شستشوی بموقع و صحیح ممبرانهای اسمز معکوس (RO) در یک دستگاه تصفیه آب صنعتی، یکی از مهمترین فعالیت هایی است که باعث افزایش طول عمر کارکرد و سطح عملکرد دستگاه تصفیه آب دارد. در این مقاله، نکات و پیشنهادات مهمی در مورد شستشوی ممبرانها که توسط شرکت DOW در خصوص ممبرانهای تولید این شرکت که با برند FILMTEC در بازار وجود داشته و از پرمصرف ترین ممبرانهای صنعت هستند، ارائه خواهد شد. البته این موارد، برای ممبرانهای سایر برندها نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

الزامات شستشوی ممبرانها

ممبرانهای اسمز معکوس، در طول زمان کارکرد، به تدریج توسط رسوبات معدنی، مواد بیولوژیکی، ذرات کلوئیدی و مواد آلی غیر محلول، دچار گرفتگی می شوند. با جمع شدن لایه های رسوب روی سطح ممبران، شاهد کاهش جریان نرمال شده آب تصفیه شده، کاهش میزان نرمال دفع املاح و یا هر دو مورد خواهیم بود.

المانهای ممبران اسمز معکوس، با تحقق هر کدام از شرایط زیر، می بایست توسط مواد شیمیایی مناسب شستشو شوند:

– کاهش جریان نرمال شده آب تصفیه شده (Normalized Permeate Flow) به میزان 10%

– افزایش مقدار نرمال عبور نمک (Normalized Salt Passage) به میزان 5% تا 10%

– افزایش میزان افت فشار (تفاضل فشار آب ورودی و فشار پساب) نرمال شده (Normalized Pressure Drop) به میزان 10% تا 15%

در صورت بوجود آمدن هر کدام از شرایط فوق و تعلل در شستشوی ممبرانها، احتمال این موضوع وجود خواهد داشت که دیگر ممبران به عملکرد اولیه خود برنگشته و ضمناً مدت زمان بین شستشوها کوتاه شده و میزان گرفتگی ممبرانها نیز سرعت بیشتری پیدا کند.

میزان افت فشار هر مرحله (Stage) از سیستم تصفیه آب اسمز معکوس، می بایست بصورت منظم اندازه گیری و ثبت شود. در صورت وجود گرفتگی منافذ ورودی ممبران، مقدار این افت فشار، افزایش پیدا خواهد کرد.

نکته ای که می بایست در نظر داشت، این است که جریان آب تصفیه شده خروجی دستگاه در صورت کاهش دمای آب ورودی، افت می کند. در این شرایط، این یک پدیده طبیعی است و الزاماً نشان دهنده نیاز ممبران به شستشو نیست.

پیش تصفیه نامناسب سیستم، عدم کنترل فشار و یا افزایش بازیافت، عواملی هستند که می توانند باعث کاهش جریان آب تصفیه شده و یا افزایش عبور نمک شوند. لذا با مشاهده این علائم، پیش از اقدام به شستشوی ممبران، می بایست ابتدا علل فوق را بررسی نمود. چه بسا با بررسی و رفع مشکلات فوق الذکر، نیازی به شستشوی ممبران نباشد.

نکاتی مهم در خصوص شستشوی ممبرانها

1- از هر ماده شیمیایی که برای شستشوی ممبرانها استفاده می کنید، به نکات ایمنی بیان شده توسط شرکت سازنده آن در زمان حمل، نگهداری، استفاده و حتی دور ریز توجه کرده و آنها را به دقت رعایت کنید.

2- پیش از شروع شستشوی ممبران ها و سیرکوله شدن مواد شیمیایی در سیستم، اطمینان حاصل کنید که ماده شیمیایی مورد استفاده به صورت کاملاً محلول در آمده باشد.

