تصفیه آب صنعتی، عیب یابی
۳ دلیل افت فشار در سیستم تصفیه آب صنعتی اسمز معکوس RO
بهمن
ممبران ۸ اینچ اسمز معکوس (RO) در عین ظاهر ساده‌ای که دارد ساختیار بسیار پیچیده‌ای دارد. در واقع تلفیقی از علوم مختلف شامل مهندسی شیمی، مهندسی مکانیک و علم شیمی به کار گرفته شده تا چنین محصولی تولید شود. همان طور که می دانید ممبران توسط یک لایه فایبرگلاس احاطه شده است، اگر این لایه فایبرگلاس را بشکافیم، تعداد زیادی لایه مشاهده می کنیم که این لایه ها شامل اجزای مختلفی هستند. در این مقاله پس از تشریح ممبران اسمز معکوس صنعتی به دلایل مختلف افت فشار و نقش اجزای درون ممبران در آن می‌پردازیم.
۳ دلیل افت فشار RO + اجزای تشکیل دهنده یک ممبران ۸ اینچ FilmTec
توری (Feed Spacer)
اولین لایه، شبکه توری شکلی است که feed spacer نام دارد و بین لایه های غشا که به صورت رول درآمده اند، قرارگرفته است. وظیفه این لایه ایجاد مسیر عبور آب از بین لایه های درون ماژول و روی سطح ممبران است.
غشای اسمز معکوس (RO Membrane)
لایه بعدی، ممبران یا غشای اسمز معکوس (RO) است که به صورت صفحه است، دو صفحه ممبران از سه طرف به هم چسبیده و فقط یک سمت آن باز است که به لوله مرکزی ممبران (ماژول) که در اصطلاح به آن کالکتور (collector) می گویند متصل است. کالکتور مسیر خروج آب پرمیت از ممبران یا ماژول ۸ اینچ اسمز معکوس است.
روی سطح غشا جلوه طلایی رنگی قابل مشاهده است که همان لایه انتخابگر (selective) غشا است که از جنس پلی آمید است، که کار نمک زدایی را انجام می دهد. به عبارتی دیگر وظیفه آن جداکردن نمک ها و تولید آب شیرین است. ضخامت این لایه که بر روی لایه‌های زیرین دیگری قرار کرفته در حد ۲۰۰-۳۰۰ نانومتر است. در واقع، فشاری که توسط پمپ ایجاد می شود باعث عبور آب از سطح غشا شده، یعنی آب از بین دو صفحه غشا که از پشت به هم چسبیده اند عبور می کند و وارد فضای بین آنها می‌شود.
بیشتر بخوانید: کاربرد اسمز معکوس
حمل کننده پرمیت (Permeate Carrier)
بین دو صفحه غشا شبکه توری شکل دیگری قرار دارد که منافذ آن از feed spacer بسیار ریزتر است و در اصطلاح به آن حمل کننده پرمیت یا permeate carrier می گویند. بعضی افراد به اشتباه آن را به permeate spacer می شناسند! وظیفه این لایه توری شکل انتقال آب عبوری از غشا به سمت کالکتور، یعنی به سمت مسیر خروج آب پرمیت از غشا، می باشد.
افت فشار در سیستم اسمز معکوس RO
وقتی در سیستم RO با افت فشار مواجه می شوید به این معناست که شبکه توری feed spacer که بین لایه های غشا قرار گرفته توسط فولینگ ها مسدود شده است، به این معنی که فولینگ ها بین محفظه‌های خالی شبکه های توری قرار گرفته و مسیر عبور آب از بین لایه ها را مسدود می کنند. درنتیجه منجر به ایجاد افت فشار و یا افت تولید در سیستم می شوند.
فولینگ برگشت ناپذیر روی سطح غشا RO
اگر سیستم شما به کرات دچار افت فشار و افت تولید می شود، سه دلیل مهم دارد که در ادامه به این دلایل مهم می پردازیم. اما قبل از آن می خواهیم در مورد موضوع مهم تری یعنی اثر فولینگ روی سطح غشا بحث کنیم. مطالعه موردی ما بررسی ممبران یک شرکت بهره بردار آب شیرین کن RO است که ممبران آن بعد از ۱.۵ سال از استفاده خراب شده است و مجبور به تعویض آن شده‌اند، در حالی که عمر مفید چنین ممبرانی بالای ۵ سال است.
