ما هو تلوث الغشاء؟

یمثل تلوث الأغشیه أو انسداد أغشیه تنقیه المیاه الصناعیه تحدیًا خطیرًا فی عملیات الأغشیه مثل التناضح العکسی (RO)، والترشیح الدقیق (MF)، والترشیح النانوی (NF) والترشیح الفائق (UF). بالطبع تلوث الأغشیه ظاهره لا مفر منها، ولکن السؤال هو ما هی علامات وأعراض تلوث الأغشیه وما هی التدابیر الوقائیه التی یمکن لمنع تلوث الأغشیه اتخاذها ؟ وفی هذا المقال، نعتزم الإجابه على هذین السؤالین بالتفصیل. ولنتعرف أیضاً على مفهوم الترسیب والعوامل المؤثره فی الترسیب الغشائی .

ماذا یعنی الترسیب فی الأغشیه؟

تستخدم أنظمه الترشیح الغشائی، بما فی ذلک الترشیح الدقیق (MF)، والترشیح الفائق (UF)، والترشیح النانوی (NF)، والتناضح العکسی (RO) أغشیه نصف منفذه لإزاله الملوثات من تیار التغذیه، وتیار متخلل وتنتج مرکزات. ونتیجه لزیاده تدفق التغذیه، یزداد ترکیز الملوثات على سطح الغشاء إلى درجه أن بعضها یترسب على سطح الغشاء ویحد من تدفق السائل عبر الغشاء. وتسمى هذه الرواسب قاذورات.

فی الواقع، تلوث الغشاء هو عملیه یتم خلالها ترسیب أو امتصاص الجزیئات الغرویه أو الجزیئات الکبیره القابله للذوبان على مسام الغشاء أو سطحه، ونتیجه لذلک، فإنها تؤدی إلى زیاده مقاومه الماء الذی یمر عبر الغشاء. یمکن أن یؤدی التلوث أو الانسداد إلى انخفاض کفاءه الغشاء، وزیاده تکالیف الصیانه، وحتى فشل الغشاء.

أسباب تلوث الغشاء

السبب الرئیسی لتلوث الغشاء هو المرکبات التی لا یمکنها المرور عبر الغشاء وتترسب على سطح الغشاء تحت الضغط الناتج عن القوه الدافعه للمضخه. وتسمى هذه المرکبات الملوثه. یتم تصنیف هذه الرواسب اعتمادًا على نوع العامل المترسب أو الماده الفاسده، ومن أکثرها شیوعًا ما یلی:

الترسیب بواسطه المرکبات المعدنیه (التحجیم)

یمکن أن تکون مواد مثل الکالسیوم والمغنیسیوم والباریوم والسیلیکا والکبریتات والکربونات وما إلى ذلک مشبعه بدرجه عالیه على سطح الغشاء وتترسب على سطح الغشاء مع تکوین بلورات. یؤدی تکوین هذه الرواسب المعدنیه إلى تقلیل کفاءه الغشاء. یعد استخدام محلول حمضی ذو درجه حموضه منخفضه عملیه تنظیف شائعه لإزاله هذه الرواسب من سطح الغشاء. ولکن فی حاله وجود رواسب السیلیکا أو الکبریتات، سیکون تنظیفها أکثر صعوبه ویتطلب تقنیات مختلفه وأکثر تخصصًا.

هطول بواسطه الجسیمات الغرویه

یجب إزاله المرکبات الغرویه، والتی عاده ما تکون موجوده فی شکل مواد صلبه معلقه فی میاه التغذیه، فی عملیات المعالجه المسبقه، وإلا فإنها سوف تترسب على سطح الغشاء وتسبب التلوث. ونتیجه لذلک، فإنها تسد قنوات التغذیه وتخلق مشاکل للأغشیه. ومن المواد الصلبه العالقه التی قد تسبب ذلک الحدید والألومنیوم والمنغنیز والطین والطمی وغیرها.