3- توصیه می شود که ممبرانها، پس از شستشو با مواد شیمیایی، با آب با کیفیت بالا و عاری از کلر و با دمای بالاتر از 20 درجه سانتیگراد شسته شوند. برای این منظور، می توان از آب تصفیه شده شده سیستم (Permeate) و یا آب مقطر استفاد نمود. برای انجام این کار، ممبرانها پس از شستشو با مواد شیمیایی، ابتدا با دبی و فشار کم با آب تمیز شستشو داده شوند تا در این بخش، عمده مواد شیمیایی از سیستم خارج شود. سپس با جریان و فشار نرمال، این فلاشینگ ادامه پیدا کند. لازم به ذکر است حتی با انجام عملیات فلاشینگ، باز هم احتمال حضور مواد شیمیایی در بخش آب تصفیه شده (Permeate) دستگاه RO وجود خواهد داشت. لذا، پس از شستشوی ممبرانها با مواد شیمیایی، آب تصفیه شده تولیدی (Permeate) دستگاه به مدت زمان حداقل 30 دقیقه می بایست به مجرای تخلیه فاضلاب (Drain) هدایت شده و سپس دستگاه RO در مدار قرار گیرد.

4- در طول سیرکولاسیون مواد شیمیایی در دستگاه اسمز معکوس، باید از عدم افزایش دما از حد مجاز مراقبت نمود. حداکثر دمای مجاز، بستگی به PH و نوع ممبران دارد. جدول زیر، اطلاعات لازم را در این خصوص ارائه می دهد:

جدول شماره (1) – بازه دما و PH قابل قبول در زمان شستشوی ممبرانها

5- برای المنت های با قطر بیش از 6 اینچ، جهت جریان شستشوی ممبران می بایست با جهت جریان در حالت نرمال کارکرد دستگاه یکسان باشد. این قاعده، به جهت جلوگیری از تلسکوپی شدن ممبران تعیین شده است. حتی برای ممبرانهای با قطر کمتر از 6 اینچ هم رعایت این نکته توصیه شده است.

تجهیزات سیستم شستشوی ممبرانهای RO

تجهیزات مختلف برای سیستم شستشوی دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس (RO) در شکل زیر نشان داده شده اند:

نکاتی در مورد انتخاب و طراحی تجهیزات سیستم شستشو را در نظر داشته باشید:

– مخزن محلول ماده شیمیایی می بایست از جنس پلی پروپیلن و یا FRP باشد.

– در نظر گرفتن درب و یا کاور متحرک و نیز گیج دما برای این مخزن از الزامات است.

– شستشوی ممبرانها در دمای بالاتر، اثربخشی آن را افزایش می دهد. توصیه می شود که میزان PH و دمای محلول شستشو مطابق معیارهای راهنمای جدول شماره (1) رعایت شود. از استفاده از محلول شستشو در دمای زیر 20 درجه سانتیگراد اجتناب شود. زیرا در این دما، اثربخشی محلول شستشو کاهش می یابد. ضمن اینکه برخی مواد شوینده با فرمولهای شیمیایی مشخص (مانند Sodium Lauryl Sulfate) در دمای پایین ممکن است رسوب کنند.

– در برخی مناطق جغرافیایی، ممکن است نیاز به سرمایش محلول شستشو داشته باشیم. بنابراین برای طراحی کامل سیستم شستشوی ممبرانها، می بایست هم الزامات گرمایش و هم الزامات سرمایش را در صورت نیاز در نظر داشته باشیم.

– به عنوان یک قاعده سرانگشتی برای تخمین حجم مخزن ذخیره محلول شستشو، می بایست حجم کل محفظه های تحت فشار ممبران (Pressure Vessel) ها را با کل حجم داخلی لوله و اتصالات مسیر رفت و برگشت سیستم شستشو جمع کنیم. به عنوان مثال، فرض کنید که یک سیستم RO شامل 10 پرشر وسل 8 اینچ که 6 المنت در هر کدام از آنها جای می گیرد، بوده و طول کل مسیر لوله کشی حدود 50 فوت و با سایز 4 اینچ یاشد. محاسبه تخمین حجم مخزن محلول شستشو به شرح زیر خواهد بود:

بنابراین برای مثال ذکر شده، حجم مخزن محلول شستشو را حدود 550 گالن (2.1 متر مکعب) در نظر می گیریم.