نشانه های فولینگ روی سطح غشا به صورت لکه های زردی نمایان است. البته همه قسمت های غشا درگیر فولینگ نشده اند و این لکه های زرد رنگ تنها در برخی نواحی غشا مشهود است. این فولینگ ها در اثر بهره برداری غلط روی سطح غشا تشکیل شده اند. به طور مثال، اگر عملیات CIP یا شستشوی شیمیایی به موقع انجام می شد، ممکن بود فولینگ ها از سطح غشا حذف شوند. اما به دلیل بهره برداری غلط و عدم انجام به موقع CIP در زمان طلایی به فولینگ های برگشت ناپذیر (Irreversibale Fouling) تبدیل شده اند. در نتیجه بهره بردار نتوانسته این فولینگ ها را حذف کند و در اثر افت تولید دائمی به ناچار مجبور به تعویض ممبران‌ها شده‌اند.
۳ دلیل مهم افت فشار در سیستم‌های RO
و اما در اینجا به بررسی دلایل افت تولید و افت فشار در سیستم RO می پردازیم که همانطور که گفتیم ۳ دلیل مهم دارد:
۱. افت فشار به دلیل مشکلات پیش تصفیه
دلیل اول مربوط به مسائل و مشکلاتی است که در پیش تصفیه وجود دارد. یعنی سیستم پیش تصفیه شما نمی‌تواند آلاینده های موجود در آب خوراک را به خوبی حذف کند و در نتیجه منجر به افت تولید و افت فشار در سیستم می شود. به طور مثال، سیستم پیش تصفیه نمی تواند پارامتر SDI را به خوبی کنترل کند و به استاندارد RO برساند، در نتیجه فولینگ هایی که باید در پیش تصفیه حذف شوند، حذف نشده و وارد سیستم RO می شوند و آن شبکه توری که در بالا اشاره کردیم را مسدود می کنند، که اثر آن به صورت افت فشار در سیستم نمایان می شود.
افت فشار به دلیل خطاهای طراحی RO
دلیل دوم مربوط به مسائل و مشکلاتی است که در طراحی سیستم RO نهفته است. به طور نمونه، اگر یک شرکت طراح و سازنده خطاهای طراحی را برطرف نکرده باشد، اثرات آن به صورت افت تولید و افت فشار تکرار شونده روی سیستم نمایان می شود. و یا عدم بالانس هیدرولیکی روی سیستم به خصوص در سیستم های RO دو مرحله ای از دیگر دلایلی است که می تواند منجر به ایجاد افت تولید و افت فشار در سیستم شود. عدم بالانس هیدرولیکی معمولا باعث خرابی زود هنگام ممبران‌های مرحله اول سیستم RO می‌شود. ریشه آن مسائل در طراحی سیستم RO نهفته است.
تجربه ما از بررسی مورد‌های بسیاری حاکی از آن است که وجود خطاهای طراحی در سیستم های RO بسیار تکرار شده است. مشاهده شده که سیستم های RO مختلفی با خطاهای طراحی به اجرا درامده و کار می کنند و مشکلاتی قابل پیش‌بینی دارند.
افت فشار به دلیل اشتباهات در انجام CIP
و اما سومین دلیل افت فشار اسمز معکوس، مسائل و مشکلات مربوط به CIP است. به طور مثال، اگر عملیات CIP در زمان طلایی آن و به موقع انجام نشود باعث می شود فولینگ های برگشت پذیر تبدیل به فولینگ های برگشت ناپذیر شوند.
برای تعیین زمان طلایی شستشوی ممبران‌ها لازم است داده‌‌های فرایندی سیستم اسمز معکوس را نرمالایز کنیم.
در صورتی که می توانستند با یک یا دو سیکل CIP، البته طبق یک دستورالعمل درست، کاملا از سطح ممبران حذف شوند. و یا اینکه اگر دستورالعمل CIP که در دسترس دارید متناسب با سیستم شما نباشد، یعنی متناسب با نوع فولینگ ها و یا شدت گرفتگی سیستم شما نباشد، با انجام مراحل CIP نمی توانید همه فولینگ ها را حذف کنید و این باعث می شود بخشی از فولینگ ها روی سطح غشا باقی بماند و تبدیل به فولینگ‌های برگشت ناپذیر شود. در این صورت شما افت تولید و افت فشار همیشگی را روی سیستم RO مشاهده کنید که تنها راه چاره آن صرف هزینه‌های هنگفت جهت تعویض ممبران‌های گران قیمت RO سیستم‌تان است!
راهکار پیشگیری از افت تولید و افت فشار همیشگی سیستم RO
ما در دانش‌لاین دوره آموزشی تحت عنوان دوره جامع تصفیه آب صنعتی ارائه داده‌ایم که این ۳ دلیل افت فشار اسمز معکوس را به طور کامل پوشش می‌دهد. در دوره جامع راه‌کارهای کلیدی ارائه داده‌ایم تا بتوانید از افت تولید و افت فشار همیشگی روی سیستم RO جلوگیری کنید. با بکارگیری این آموزش‌ها می‌توانید از ممبران‌ها تا انتهای عمر مفیدشان که حداقل ۵ سال است به راحتی استفاده کنید.
