گرفتگی فیلتر ممبران

گرفتگی فیلتر ممبران سیستم RO در طول مدت زمان بهره‌برداری به واسطه وجود ذرات ریز معلق و محلول در آب خوراک رخ می‌دهد. گرفتگی های متداول شامل رسوبات کربنات کلسیم، رسوب سولفات کلسیم، باریم و استرانسیوم، گرفتگی‌های ناشی از اکسیدهای فلزی به عنوان مثال ،آهن ،منگنز، مس و آلومینیوم و… ، رسوب ناشی از سیلیکا، رسوب ذرات کلوئیدی معدنی، رسوب ناشی از مخلوط ذرات کلوئیدی آبی و غیرآلی، گرفتگی ناشی از مواد آلی طبیعی و انسان ساز، گرفتگی بیولوژیکی همانند باکتری، جلبک قارچ.

شدت و نوع گرفتگی به عواملی همچون کیفیت آب خوراک و میزان بازیافت مستقیم بستگی دارد. معمولاً روند پیشرفت پدیده گرفتگی به صورت تصاعدی بوده و چنانچه برای رفع آن اقدامی صورت نپذیرد می‌تواند در مدت زمان کوتاهی کارکرد سیستم RO را به مخاطره بیندازد. بنابراین باید پس از مشاهده اولین نشانه‌های ایجاد گرفتگی به فکر راه حل بود.  شستشوی شیمیایی به هنگام یکی از راه‌های محافظت از ممبران ها است. نکته بسیار مهم در خصوص شستشوی شیمیایی این است که شستشو در زمانی صورت پذیرد که کمترین میزان گرفتگی فیلتر ممبران وجود دارد.

چنانچه شدت گرفتگی فیلتر ممبران بالا باشد بازده شستشو را تا میزان زیادی کاهش می دهد. اگر کارکرد غشاها ۳۰ تا ۵۰٪  افت کند تقریباً احیا کردن آنها غیر ممکن است. در موارد استفاده از مواد منعقد کننده در قسمت پیش‌تصفیه سیستم RO ، باید دقت کرد تا مقادیر واکنش نداده مواد منعقد ساز وارد جریان خوراک RO نگردند زیرا می‌توانند باعث پدیده گرفتگی شوند. به طور کلی منابع آلودگی هایی از قبیل گل و لای و ذرات کلوئیدی در جریان آب خوراک سیستم RO می‌تواند موارد زیادی همانند باکتری، خاک، سیلیکای کلوئیدی، خوردگی تجهیزات فلزی، مواد منعقد کننده‌ای سولفات آلومینیوم، کلرید فریک، پلی الکترولیت‌های کاتیونی باشند.

روش‌ها و شاخص‌های زیادی برای پیش‌بینی پتانسیل آب خوراک در ایجاد گرفتگی بر روی غشا سیستم RO وجود دارد. از جمله آن‌ها می‌توان به شاخص تراکم سیلت (SDI)، کدورت و آزمایش‌های شمارش ذرات اشاره داشت. جدول زیر برخی از شاخص ها را معرفی می‌کند.

انواع گرفتگی فیلتر ممبران

رسوب کربنات کلسیم

کربنات کلسیم یک رسوب معدنی بوده و در صورت نبود تزریق ماه ضد رسوب در جریان آب خوراک و یا نبود تنظیم میزان pH آب که منجر به بالا رفتن pH گردد، ایجاد رسوب خواهد کرد. چنانچه رسوب کربنات کلسیم به هنگام شناسایی شود می‌توان با کاهش pH آب خوراک تا حد ۳ تا ۵ برای مدت زمان ۲ ساعت، گرفتگی را رفع کرد ولی اگر دیر شناسایی شود باید با شستشوی غشا در pHهای پایین و با استفاده از اسید سیتریک آن را زدایش کرد.

ممانعت از ترسیب کربنات کلسیم

جلوگیری از تشکیل کربنات کلسیم در بیشتر سامانه‌های RO یک امر ضروری است. در اکثر پکیج های کوچک RO، برای جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم، بازدهی سیستم را کاهش می‌دهند. در صنایع بزرگ، به خاطر اقتصادی بودن سیستم، بازدهی باید بالا باشد. برای جلوگیری از ترسیب کربنات کلسیم در بازدهی بالا، روش‌های ذیل به کار گرفته می‌شوند :

• تزریق اسید به جریان خوراک RO برای تبدیل بیشتر بی‌کربنات به دی‌اکسید کربن به همراه افزایش حلالیت کربنات کلسیم در pH پایین‌تر.
• تزریق ماده بازدارنده ترسیب به جریان خوراک RO برای به حداقل رساندن احتمال تشکیل رسوب.
• جداسازی سختی از آب خوراک با گذر آن از رزین‌های سدیمی در بالادست RO.