قاذورات عضویه أو عضویه

یمکن للمواد العضویه الطبیعیه الموجوده فی الماء أن تسبب رواسب على سطح الغشاء أو فاصل تغذیه لعنصر RO. بالإضافه إلى القاذورات العضویه، تعتبر مواد التخثر (أو عوامل التکتل) والمواد الکیمیائیه المستخدمه فی عملیات المعالجه المسبقه أمثله أخرى على عوامل القاذورات فی الأغشیه. عاده، تتم عملیه تنظیف المواد العضویه باستخدام محلول قلوی ذو درجه حموضه عالیه. فی بعض الأحیان، قد تکون هناک حاجه إلى طریقه تنظیف أکثر تخصصًا.

الحشف أو الانسداد البیولوجی، الحشف الحیوی

یمکن أن تنمو المواد البیولوجیه، بما فی ذلک البکتیریا والحمأه العضویه، على سطح الأغشیه وتتسبب فی انخفاض تدفقات التغذیه والقناه المتخلله. فی الواقع، یتشکل الحشف الحیوی على الأغشیه عندما لا یتم تطهیر المیاه بشکل صحیح قبل دخولها إلى نظام المعالجه. لکن هذا العامل وحده لن یسبب الحشف الحیوی الشدید. هناک عامل آخر یؤدی إلى تفاقم التلوث البیولوجی وهو وصول البکتیریا والکائنات الحیه الدقیقه إلى الطعام. لذلک، بالإضافه إلى وجود البکتیریا الحیه بسبب سوء التطهیر، یجب أن یکون هناک ما یکفی من المرکبات العضویه فی میاه التغذیه حتى یحدث هذا التلوث على نطاق واسع!

علامات تلوث الغشاء

المشاکل الناجمه عن تلوث الأغشیه قد تظهر تدریجیا أو فجأه. قد یظهر کل نوع من أنواع القاذورات أعراضًا مختلفه فی تشغیل نظام معالجه المیاه الصناعیه. لکن بشکل عام، علامات تلوث الأغشیه هذه إلى 3 أنواع: یمکن تقسیم

1. انخفاض الإنتاج أو انخفاض حجم المیاه النقیه
2. زیاده انخفاض الضغط على جانبی الأغشیه
3. تقلیل جوده المیاه المتخلله المنتجه

قد تظهر علامات تلوث الأغشیه بکثافه وتسلسل مختلفین اعتمادًا على نوع التلوث. کما یمکن ملاحظه هذه الأعراض تدریجیًا خلال بضعه أشهر أو بشکل مفاجئ خلال بضعه أسابیع. وبناء على هذه الشروط والاختلافات یمکن التعرف على نوع التلوث والترسیب المتکون على الأغشیه بتخمین مقبول.

زیاده هبوط الضغط

یشیر انخفاض الضغط إلى فرق الضغط بین التغذیه والتیار المکثف لعنصر أو بیرشیروسیل. عندما تتسخ الأغشیه، تعمل هذه الأوساخ على سد فاصل التغذیه الخاص بالعنصر وتمنع مرور میاه التغذیه من خلاله، ونتیجه لذلک، یزداد انخفاض الضغط عبر الغشاء. إذا تجاوز انخفاض الضغط فی النظام حدًا معینًا، فإنه یسبب ضررًا خطیرًا وغیر قابل للإصلاح للغشاء، مما یؤدی فی النهایه إلى استبدال غشاء تنقیه المیاه .

اقرأ أیضًا: حان وقت استبدال غشاء فلتر المیاه

انخفاض معدل التدفق

إذا التصقت الرواسب بسطح الغشاء الموجود داخل العنصر، فإنها تخلق مقاومه فی اتجاه تدفق المیاه الماره عبر الغشاء، ونتیجه لذلک، عند ضغط تشغیل ثابت، یزداد حجم الماء المتخلل الناتج لکل وحده زمنیه الانخفاض، وهو ما یسمى أیضًا “خساره الإنتاج”. ولذلک، سوف تکون هناک حاجه إلى ضغط تشغیل أعلى لإنتاج الکمیه المطلوبه من المیاه المتخلله. عندما یزداد ضغط التشغیل بشکل حاد أو یکون لدیه اتجاه متزاید مع مرور الوقت، یمکن عاده الاشتباه فی حدوث قاذورات ویمکن اتخاذ تدابیر التنظیف.

