ما هو غسيل أغشية محطة التناضح العكسي

غسيل أغشية محطة التناضح العكسي هي عملية كيميائية يتم فيها التخلص من الرواسب الملحية المتكونة داخل الأغشية أثناء التشغيل وتكون عن طريق وحدة الـ Cleaning In Place Unit و الملحقة بمحطة التحلية.

وهناك بعض المحطات لا يوجد بها وحدة الغسيل الخاص بها، لذلك يتم استخدام وحدة متنقلة لهذا الغرض.

متى يجب اتخاذ قرار وقف محطة التناضح العكسي حتى يتم غسيل أغشية المحطة؟

يوجد طريقتان لذلك الأولى: عن طريق الـ instrumentation الخاصة بالمحطة. والثانية: تعتمد على فحص الغشاء عمليا للتأكد، ولابد عمل الطريقتين تباعاً

الأولى: عن طريق الـ instrumentation

ويمكن فيها ملاحظة ثلاثة عناصر مهمة:

1. Differential pressure أو فرق الضغط بين المياه المغذية Feed pressure و ضغط المياه المرفوضة Reject pressure بمراقبة قراءة الـ pressure gauges وعادة يكون فرق الضغط ما بين 1.5 إلى 2.5 بار، لكن مسموح للضغط انه يصل لحد معين بعدها يجب ايقاف المحطة وبدأ الغسيل وهو 4 بار. كلما زاد فرق الضغط عن 4 بار كل ما كانت عملية الغسيل أصعب.
2. الملوحة الكلية للمياه المنتجة TDS: عند تكون الأملاح على سطح الـ Membranes تغطي جزء من سطحه مما يؤدي إلى إعاقة لهذا الجزء من قدرته على فصل الأملاح الموجودة في المياه بالتالي يؤثر على المياه المنتجة بزيادة نسبة الملوحة فيها.
3. سعة المحطة أو القدرة الانتاجية لها: تكوين الـ scale داخل الأغشية يقلل فرصة انتاج المحطة للكمية المصممة عليها بالتالي بيكون قراءة الـ flowmeter لقيمة أقل من المطلوب.

الثانية: فحص الأغشية

بعد التأكد عن طريق الخطوات السابقة أنه فعلا يوجد تغيير في قيمة الـ parameters المصمم عليها المحطة، بنقوم بفك واحد من الـ end caps للـ pressure Vessel ونفحص الأغشية (Visual Inspection) طبعا نلاحظ تكون الرواسب بين الـ sheets المكونة للأغشية وأيضا اذا كان موجود داخلها fouling

سبب أهمية هذه الخطوة

1. التأكد أن المترسب داخل الأغشية هل scale أو Fouling أو الاثنين معاً. حتى يتم تحديد نوعية الغسيل الكيميائي التي ستتم واختيار الـكيمياويات المناسبة له و ترتيب استخدامها.
2. أخذ عينة من الـ Scale المتكون و تحليلها نوعيا وكميا لمعرفة نوع المواد المترسبة و أيضا كميتها.

آخر خطوة في عملية الفحص وزن الغشاء بعد إزالته من الوعاء بربع ساعة. عادة الوزن الطبيعي للغشاء الـ 8 بوصة 16-17 كيلو. حيث يكون الغسيل أسهل إذا كان وزنه أقل من 20 كيلو. و كلما زاد الوزن تصعب عملية الغسيل، وإذا وصل وزن الـ membrane إلى 30 كيلو تكون العملية شبه مستحيلة.

الأسباب التي تؤدي إلى تكون هذه الترسبات داخل المحطة؟

أسباب تكون القشور Scaling على الأغشية

يعتمد على تصميم المحطة، إذا كان يوجد بعض الأخطاء عند التصميم يستمر تكون القشور ويكون علاجها مكلف والتشغيل يكون مكلف أكتر. لأن تكلفة حل المشاكل أثناء التشغيل أكبر بكثير من التعديل.