رسوبات سولفات کلسیم، باریم، استرانسیوم

رسوب سولفات کلسیم بسیار سخت‌تر از رسوب کربنات کلسیم است و زدایش آن نیز دشوارتر است. این رسوب به سبب نبود تزریق ماده ضد رسوب و یا تزریق بیش از حد ماده اسید سولفوریک در قسمت تنظیم pH به وجود می‌آید. رسوبات سولفات باریم و استرانسیوم بسیار سخت بوده و عملاً در هیچ کدام از مواد شوینده شیمیایی قابلیت انحلال ندارند. به همین دلیل باید تمهیدات لازم برای جلوگیری از به وجود آمدن اینگونه رسوبات در طراحی اندیشیده شود.

رسوب سیلیکا

اکسید سیلیسیم (SiO₂)، کریستالی همانند کوارتز با حلالیت ppm  6 در آب بی‌شکل با حلالیت ppm ۱۰۰-۱۴۰ در آب است و انحلال آن در آب بسیار به pH وابسته است. سیلیکا به سه شکل سیلیکای فعال (H₃SiO₃) سیلیکای کلوئیدی (سیلیکای پلیمریزه شده) و سیلیکای ذره‌ای (ذرات ریز شن) در آب می‌تواند حضور داشته باشد. سیلیکای محلول در pH پایین تر از ۸ به صورت اسید سیلیسیک ₄(OH)Si یا ₄(SiO)H₂ است و با افزایش غلظت سیلیکا اسید سیلیسیک به فرم زیر رسوب خواهد کرد.

Si(OH)₄→2H₂O + SiO₂

ثابت حاصل ضرب حلالیت برای سیلیس در حالت اشباع به صورت زیر است:

KSP = [Si(OH)₄]

[₄(Si(OH]: غلظت اسید سیلیسیک برحسب SiO₂ و واحد آن mg/l لیتر است.

در ۲۵ درجه سانتیگراد و pH خنثی، ثابت حاصل ضرب حلالیت برای سیلیس حدود mg/l  96 (برحسب SiO₂ ) است. اگر غلظت اسید سیلیسیک بیش از mg/l  96 باشد، امکان تشکیل رسوب سیلیس وجود دارد. البته سیلیکا بسیار آرام تشکیل بلوره می‌دهد و بیشتر سامانه‌های RO تا غلظت l/mg  ۱۴۰ اسید سیلیسیک را بدون خطر تشکیل رسوب تاب‌آوری می‌کنند.حلالیت سیلیس به شدت تابع دما است، در دمای نزدیک به انجماد (صفر درجه سانتیگراد) سیلیس نامحلول است. تأثیر دما بر حلالیت سیلیس را می‌توان به صورت یک رابطه خطی رسم کرد. در یک دمای مشخص می‌توان حاصل ضرب حلالیت را با استفاده از شکل زیر مشخص کرد.

در pH آب بالاتر از ۸ اسید سیلیسیک به آنیون سیلیکات تجزیه می‌شود که سبب افزایش حلالیت سیلیکات در آب می‌شود. مگر اینکه یون‌های کاتیونی چند ظرفیتی با غلظت زیاد در آب حضور داشته و در pHهای بالا نمک‌های نامحلول سیلیکات را تشکیل دهند. در این pHها، وجود آهن یا آلومینیوم همراه سیلیکا سبب ترسیب نمک‌های کم محلول سیلیکا می‌شود. سایر کاتیون‌های چند ظرفیتی نیز در pH بیش از ۸ میل به تشکیل رسوب با سیلیکات دارند که در محدوده یکی دو واحد کمتر از pH فوق اشباع هیدروکسید این نمک‌ها رخ می‌دهد.

همواره داده‌های تشکیل و ترسیب نمک‌های هیدروکسید کاتیون‌های چند ظرفیتی در دسترس است. از آنجایی که عموماً pH جریان دفعی سیستم RO یک واحد از pH جریان خوراک آن بالاتر است، باید از کارکرد سیستم با جریان خوراک با pH بالاتر از 7.5 پرهیز کرد. محدوده غلظت فلزات مختلف برای تشکیل رسوب سیلیکات در شکل زیر نشان داده شده است. در pHهای پایین ذرات سیلیکا نظیر آنچه همواره در خاک‌های رس وجود دارد، در حضور کاتیون‌های چند ظرفیتی مانند آلومینیوم یا آهن منعقد می‌شود. آهن یا آلومینیوم ممکن است از بقایای سامانه‌های پیش‌تصفیه به صورت اضافه باقی بمانند. از فرایند تشکیل نمک‌های هیدروکسید کاتیون‌های چند ظرفیتی در واحدهای تصفیه پساب برای جداسازی فلزات از پساب استفاده می‌شود.