غشاهای آب دریا: چگونه کار می کنند، چه چیزی را باید جستجو کرد و چگونه آنها را در حال اجرا نگه داشت

غشای آب دریا چیست و چرا اهمیت دارد؟

غشاهای آب دریا عناصر فیلتراسیون نیمه تراوا در هسته سیستم های آب شیرین کن اسمز معکوس آب دریا (SWRO) هستند - فناوری مسئول تبدیل آب شور اقیانوس به آب شیرین و آشامیدنی با فشار بالا از طریق یک مانع پلیمری متراکم که نمک های محلول، مواد معدنی و سایر آلاینده ها را پس می زند و در عین حال اجازه عبور آب را می دهد. این غشاها صرفاً به معنای متعارف فیلتر نیستند. آنها از طریق یک مکانیسم جداسازی مبتنی بر انتشار در سطح مولکولی عمل می کنند و بین مولکول های آب و گونه های یونی محلول مانند سدیم، کلرید، منیزیم، سولفات و صدها ترکیب دیگر موجود در آب دریا تمایز قائل می شوند.

اهمیت جهانی غشاهای اسمز معکوس آب دریا در طول سه دهه گذشته به شدت افزایش یافته است زیرا کمبود آب شیرین به یکی از مهم ترین چالش های منابعی تبدیل شده است که هم کشورهای توسعه یافته و هم در حال توسعه با آن مواجه هستند. مناطق ساحلی، جوامع جزیره ای، کشورهای خشک، و عملیات صنعتی تحت تنش آب به طور فزاینده ای به نمک زدایی SWRO به عنوان منبع اولیه یا تکمیلی آب آشامیدنی و فرآیندی وابسته هستند. عملکرد، دوام و هزینه غشاهای RO آب دریا مستقیماً دوام و اقتصادی کل سیستم نمک‌زدایی را تعیین می‌کند - انتخاب، بهره‌برداری و نگهداری این عناصر را به موضوعی بسیار مهم برای مهندسین کارخانه، طراحان سیستم و اپراتورهای تأسیسات در سراسر جهان تبدیل می‌کند.

غشاهای مدرن نمک زدایی آب دریا محصولات بسیار مهندسی شده ای هستند که نشان دهنده دهه ها پالایش علم مواد هستند. بهترین غشاهای SWRO معاصر به نرخ دفع نمک بالاتر از 99.8 درصد می‌رسند، در فشارهای تغذیه 70-55 بار کار می‌کنند و ارقام مصرف انرژی ویژه 2 تا 3 کیلووات ساعت به ازای هر متر مکعب نفوذ تولید شده را ارائه می‌دهند - یک پیشرفت چشمگیر نسبت به نسل‌های قبلی فناوری غشاء و سطح عملکردی که همچنان به بهبود طراحی مدول‌های شیمیایی غشا ادامه می‌دهد. درک اینکه این غشاها چگونه کار می کنند، چه چیزی آنها را از سایر انواع غشاء RO متمایز می کند و چگونه می توان آنها را در طول عمر مفید خود با مشخصات رتبه بندی شده خود حفظ کرد، اساس عملکرد موثر سیستم SWRO است.

نحوه عملکرد غشاء اسمز معکوس آب دریا

اصل کار غشای اسمز معکوس آب دریا، معکوس ساختگی اسمز است - فرآیند طبیعی که طی آن آب در یک غشای نیمه تراوا از ناحیه ای با غلظت املاح کمتر به غلظت املاح بالاتر به منظور یکسان سازی پتانسیل شیمیایی حرکت می کند. در اسمز طبیعی، آب شیرین به طور خود به خود به سمت محلول نمک غلیظ حرکت می کند. اسمز معکوس فشار هیدرولیکی بیش از فشار اسمزی آب تغذیه شور را اعمال می کند تا جریان را در جهت مخالف وادار کند - مولکول های آب را از آب غلیظ دریا از طریق غشاء و به جریان نفوذی با شوری کم فشار می دهد، در حالی که نمک های دفع شده و جامدات محلول در غشای باقیمانده که جریان آب نمک را خارج می کند، متمرکز می شوند.

فشار اسمزی آب دریا استاندارد (تقریباً 35000 میلی گرم در لیتر کل مواد جامد محلول) حدود 27 بار است. برای هدایت نفوذ آب از طریق غشاء با نرخ‌های شار مفید، سیستم‌های SWRO باید فشارهای عملیاتی را به میزان قابل‌توجهی بالاتر از این فشار اسمزی اعمال کنند - معمولاً 55 تا 70 بار در کارخانه‌های نمک‌زدایی آب دریا در مقیاس کامل. این نیاز به فشار بالا دلیل اصلی متمایز بودن غشاهای RO آب دریا از نظر ساختاری و شیمیایی از غشاهای RO آب شور یا آب شیر است که در کاربردهای با شوری پایین‌تر استفاده می‌شوند، که در فشار تغذیه تنها 10 تا 25 بار عمل می‌کنند. غشایی که برای سرویس آب شور طراحی شده است، اگر تحت فشارهای عملیاتی مورد نیاز برای نمک زدایی آب دریا قرار گیرد، از نظر فیزیکی آسیب می بیند یا اجازه عبور نمک غیرقابل قبولی را می دهد.