1- عدم إضافة حمض قبل دخول الماء على أغشية ال RO

أو عدم إضافته بالجرعة المطلوبة (وكما قلنا أنه يخفض الرقم الهيدروجيني إلى 5.5 – 6.5 ويحول أملاح العسر من أملاح مترسبة إلى ذائبة يتم التخلص منها مع ال(Concentrate.

2- عدم إضافة مانع الترسيب antiscalant

عدم إضافته من البداية أو عدم إضافته بالجرعة المناسبة والتي أوصت به الشركة الموردة و المناسب لتحليل مياه التغذية أو عدم استخدام antiscalant مناسب أو عدم مراعاة الرقم الهيدروجيني الذى يعمل فيه مانع الترسيب.

3- حدوث تسريب للأملاح في منطقة المعالجة الأولية

كتسريب من الميسرات Softener أو من الفلاتر الرملية أو الكربونية بأي وسيلة.

4- التغير في قيم الأملاح وتحديداً أملاح العسر في مياه التغذية

خاصة مياه الآبار التي تمتاز أحياناً بتغير الأملاح فيها من وقت لآخر لذا يجب متابعة مياه التغذية وعمل التحاليل الدورية التي ذكرناها حتى لو حدث تغير في التركيب يجب أن يتبعه تغير في جرعات الحمض ومانع الترسيب.

5- الخطأ الشائع هو تشغيل المحطة أعلى من قدرتها المصممة له

بحيث بزيادة نسبة الـ recovery أو الماء المنتج عن الحد المسموح به بغرض الحصول على انتاجية أعلى …

والموصي به أن يكون ال recovery ما بين ال50- 80% من حجم مياه التغذية … وهذه النسبة تعتمد على الأملاح في مياه التغذية … فكلما زادت يجب تقليل ال recovery وهذا يتم بتوصية الشركة المنتجة للأغشية بجانب خبرة العاملين بالوحدة … كما أن تحديد ال recovery يعتمد على عمر الأغشية.

6- نلجأ أحياناً في المعالجة الابتدائية لإضافة حمض لتقليل ال pH

فبعض مصادر المياه يكون لها pH فوق ال 8.5. مما يسبب تكون كربونات الكالسيوم شحيحة الذوبان في الماء والتي تترسب بسهولة على الأغشية … أما بإضافة الحمض وتقليل ال pH وبالتالي تقليل قيمة ال LSI فيترتب عليه كيميائياً أن أملاح الكالسيوم (مثل كربونات الكالسيوم) تتحول إلى بيكربونات ذائبة مع انخفاض ال pH ولا تترسب على الأغشية

7- يوجد أسباب أخرى مثل concentration polarization و β – Factor و الـ Flux

مكونات وحدة غسيل الأغشية CIP Unit في محطات التحلية

هي عبارة عن خزان يوصل بأنابيب مع محطة التحلية بحيث يتم تدوير المياه في دائرة مغلقة تضم الخزان مع كل pressure vessel داخل محطة الـ R.O. عبر مضخة حيث تتحرك المياه من الخزان عبر المضخة إلى المحطة و الرجوع مرة ثانية إلى الخزان مع التأكيد بأن خط انتاج المحطة و خط المياه المرفوضة تصب في هذا الخزان.

الاحتياطات الواجب مراعاتها قبل وأثناء عملية غسيل أغشية المحطة

1. مراعاة شروط السلامة لعمال و فنين المكان و الخاصة بالتعامل مع الكيماويات ووجود نشرة الأمان و السلامة لكل المواد المستخدمة
2. التأكد من أن المياه المستخدمة في عملية الغسيل خالية تماما من الكلور الحر
3. أثناء عملية تدوير المياه التأكد من أن خطي الانتاج والرجيع تتدفق منه المياه داخل الخزان
4. ضغط المياه على الخط لا يتجاوز 4 بار بضبط محبس مضخة التدوير
5. التأكد من أن كل محابس التغذية والمياه المرفوضة مفتوحة تماما
6. التأكد من أن معدل تدفق المياه لا يتجاوز 40 جالون في الدقيقة
7. قيمة الـ pH للمحلول المجهز داخل الخزان لكل أنواع الكيماويات المستخدمة يجب أن يكون ما بين 2 – 12 وكذلك على جميع نقاط التدفق.
8. إزالة أي float switch على الخزان لتفادي أي back pressure على الـ Membrane
9. ملء خزان الغسيل بالكمية المطلوبة من المياه طبقا للحسابات المتفق عليها في عمليات الغسيل

اذا كانت المحطة تتكون من مرحلتين أو 3 مراحل، يفضل فصل كل مرحلة و غسلها على حدى.