زیاده ترکیز المواد المذابه فی التدفق

علامه أخرى على تلوث الأغشیه هی زیاده ترکیز المواد المذابه فی الماء النقی. یمکن أن تنشأ هذه المواد المذابه من الترسیب على سطح الغشاء. فی مثل هذه الحاله، تزداد بشکل واضح معلمه TDS أو EC للمیاه المتخلله المنتجه، مما یشیر إلى زیاده فی ترکیز المواد المذابه فی المیاه المتخلله المنتجه.

التغیر فی نوعیه المیاه النقیه

غالبًا ما یکون انخفاض جوده المیاه علامه على تلوث الأغشیه. یتم فحص هذه التغییرات باستخدام معلمه التوصیل الکهربائی أو EC للمیاه النقیه. وبطبیعه الحال، قد یکون انخفاض جوده المیاه فی بعض الأحیان بسبب التغیرات فی نوعیه میاه التغذیه ودرجه الحراره. إذا أظهر الغشاء رفضًا سیئًا للملح وضغط تشغیل مرتفعًا (أو انخفاض الضغط) فی نفس الوقت، فقد یکون الغشاء متقشرًا. ونتیجه لذلک، قد تحتاج إلى عملیات استرداد أقل للنظام، أو تعدیلات على جرعه الحقن المضاده للتکلس، أو تدابیر معالجه مسبقه أفضل.

ظهور علامات تکوین قاذورات على الأغشیه

فی بعض الأحیان، قبل أن یصل تلوث الأغشیه أو الترسیب إلى مرحله حاده، فإنه یحذرنا من خلال علامات تشیر إلى أن الاهتمام والتصرف فی الوقت المناسب فی مثل هذه المواقف یمکن أن یزید من فرص استعاده الأغشیه ومنع حدوث ضرر لا یمکن إصلاحه للأغشیه. ولهذا السبب من المهم اکتشاف ومنع تکون الأوساخ قبل ظهور الأعراض فی بیانات المراقبه وظروف أداء النظام. یتم فحص بعض هذه الأعراض أدناه.

الروائح النفاذه والعفن

یعد إطلاق الروائح الکریهه والنفاذه علامه على النمو البیولوجی على الأغشیه. إذا کانت هناک معالجه مسبقه مثل مرشحات الکربون قبل نظام معالجه المیاه الصناعیه، فقد تتشکل الحمأه على سطح المرشح. أیضًا، إذا قمت بفتح الأبواب فی نهایه البرشروسیل، یمکنک رؤیه العلامات المرئیه والرائحه الکریهه للحشف الحیوی. ویمکن استخدام بعض أنواع المبیدات الحیویه أو المنظفات القلویه للسیطره على هذه الحالات.

تراکم على طول حواف الأغشیه

إذا لاحظت تکوین جزیئات صلبه على حواف مدخل أو مخرج الغشاء، فقد یکون ذلک علامه مبکره على حدوث قاذورات على الغشاء. فی بعض الأحیان، تبدأ المواد الصلبه والعناصر مثل طمی الصدأ أو الجزیئات الصلبه البلوریه بالتجمع فی نهایه أخدود الغشاء، مما قد یکون علامه على التصاق المخلفات بالأغشیه. إذا رأیت هذا النوع من التراکم، تأکد من اتخاذ الخطوات اللازمه لتنظیفه وتعدیل نظام المعالجه المسبقه.

