نرمالایز کردن : درک وضعیت ممبران اسمز معکوس RO + تعیین زمان طلایی CIP

نرمالایز کردن اسمز معکوس تکنیکی است که به بهره بردار آب شیرین کن اسمز معکوس صنعتی اجازه می دهد عملکرد سیستم را بدون توجه به تغییراتی که در شرایط ممکن است ایجاد شود با یک زمان مرجع مقایسه کند. این کار برای بهره بردار آب شیرین کن صنعتی این امکان را فراهم می کند تا تعیین کند که آیا تغییراتی که در دبی تولیدی یا کیفیت تصفیه مشاهده می‌کند ناشی از فولینگ و آسیب به ممبران است یا فقط به دلیل شرایط عملیاتی متفاوت است. برای این کار به نرم افزار‌ نرمالایز کردن اسمز معکوس RO احتیاج دارید که ما برای شما بعضی از این نرم افزارها شامل FTNorm، RO Data و Toray Track را قرار داده‌ایم تا بتوانید دانلود کنید.

بیشتر بخوانید : انواع ممبران تصفیه آب

اهمیت نرمالایز کردن اسمز معکوس چیست؟ چرا باید داده‌های فرایندی سیستم RO را نرمالایز کنیم؟

عملکرد یک سیستم RO توسط عوامل مختلفی مانند ترکیبات موجود در آب خوراک، فشار عملیاتی پمپ، دما و ریکاوری تعیین می شود. به عنوان مثال، کاهش دمای خوراک ۴ درجه سانتی گراد می‌تواند باعث کاهش جریان پرمیت حدود ۱۰% شود، که این یک پدیده طبیعی است. ولی ممکن است افت تولید ۱۰ درصد را به دلیل فولینگ روی ممبران‌های اسمز معکوس هم مشاهده ‌کنیم. برای تمایز بین افت تولید در اثر کاهش دما و تغییرات عملکرد به دلیل فولینگ یا مشکلات دیگر، دبی جریان پرمیت باید نرمالایز شود. نرمالایز کردن مقایسه عملکرد واقعی با عملکرد مرجعی مشخص است در حالی که تأثیرات پارامترهای عملیاتی در نظر گرفته می شود. زمان مرجع معمولاً عملکرد تثبیت شده سیستم RO در ۴۸ – ۷۲ ساعت اولیه راه‌ اندازی سیستم است.

شرکت‌های سازنده ممبران برنامه های نرم افزاری مخصوص به خود را برای نرمالایز کردن داده های عملیاتی ارایه داده اند.

نرم افزار نرمالایز کردن اسمز معکوس RO

به جای استفاده از نرم‌افزارهای نرمالایز می‌توانید دبی پرمیت نرمالایز شده، عبوردهی نمک نرمالایز شده و افت فشار نرمالایز شده را با استفاده از استاندارد ASTM D4516-00 به صورت دستی محاسبه کنید. اما این کار بسیار وقت گیر و پر زحمت است. توصیه ما به شما استفاده از نرم افزار نرمالایز متناسب با برند ممبران‌هایی است که از آن استفاده می‌کنید.

بازه زمانی نرمالایز کردن چه اندازه باشد؟

نرمالایز کردن برای ارزیابی عملکرد یک سیستم RO مهم است. بر اساس دستوالعمل شرکت‌های سازنده ممبران RO حداقل یک بار در روز جمع آوری پارامترهای سیستم مانند فشار، دبی جریان‌ها، دما، کنداکت یا هدایت الکتریکی و … مورد نیاز است. داده های جمع آوری شده در بازه زمانی مورد نظر وارد نرم افزار نرمالایز می شوند. نرمالایز کردن نه تنها برای تعیین زمان مورد نیاز برای تمیز کردن مهم است، بلکه رفتار سیستم تصفیه آب صنعتی را نیز نشان می دهد. به عنوان مثال، آیا کاهش عملکرد تدریجی است یا بسیار ناگهانی! پس هر چه بازه زمانی وارد کردن داده ها کوتاه تر باشد شما روند دقیق‌تری از عملکرد سیستم در اختیار خواهید داشت. توصیه ما حداقل بازه ۴ ساعت است.

تعیین زمان طلایی انجام CIP از طریق نرمالایز کردن

یکی از مهم‌ترین اهداف جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌های عملیاتی سیستم‌های اسمز معکوس صنعتی تعیین زمان طلایی و دقیق انجام شستشوی شیمیایی یا CIP است. در حقیقت، برای ارزیابی صحیح عملکرد ممبران، داده ها باید نرمالایز شوند تا تغییرات فشار، دما و TDS در آب خوراک در نتیجه کار تاثیر نداشته باشند. مثلا اگر افت دمای اب خوراک ورودی به سیستم در فصل زمستان باعث اندکی افت تولید در سیستم شد، این افت تولید نباید با افت تولید در اثر فولینگ اشتباه گرفته شود! پس نرمالایز کردن این تفاوت ها را در نظر می‌گیرد و افت تولید نرمالایز شده دقیقا همان چیزی است که در اثر فولینگ روی سیستم اتفاق افتاده است.