– سایز پمپ شستشوی ممبرانها می بایست بر اساس دبی و فشارهای مشخص شده در جدول شماره (2) تعیین شود. فشارهای مشخص شده، با در نظر گرفتن فشار لازم برای غلبه بر افت فشارهای ناشی از لوله کشی و کارتریج فیلترها محاسبه شده اند. جنس قطعات به کار رفته شده در پمپ می بایست از جنس استنلس استیل 316 و یا جنس کامپوزیت پلی استر غیر فلزی باشد.

جدول شماره (2) – دبی جریان توصیه شده برای هر پرشر وسل در زمان شستشوی ممبرانها

– شیرالات، فلومتر و گیج فشار به تعداد مناسب و در محلهای مورد نیاز می بایست در نظر گرفته شده و نصب شوند. خطوط سیستم شستشوی RO می توانند از جنس لوله و یا شیلنگ باشد. اما به هر صورت، دبی جریان شستشو می بایست حداکثر 10 فوت بر ثانیه (3 متر بر ثانیه) باشد.

شش مرحله شستشوی ممبران های اسمز معکوس

1- آماده کردن محلول شستشو

2- پمپاژ با جریان کم (Low flow pumping)

محلول شستشوی ممبران را ضمن انجام گرمایش، با نرخ جریان کم (حدود نصف مقادیر مشخص شده در جدول شماره 1) و فشار پایین به داخل پرشر وسل ها پمپاژ کرده تا این محلول جایگزین آب موجود در آنها شود. فشار پمپ باید تنها به اندازه افت فشار آب ورودی (Feed) نسبت به آب تغلیظ شده (Concentrate) باشد. عملاً در این فشار، محلول تغلیظ شده بسیار ناچیزی تولید خواهد شد. در این حالت، محلول تغلیظ شده خروجی را به فاضلاب هدایت کرده و از برگشت آن به مخزن محلول شوینده جلوگیری کنید.

جدول شماره (1) – دبی جریان توصیه شده برای هر پرشر وسل در زمان شستشوی ممبرانها

3- سیرکولاسیون (Recycle)

بعد از اینکه محلول شستشو بصورت کامل، جایگزین آب داخل سیستم شد، محلول غلیظ شده در جریان Concentrate وارد شده و قابل مشاهده خواهد بود. پس از رسیدن به این وضعیت، اجازه دهید تا خروجی محلول شستشو در هر دو جریان Permeate و Concentrate مجداً به سمت مخزن محلول سیرکوله شود. در این پروسه، اقدامات لازم برای کنترل دما و PH محلول شستشوی ممبران را انجام دهید.

4- غوطه ور سازی (Soak)

پمپ را خاموش کرده و اجازه دهید تا ممبرانها در محلول شستشوی موجود در پرشر وسل ها بصورت غوطه ور باقی بمانند. در شرایط عادی، مدت زمان یک ساعت برای این مرحله مناسب است. اما در صورتی که میزان و نوع رسوب و گرفتگی بالا باشد، این مدت زمان می تواند به 10 تا 15 ساعت هم برسد. در این صورت، این کار را در نیمه شب انجام دهید. برای پایدار نگه داشتن دمای محلول شستشو، این جریان را با سرعت بسیار کم (حدود 10 درصد مقادیر نشان داده شده در جدول شماره 1) در مدار شستشو سیرکوله کنید.

5- پمپاژ با جریان بالا (High flow pumping)

محلول شستشو را با فشار مشخص شده در جدول شماره (1) به مدت 30 – 60 دقیقه در داخل سیستم پمپاژ کنید. جریان و فشار بالای محلول در این حالت باعث می شود تا رسوبات جدا شده از سطوح ممبران، شسته شده و از سیستم خارج شوند. در صورت گرفتگی شدید ممبرانها، شاید لازم باشد تا نرخ شستشو را تا 50% بیش از مقادیر جدول شماره (1) هم افزایش داد. البته در صورت شستشو با این دبی های بالا، باید مراقب افت فشار جریان محلول شستشو در سیستم بود. در این حالت، حداکثر افت فشار مجاز برای هر ممبران 15 psi و برای هر پرشر وسل چند المانه 50 psi (هر کدام زودتر محقق شد) می باشد. افت فشار بیش از این مقادیر، احتمال صدمه دیدگی ممبران ها را در پی خواهد داشت.