حساب كمية المياه المطلوبة للغسلة الواحدة:

كل غشاء 8 بوصة يحتاج إلى 32 – 35 لتر، لذلك نحسب عدد الـ membranes الموجودة في المحطة و نضربها X 35 لتر بالإضافة إلى حجم الخزان ويضاف عليهم 20% يتم التخلص منها كـ once Through عند بدء العملية وقبل recirculation.

طريقة غسيل أغشية محطة Reverse osmosis كيميائياً

مما ذكرنا سابقا نحدد بالضبط ما هي المشكلة عن طريق تحليل الـ scale ومعرفة نوعه وكميته وإذا كان فيه fouling وبالتالي نستطيع تحديد المواد المطلوبة للغسيل.

الحالات العامة والمختلفة والمحتملة للمشاكل عند غسيل أغشية المحطة:

1- فإذا كانت المشكلة fouling يتم الغسيل بـ alkaline cleaners مثل الصودا الكاوية ومعها detergents .

في حالة وجود fouling يحذر استخدام أي acid لأن الحمض يجعل كل الحبيبات الدقيقة تلتصق على سطح الاغشية مما يؤدي لصعوبة إزالتها إلا بإزالة فعالية الغشاء ، لذلك يجب التأكد إذا كان يوجد fouling سواء bio fouling أو normal fouling

2- في حالات وجود ترسبات ملحية ناتجة عن تراكم أملاح الكربونات، طبعا يفضل استخدام الأحماض زي citric acid أو sulfamic acid و أحيانا hydrochloric acid.

3- في حالات وجود metal oxides و sulphate salts طبعا يفضل استخدام chelating agents

4- في حالات وجود الـ silica طبعا ودي من الأملاح الصعبة جدا يمكن استخدام HF ولكن بحذر.

ما هي قشور السيليكا:

عنصر السيليكون Si يتواجد في المياه الجوفية هيئة ذائبة أو غير ذائبة …

إذا كان في الصورة الذائبة فإنه يكون على هيئة سيليكا (SiO2) … سيلكون مرتبط بذرتين أوكسجين … وتتراوح نسبتها في مياه التغذية ما بين 1 – 100 جزء في المليون (وفى مياه البحر تكون ما بين 0.4 – 8 جزء في المليون).

الشكل الكيميائي للسيليكا يتحدد تبعاً لل pH.

الشكل السائد للسيليكا عند pH 7 أو أقل هو حمض الميتا سيليسيك Meta Silicic acid ورمزه الكيميائي (H2SiO3)n وهو حمض ضعيف يكون على هيئة من هذه الهيئات:

SiO2 – H2SiO3 – H4SiO4 (-Si(OH)4)

نلاحظ أن ال n تشير إلى عدد الجزيئات.

فإذا حدث التشبع لهذا الحمض في الماء وتعداه يعنى حدث Supersaturation يعني فوق التشبع فإنه يكون بوليمر وتزيد قيمة ال n لتتكون سلسلة طويلة من السيليكا الغروية الغير ذائبة Insoluble Colloidal silica أو تتكون سيليكا جل غير متبلورة أو غير منتظمة Amorphous silica gel … وهذه المركبات تسبب القشور على الأغشية.

خطورة تكون بلورات السليكا

فإذا حدث وأن زادت ال pH عن نقطة التعادل وهى 7 فإن تركيز أيونات الهيدروجين يقل ويتفكك حمض ال Silicic إلى أنيون السيليكات Anion silicate ورمزه (HSiO3-)n وهو يتحد مع الكاتيونات الموجبة مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد والمنجنيز والألمونيوم ليكون أملاح السيليكات الغير ذائبة Insoluble silicate مما يسبب أيضاً تكوين القشور.