خط Cleanline در نمودارهای نرمال اسمز معکوس چیست؟

برای تعیین زمان دقیق انجام CIP پس از نرمالایز کردن، یک خط مبنا (Cleanline) در موقعیت ۱۰ تا ۱۵ درصد پایین تر از شرایط مرجع کشیده می‌شود. زمانی که داده‌های نرمالایز به این خط Cleanline برخورد کرد و از آن عبور کرد زمان طلایی انجام CIP فرا رسیده است.

شرایط مرجع:

عملکرد سیستم در ۲۴ تا ۴۸ ساعت اولیه پس از راه اندازی یا پس از انجام CIP به عنوان شرایط مرجع در نظر گرفته می‌شود.

برای نرمالایز کردن اسمز معکوس و تعیین زمان طلایی CIP به چه داده‌هایی نیاز داریم؟

داده های خام زیر برای نرمالایز کردن و تعیین سلامت ممبران RO مورد نیاز است.

• دمای خوراک
• دبی جریان پرمیت و ریجکت
• فشار جریان خوراک، ریجکت و پرمیت
• هدایت الکتریکی (EC) جریان خوراک و پرمیت

همه این شرایط عملیاتی مستقیماً بر کیفیت و مقدار آب پرمیت که ممبران های RO می توانند تولید کنند، تأثیر می گذارد. اما، از آنجایی که این شرایط عملیاتی دائما در حال تغییر هستند، مقایسه عملکرد مشاهده شده برخی پارامترها در یک زمان و مقایسه آنها با یک زمان دیگر تحت شرایط عملیاتی متفاوت غیرممکن است. فاکتورهای متغیر مانند دما، کیفیت آب خوراک، جریان پرمیت و ریکاوری سیستم همگی بر عملکرد ممبران تأثیر دارند.

نرمالایز کردن داده های RO به کاربر این امکان را می دهد که عملکرد یک ممبران RO را با یک استاندارد تنظیم شده مقایسه کند که به شرایط عملیاتی متغیر بستگی ندارد.

تفسیر داده های نرمالایز شده تصفیه آب صنعتی RO

یک اپراتور RO در نهایت نگران دو نتیجه است: کیفیت و کمیت آب پرمیت تولید شده. همانطور که ذکر شد، این دو عامل می تواند تحت تأثیر تعدادی از متغیرها از جمله فشار آب خوراک، ریکاوری سیستم و تغییرات در کیفیت آب خوراک قرار بگیرند. سه مقدار محاسبه شده وجود دارد که به ارائه تصویر بهتری از عملکرد واقعی ممبران و هم چنین به عیب یابی دقیق مشکلات احتمالی سیستم RO کمک می کند. این ۳ پارامتر که توسط نرم افزار محاسبه می‌شوند دبی پرمیت نرمالایز شده، افت فشار نرمالایز شده و عبوردهی نمک نرمالایز شده هستند. این شاخص ها اساس یک برنامه بهره برداری و نگهداری موفق RO هستند.

با جمع‌آوری داده‌های عملیاتی، نرمالایز کردن داده‌ها و سپس روند داده‌های نرمالایز شده در طول زمان و مقایسه این مقادیر با یک خط مبنا می‌توانید قبل از اینکه آسیب جبران ناپذیری به ممبران های RO وارد شود، هرگونه مشکل را پیشگیرانه برطرف کنید.

دبی پرمیت نرمالایز شده (NPF)

NPF مخفف واژهNormalized Permeate Flow  است که مقدار آب پرمیتی را که RO تولید می کند اندازه گیری می کند و اغلب به‌عنوان مهم‌ترین پارامتر نظارتی در نظر گرفته می‌شود.این پارامتر به بهترین نحو ممکن تغییرات در عملکرد ممبران RO را منعکس می‌کند. اگر NPF  ۱۰ تا ۱۵ درصد کمتر از مقدار پایه (baseline) باشد (NPF خوانده شده در هنگام راه اندازی با ممبران های جدید یا زمانی که ممبران ها تعویض یا تمیز شدند) این نشان دهنده فولینگ یا رسوب گرفتگی ممبران های RO است و ممبران های RO باید تمیز شوند.

اگر NPF افزایش ناگهانی و غیر منطقی یابد، این به معنای آسیب به ممبران RO است. این آسیب می تواند در اثر حمله شیمیایی (از یک اکسید کننده مانند کلر) یا یک مشکل مکانیکی (مانند شکستن اورینگ) روی ممبران ایجاد شود.