6- فلاشینگ (Flash out)

توصیه می شود برای فلاشینگ سیستم، از آب مقطر یا آب تصفیه شده خروجی دستگاه اسمز معکوس استفاده شود. از آب خام تصفیه نشده برای انجام فلاشینگ می بایست اجتناب شود. زیرا املاح موجود در آب خام ممکن است با محلول شستشو واکنش شیمیایی داده و باعث رسوب گذاری مجدد روی ممبرانها شود. حداقل دمای آب مورد استفاده در فلاشینگ، 20 درجه سانتیگراد می باشد.

چند نکته مهم در مورد شستشوی ممبرانهای RO

– توصیه جدی می شود که هر مرحله (Stage) دستگاه اسمز معکوس (و یا دستگاه نانو فیلتراسیون)، بصورت جداگانه شستشو شود. این توصیه، به جهت جلوگیری از ورود رسوبات جدا شده از ممبران در هر مرحله به مرحله بعد و کاهش عملکرد شستشو می باشد. البته برای دستگاه های دارای چند مرحله، می توان عملیات “غوطه ور ساختن” و “فلاشینگ” را بصورت همزمان برای تمامی Stage ها انجام داد. در صورت کدر شدن و یا تغییر رنگ محلول شستشو، لازم است تا محلول جدید آماده و مورد استفاده قرار گیرد. عملیات پمپاژ با فشار بالا می بایست حتماً برای هر مرحله دستگاه بصورت جداگانه انجام شود. برای انجام این کار، می توان با یک پمپ شستشو هر مرحله را شستشو داده و سپس به سراغ مرحله بعد رفت و یا با چند پمپ جداگانه برای هر Stage، این کار را همزمان برای همه مراحل انجام داد.

– توصیه Filmtec برای شستشو این است که ممبران ها ابتدا با شوینده های قلیایی شسته شوند. تنها در مواقعی ممبران ها ابتدا با مواد شوینده اسیدی شسته می شود که مطمئن باشیم که گرفتگی ممبران ها به دلیل رسوب کربنات کلسیم یا اکسید / هیدروکسید آهن باشد.

در صورتیکه گرفتگی ممبرانها ناشی از ترکیب عوامل مختلفی از جمله عوامل کلوئیدی، مواد آلی، میکروارگانیسم ها به همراه رسوب کربنات کلسیم باشد، می بایست از شستشوی دو مرحله ای استفاده کرد. در این حالت، می بایست ابتدا شستشو با شوینده قلیایی و سپس با شوینده اسیدی انجام گیرد. شستشو با شوینده قلیایی باعث حذف رسوبات آلی، کلوئیدی و بیوفیلم شده و در ادامه، شوینده اسیدی، رسوبات کربنات کلسیم را از روی ممبرانها شسته و از سیستم خارج خواهد نمود.

– همواره PH را در طول فرآیند شستشو اندازه گیری کنید. در صورت افزایش PH بیش از 0.5 واحد، از اسید و در صورت کاهش PH بیش از 0.5 واحد، از هیدروکسید سدیم استفاده و به محلول شوینده اضافه شوند.

– در صورت طولانی شدن بیش از حد زمان “غوطه ور سازی” و ثابت ماندن محلول شستشو، احتمال اشباع محلول شوینده و رسوب کردن مجدد مواد محلول در آن روی سطح ممبران و نیز کاهش دما وجود خواهد داشت. به همین دلیل، توصیه شده است که محلول شستشو در طول زمان غوطه ور سازی، با سرعت کم سیرکوله شده و مواد شیمیایی لازم برای تنظیم PH در طول فرآیند شستشو به محلول اضافه شود.

– محلول شستشو در صورت کدر و یا تیره شدن، می بایست با محلول شستشوی تازه جایگزین شده و عملیات شستشو با محلول شوینده تازه تکرار شود.

– در صورتیکه به هر دلیل لازم باشد تا سیستم به مدت بیش از 24 ساعت خاموش ( در حالت Shut down) باشد، می بایست ممبرانها را در محلول 1% متا بی سولفیت سدیم نگهداری نمود.