طرق الوقایه من تلوث الأغشیه

عندما نرى علامات تلوث الأغشیه على بیانات أداء النظام، فإن السؤال الذی یطرح نفسه هو کیفیه منع المشاکل والأضرار التی لحقت بالأغشیه؟ فی بعض الأحیان یکون تلوث الأغشیه قابلاً للعکس ویمکننا استعاده أداء النظام باستخدام طرق الغسیل الکیمیائی. ولکن هذا لیس هو الحال دائمًا وقد تصبح الأوساخ غیر قابله للإصلاح مع مرور الوقت والشیخوخه. لهذا السبب، من الأفضل اتخاذ تدابیر وقائیه لمنع أو تقلیل تلوث الأغشیه فی المقام الأول. کما ینبغی اتخاذ الإجراءات اللازمه فی الوقت المناسب لغسل الأوساخ. أدناه، بعض التدابیر الوقائیه الشائعه لمنع تلوث الأغشیه . قمنا بإیجاز

استخدام المعالجه المناسبه

تحتوی أغشیه RO/NF على مسام أصغر من أغشیه MF/UF، وبالتالی، فإنها تتطلب أنواعًا مختلفه من أنظمه المعالجه المسبقه لمنع تلوث الغشاء أو مشاکل أخرى. تعمل عملیات المعالجه المسبقه هذه معًا على تقلیل الملوثات الموجوده فی میاه التغذیه وتضمن مستوى المیاه التی تدخل النظام.

یمکن أن تشمل خیارات المعالجه المسبقه ما یلی:

• عملیات التلبد
• الترسیب (الترسیب الجاذبیه)
• الترشیح متعدد الوسائط (MMF) والتخثر فی وجود الجزیئات الغرویه
• عملیه غشاء UF/MF
• الکربون المنشط الحبیبی (GAC) لإزاله الکلور أو المواد العضویه
• ثنائی کبریتیت الصودیوم لإزاله الکلور المتبقی
• تعدیل الرقم الهیدروجینی للمساعده فی منع الترسبات (إذا لزم الأمر)
• مضاد للتکلس لمنع تشتت الحجم والجسیمات على سطح الغشاء

تصحیح أخطاء تصمیم النظام

من الأفضل أن یتم منع تلوث الأغشیه من خلال الهندسه والتصمیم الصحیحین والمبدئیین. تؤثر العدید من المتغیرات على تلوث الأغشیه وتساهم فی الأداء السلیم لنظام الترشیح الغشائی. یجب على مصمم نظام معالجه المیاه الصناعیه أن یکون حذرًا فی اختیار المعدات ومعلمات التشغیل مثل تدفق الغشاء ونسبه الاسترداد بحیث یکون أداء النظام وتقلیل تلوث الغشاء فی الظروف المثالیه.

تحسین وتعدیل ظروف التشغیل

یمکن أن یتفاقم تلوث الغشاء بنطاق معین من درجات الحراره ودرجه الحموضه وضغط التشغیل ومعدل التدفق. یقوم النظام المصمم جیدًا بموازنه هذه المتغیرات لضمان عدم تراکم المخلفات على سطح الغشاء.

ونظرًا لتعقید هذه العوامل، فمن الأفضل غالبًا استشاره أخصائی معالجه المیاه لإجراء تقییم کامل لمتطلبات العملیه وظروفها. یمکن للخبیر إجراء دراسات قابلیه المعالجه، وتشریح الأغشیه، والاختبار التجریبی لتحدید حل الفصل المثالی الذی یقلل من تلوث الغشاء.

التنظیف الکیمیائی (CIP) للأغشیه فی الوقت الذهبی

یمکن لبرنامج التنظیف المنهجی أن یساعد فی منع تراکم الشوائب على الغشاء. یجب أن تتم دورات التنظیف فی الوقت المناسب، وهو ما نشیر إلیه بالوقت الذهبی، حتى تکون أکثر فعالیه. لهذا، من الضروری تطبیع بیانات أداء النظام وتحدید الوقت الذهبی للتنظیف المکانی (CIP) من خلال مخططات التطبیع. قد تختلف استراتیجیات تنظیف الغشاء اعتمادًا على تصمیم نظام الترشیح الغشائی وأنواع الملوثات المعنیه، ویمکن استخدام طریقه تنظیف واحده أو أکثر.