عبوردهی نمک نرمالایز شده (NSP)

NSP مخفف واژه Normalized Salt Passage است که نشان می‌دهد ممبران RO تا چه اندازه نمک‌ها (آلاینده‌ها) را به خوبی دفع می‌کند، و از ورود آنها به جریان پرمیت ممانعت میکند. پس این پارامتر به کیفیت آب پرمیت مرتبط است. اگر NSP افزایش یابد، مقدار نمک هایی که از ممبران RO عبور می کنند افزایش می یابد، و این یعنی پرمیت با کیفیت پایین تر، یعنی کنداکت بالاتر! افزایش NSP می تواند نشان دهنده فولینگ یا رسوب یا تخریب ممبران های RO باشد.

یک ممبران RO با عملکرد خوب باید ۹۷% تا ۹۹% از نمک‌های موجود در خوراک را حذف کند و از ورود آن ها به جریان پرمیت ممانعت کند، و ممبرانی “بد” در نظر گرفته می شود که پس زنی نمک آن به ۹۰% یا کمتر کاهش یابد. در طی عملیات عادی یک ممبران RO، می توانید انتظار داشته باشید که NSP به طور پیوسته در طول استفاده مداوم افزایش یابد. طول عمر مفید ممبران های RO معمولا ۵ سال است، و افزایش مداوم NSP نشانه طبیعی از پیری ممبران و نیاز به تعویض است. ولی با انجام به موقع CIP می‌توانیم پارامتر  عبور دهی نمک نرمال را که بالا رفته کاهش دهیم و مجددا از ممبران استفاده کنیم.

بیشتر بخوانید: تعویض ممبران تصفیه آب

افت فشار نرمالایز شده (NPD)

NPD یا Normalized Pressure Drop به ما می گوید که اسپیسر (Spacer) روی ممبران چقدر تمیز است و مقاومت در برابر جریان آب عبوری از ممبران های RO را نشان می دهد. این اسپیسرها ضخامت بسیار کمی دارند و بنابراین به شدت مستعد مسدود شدن (plugging) هستند. با وقوع انسداد، مقاومت در برابر جریان افزایش یافته و افت فشار افزایش می یابد. NPD در طول زمان به دلیل فولینگ یا رسوب گرفتگی شروع به افزایش می کند و ممبران های RO باید زمانی تمیز شوند که NPD ۱۰ تا ۱۵ درصد بالاتر از مقدار مرجع (baseline) افزایش یابد.

ولی برای ارزیابی دقیق‌تر لازم است NPD و NPF با هم مانیتور شوند تا مشخص شود ممبران های RO چه زمانی نیاز به  تمیزکاری دارند. در اکثر مواقع NPF کاهش می یابد و NPD بدون تغییر باقی می ماند. این امر صرفاً به این دلیل است که مشکلات فولینگ یا رسوب گرفتگی هنوز اسپیسر‌های آب خوراک را مسدود نکرده است. با گذشت زمان NPD همراه با کاهش NPF افزایش خواهد یافت.

اگر بتوان NPD را برای هر مرحله از یک RO اندازه گیری کرد، معمولاً می توان مشکلات بین فولینگ و رسوب گرفتگی بر اساس محل افزایش افت فشار را شناسایی کرد. افزایش NPD در مرحله اول یک RO نشان دهنده مشکلات فولینگ و افزایش NPD در مرحله دوم نشان دهنده رسوب گرفتگی (Scaling) است.

آیا میتوان با پارامتر‌های نرمالایز شده عیب یابی انجام داد؟

یکی از روش‌های جذاب عیب یابی سیستم های تصفیه آب صنعتی RO بررسی و مقایسه پارامتر‌های نرمالایز شده است. با در نظر گرفتن تغییراتی که در روند این ۳ پارامتر رخ می‌دهد می‌توان حدس زد چه مشکلی روی سیستم RO در حال زخ دادن است!

بطور مثال بررسی تغییر همزمان روند NSP و NPF می تواند در شناسایی بایو فولینگ موثر باشد. هنگامی که بایوفولینگ روی ممبران‌ها ایجاد می‌شود، اغلب NSP کاهش می یابد (کیفیت پرمیت بهبود می‌یابد) ولی NPF کاهش می یابد (افت تولید). دلیل این موضوع تشکیل رسوب زیستی (biofoulant) روی سطح ممبران است که در واقع عیوب کوچک در ممبران RO را می‌پوشاند و در نتیجه عبور دهی نمک را کاهش و کیفیت را افزایش می‌دهد. ولی این یک روند کوتاه مدت است و با گذشت مدتی پس از تشکیل بایوفولینگ شرایط بدتر می‌شود!‌ با گذشت زمان، لایه رسوب زیستی (biofoulant) پیر می‌شود و شروع به مردن می‌کند، بسیاری از مواد مانند CO₂، متان، اسیدهای آلی شروع به نفوذ در ممبران  می‌کنند که در نهایت بر کیفیت آب پرمیت نیز تأثیر میفی می‌گذارند و عبور دهی نمک نرمال میز افزایش می‌یابد!

پس اگر شما هم جز بهره بردارانی هستید که هنوز نرمالایز کردن اسمز معکوس را جدی نگرفته اید بهتر است از همین امروز به فکر جبران باشید!