نرخ جریان محصول نرمال شده در طی نخستین روزهای کارکرد کاهش می­یابد و پس از آن تا سیستم دچار مشکل خاصی نشود، بطور پایدار و یکنواخت سیستم در همین وضع باقی می­ماند.
زمانیكه سیستم با غشاء سلولز استات سیستم در فشاری بالاتر از فشار طراحی، مورد بهره‌برداری قرار گیرد، فشردگی، سریعتر اتفاق می‌افتد. اگر این نوع غشاء برای مدت زمان طولانی در فشاری بیش از psig 550 مورد استفاده قرار گیرد، راندمان غشاء به طور موقت كاهش می‌یابد. بالعكس، غشاء پلی‌امید، تحمل فشردگی بیشتری داشته و قابلیت بهره‌برداری در فشارهای بالاتر از حد طبیعی را دارد، بدون اینكه فشردگی تأثیر منفی بر روی كارآیی آن داشته باشد. به هرحال، بهره‌برداری سیستم در حالی كه شار آب محصول (دبی آب محصول در واحد سطح) در حد طراحی یا پایینتر از آن باشد، از اهمیت خاصی برخوردار است. به عبارت دیگر، این عمل موجب افزایش سرعت گرفتگی می‌شود.

تمیز كننده‌های مختلف برای گرفتگی‌های مختلف
اكثر متغیرهای مؤثر بر راندمان، زمانی تحت تأثیر قرار می‌گیرند كه منشاء گرفتگی RO ، عوامل مهمی نظیر گل و لای، لجن و رسوب باشد كه در آن صورت راندمان تغییر می‌كند. هریك از عوامل گرفتگی / رسوب، توسط یك محلول تمیز كننده مناسب كه توانایی حل كردن و شستشوی گرفتگی یا رسوب را دارد به بهترین نحو ممكن از روی غشاء حذف می‌شوند.
اغلب، تشكیل گرفتگی /رسوب برروی غشاء به صورت لایه‌های مختلف اتفاق می‌افتد. اگر ابتدا محلول شیمیایی مناسب برای شستشوی لایه‌ بالایی مورد استفاده قرار گیرد، این لایه‌ها به بهترین نحو ممكن تمیز خواهند شد و حذف گرفتگی لایه‌های بعدی با استفاده از محلول مناسب، ساده‌تر انجام می‌شود.
در مورد حذف لایه‌های مختلف گرفتگی/ رسوب سخت، ممكن است لازم شود كه از محلول شستشوی شیمیایی با pH پایین (اسیدی)، یا محلول با pH بالا (بازی) و محلول‌های با pH پایین (برای انجام شستشو بین مراحل مختلف تمیز كاری) استفاده شود.
برای سیستمهای اسمز معكوس كوچك، تعیین روش بهینه برای شستشوی شیمیایی توسط روش سعی و خطا انجام می گیرد. اگر تجزیه‌ آب خوراك مقدار آهن یا منگنز را زیاد نشان دهد، از محلولی برای شستشو استفاده می‌شود كه قادر به شستشوی رسوب فلزات باشد. اگر جامدات معلق در آب زیاد باشند، یا TBC (تعداد باكتریها در واحد حجم آب)، بیش از حد باشد، نشان دهنده گرفتگی بیولوژیكی است و باید از یك محلول بازی برای شستشو استفاده شود. اگر استفاده از یك محلول شیمیایی، بدون تأثیر باشد ممكن است موارد دیگری از گرفتگی اتفاق افتاده باشد. اگر محلول شستشو تا اندازه‌ای مؤثر است، شستشو باید در دو مرحله انجام گیرد.
در مورد سیستمهای اسمز معكوس بزرگ، روش سعی و خطا، روش عملی مناسبی برای پیدا كردن مناسبترین روش شستشو نیست. برای تشخیص نوع گرفتگی، تجزیه‌ لایه‌ سبب گرفتگی، اقتصادی‌تر بوده و انجام شستشوی شیمیایی به احتمال زیاد مؤثر واقع می‌شود.