در سطح مواد، جداسازی در یک غشای RO آب دریا در یک لایه فعال بسیار نازک - معمولاً یک ساختار کامپوزیت لایه نازک پلی آمید (TFC) با ضخامت تقریباً 100 تا 200 نانومتر - که در بالای یک لایه پشتیبانی پلی سولفون و یک پشتی پارچه پلی استر بیرونی برای یکپارچگی ساختاری قرار می‌گیرد، رخ می‌دهد. لایه فعال پلی آمید شامل یک شبکه پلیمری متراکم و متقاطع با منافذ در مقیاس زیر نانومتری است که از طریق آن مولکول های آب می توانند از طریق مکانیسم انتشار محلول پخش شوند. یون‌های محلول مانند Na+ و Cl-، با وجود کوچک‌تر بودن از اندازه منافذ اسمی غشاء، رد می‌شوند، زیرا پوسته‌های هیدراتاسیون آن‌ها (مولکول‌های آب اطراف که یون‌ها با خود در محلول حمل می‌کنند) برای عبور مؤثر از شبکه پلی‌آمید بسیار بزرگ هستند و به این دلیل که ماهیت باردار سطح پلی‌آمید گونه‌های یونی را به‌طور الکترواستاتیکی دفع می‌کند.

انواع عناصر غشایی آب دریا: پیکربندی و فرمت

غشاهای نمک زدایی آب دریا در چندین پیکربندی فیزیکی تولید و مستقر می شوند که هر کدام برای مقیاس و نیازهای کاربردی مختلف مناسب هستند. درک فرمت های موجود به طراحی سیستم هایی کمک می کند که هزینه، عملکرد و قابلیت نگهداری را برای یک پروژه معین بهینه می کنند.

عناصر غشایی زخم مارپیچی

عناصر زخم مارپیچی تا حد زیادی پیکربندی غالب در نمک‌زدایی تجاری و صنعتی SWRO هستند که اکثریت قریب به اتفاق ظرفیت غشای آب دریا نصب شده در سطح جهانی را تشکیل می‌دهند. یک عنصر غشایی RO آب دریا زخمی مارپیچی شامل چندین برگ غشایی مسطح - هر کدام شامل دو ورقه از مواد غشایی فعال است که پشت به پشت با یک فاصله‌دهنده نفوذی بین آن‌ها به هم متصل شده‌اند - اطراف یک لوله جمع‌آوری تراوش مرکزی همراه با شبکه فاصله‌دهنده خوراک بین برگ‌های غشای مجاور پیچیده شده‌اند. عنصر استوانه ای به دست آمده در یک پوشش بیرونی فایبرگلاس یا ABS با کلاهک های انتهایی و دستگاه های ضد تلسکوپی محصور شده است.

المان های مارپیچی استاندارد SWRO 8 اینچ قطر و 40 اینچ طول دارند (فرمت استاندارد صنعتی 8040)، اگرچه عناصر با قطر 4 اینچ (فرمت 4040) به طور گسترده برای سیستم های کوچکتر مانند آب سازهای قایق بادبانی، سیستم های تامین آب جزیره ای و کاربردهای آب فرآیند صنعتی استفاده می شود. چندین عنصر به صورت سری در یک مخزن تحت فشار نصب می شوند (معمولاً 6-7 عنصر در هر مخزن برای سیستم های 8 اینچی)، با کنسانتره از هر عنصر به خوراک بعدی تبدیل می شود، به تدریج جریان آب نمک را در طول ظرف متمرکز می کند در حالی که نفوذ از همه عناصر به طور همزمان جمع آوری می شود.

عناصر غشایی فیبر توخالی

غشاهای آب دریا فیبر توخالی شامل دسته‌هایی از غشاهای فیبر توخالی نازک به مو هستند - هر فیبر یک لوله خود نگهدار از پلی آمید یا پلیمر غشایی دیگر با قطر بیرونی تقریباً 50 تا 300 میکرون است - که آب دریا از طریق آن تحت فشار قرار می‌گیرد. آب از طریق دیواره فیبر نفوذ می کند در حالی که آب نمک رد شده از لومن فیبر خارج می شود. عناصر SWRO فیبر توخالی به چگالی بسته‌بندی بسیار بالایی (مساحت غشاء بزرگ در واحد حجم) در مقایسه با عناصر زخم مارپیچی دست می‌یابند که می‌تواند ردپای فیزیکی یک سیستم نمک‌زدایی را کاهش دهد. با این حال، غشاهای فیبر توخالی آب دریا نسبت به عناصر زخم مارپیچی در برابر رسوب‌زدگی و مسدود شدن غیرقابل برگشت حساس‌تر هستند، زیرا لومن‌های فیبر باریک می‌توانند با ذرات معلق مسدود شوند و در نتیجه در کاربردهای نمک‌زدایی در مقیاس بزرگ معاصر کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع عناصر با مساحت و بهره وری بالا