ويظهر فاولينج السيليكا في الأغشية الأمامية في المعتاد … وللأسف بلورات السيليكا تسبب تشوه للأغشية ولا يُفلح معها الغسيل الكيميائي في المعتاد.

غير أن السيليكا تتبقى أكثر ذوبانية عند الـ pH المرتفعة بعد الثمانية ولكنها نشطة في التفاعل مع الكاتيونات الموجبة مثل ما وضحنا وتقل ذوبانيتها حتى تنعدم ما بين 8.2 – 7 ثم ترتفع قليلاً عند pH أقل

أيضاً، في كتير من الأبحاث إذا تواجد الألومنيوم والحديد في مياه التغذية يترسب مع السيليكا حتى ولو كانت تحت التشبع Under saturation … ولذلك يجب أن يكون الحديد والألومنيوم أقل من 0.05 جزء في المليون في مياه التغذية حتى ولو كانت السيليكا أقل من درجة التشبع … وكما نرى عامل ال pH أيضاً هام … كل ذلك يُراعى عند التحليل الكيميائي للمياه الخام … وبالأخص عند استخدام المروقات أو Coagulants التي تتكون من حديد أو ألمونيوم. من تتبع الـ pH في وحدة التناضح نجدها تقل من 7.5 مثلاً إلى 7 أو 6.5 أو أقل وهنا تكمن الخطورة بناءً على ما قلناه من تكون السيليكا الغروية أو الغير متبلرة مع زيادة التركيز وتتكون الترسبات.

5- من الممكن تواجد أملاح الباريوم والإسترانشيوم والفلورايد وهي الاصعب على الإطلاق في إزالتها. لذلك نفضل دائما أن يتم pre-treatment للمياه بشكل جيد كما ذكرنا في هذا المقال قبل دخول المياه المحطة وتعمل تراكم للمشاكل لذلك مهم جدا تحليل المياه في الأول و رسم تصور للمشاكل وكيفية التغلب عليها في التصميم.

ويمكن تصنيف درجة صعوبة و خطورة الـ Scales المتكونة حسب الترتيب التالي من الشمال لليمين:

CaCO3 ==˃ CaSO4 ==˃ Silica ==˃ SrCO3 ==˃ BaSO4 ==˃ SrSO4 ==˃ CaF2 ==˃ CaSiO3 ==˃ MgSiO3 ==˃ Ca3(PO4)2

كيف تتكون الترسبات

تبدأ أول مراحل الترسبات حيث تتشكل بلورات (كريستالات) الأملاح تشكيلاً مبدئيا في مرحلة نسميها pre-clustring. أو مرحلة ما قبل تكون عناقيد البلورات … وهذه البلورات تكون مصيدة لجزيئات أخرى من الأملاح فوق مرحلة التشبع … تتراكم بعضها فوق بعض لتكون بلورات ضخمة تترسب على سطح الأغشية وتسبب المأساة …

وفى الحقيقة … فإن ديناميكية عملية الترسب مازالت غامضة وغير مفهومة بالكلية … ويؤثر فيها عدة عوامل مثل الحرارة وال pH والتركيب الكيميائي للأملاح نفسها. والزمن اللازم لتكون بلورات هذه الأملاح المختلفة والتي نسميها في العام ال induction time.

من صور الترسبات الكيميائية التي تظهر أثناء غسيل أغشية المحطة:

• السيليكا.
• والكاتيونات الموجبة: الكالسيوم والمغنيسيوم والباريوم والاسترانشيوم.
• والكاتيونات السالبة: الكربونات والكبريتات والفوسفات.

وتسبب تكون القشور Scales أعراض مهمة أهمها ثقل وزن الغشاء وانخفاض في تدفق البريميت نظراً لحدوث ترسبات تسد ثقوب الأغشية.