در قالب غالب زخم مارپیچی 8040، سازندگان غشای آب دریا انواعی را با مناطق غشایی فعال به تدریج بزرگتر در هر عنصر توسعه داده‌اند - که با استفاده از جداکننده‌های تغذیه نازک‌تر، سیم‌پیچ محکم‌تر و عناصر با قطر بزرگ‌تر (المان‌هایی با قطر 16 اینچ اکنون به صورت تجاری در دسترس هستند) به دست می‌آیند. عناصر غشایی SWRO با بهره وری بالا با مساحت فعال 400-440 فوت مربع (37-41 متر مربع) در هر عنصر 8040، در مقایسه با استاندارد قبلی 300-340 فوت مربع در هر عنصر، تعداد مخازن تحت فشار و عناصر مورد نیاز برای ظرفیت تولید معین را کاهش می دهد و به طور مستقیم هزینه سرمایه و ردپایی را کاهش می دهد. این عناصر با مساحت بالا با نرخ‌های شار نفوذ بالاتر عمل می‌کنند، که نیاز به مدیریت دقیق رسوب‌گیری برای جلوگیری از رسوب‌گیری سریع غشا دارد.

پارامترهای کلیدی عملکرد برای غشاهای SWRO: اعداد به چه معنا هستند

برگه های داده غشای آب دریا حاوی مجموعه ای از پارامترهای عملکرد استاندارد است که به مهندسان امکان مقایسه محصولات و پیش بینی عملکرد سیستم را می دهد. درک معنای هر پارامتر و نحوه تبدیل آن به رفتار سیستم نمک‌زدایی در دنیای واقعی برای انتخاب آگاهانه غشاء و نظارت بر عملکرد ضروری است.

انتخاب غشاء RO آب دریا مناسب برای برنامه شما

انتخاب مناسب ترین غشای نمک زدایی آب دریا برای یک پروژه خاص نیاز به ارزیابی سیستماتیک شیمی آب خوراک، کیفیت نفوذ مورد نیاز، هدف بازیافت سیستم، محدودیت های انرژی و محیط عملیاتی دارد. هیچ محصول غشایی به طور جهانی بهینه نیست - انتخاب صحیح به تطبیق ویژگی های غشاء با نیازهای خاص هر برنامه بستگی دارد.

شوری و دما آب خوراک

شوری آب دریا بسته به مکان به طور قابل توجهی متفاوت است - از تقریباً 33000 میلی گرم در لیتر TDS در آب های خنک تر اقیانوس اطلس تا بیش از 45000 میلی گرم در لیتر TDS در خلیج فارس، دریای سرخ و برخی از خلیج های ساحلی محصور. شوری بالاتر به معنای فشار اسمزی بالاتر است که برای دستیابی به شار نفوذی معادل به فشار عملیاتی بالاتر نیاز دارد - یا به طور متناوب، پذیرش بازیابی سیستم کمتر. دمای آب خوراک نیز عمیقاً بر عملکرد غشا تأثیر می‌گذارد: ویسکوزیته آب در دماهای بالاتر کاهش می‌یابد، نفوذپذیری غشا افزایش می‌یابد و اجازه می‌دهد جریان نفوذ بالاتر در فشار کاری یکسان باشد. با این حال، دمای بالاتر نیز دفع نمک را کاهش می‌دهد و اکثر غشاهای SWRO حداکثر دمای عملیاتی ۴۰ تا ۴۵ درجه سانتی‌گراد را دارند. برای منابع آب دریا با دمای بالا، انتخاب غشاء باید محصولاتی با دفع پایدار نمک در دماهای بالا به جای به حداکثر رساندن عملکرد شار در دمای پایین، اولویت بندی کند.

کیفیت آب تراوش مورد نیاز

هدف کیفیت تراوا بر انتخاب غشاء از نظر مشخصات دفع نمک تأثیر می گذارد. برای تولید آب آشامیدنی طبق دستورالعمل‌های آب آشامیدنی WHO، یک سیستم SWRO تک گذری با استفاده از غشاهایی با دفع نمک 99.7-99.8 درصد معمولاً در محدوده 200 تا 400 میلی‌گرم در لیتر TDS از خوراک آب دریا تولید می‌کند - پس از اختلاط با مقدار کمی از آب بای‌پس و معدنی‌سازی مجدد قابل قبول است. برای کاربردهایی که نیاز به آب فوق‌العاده خالص دارند - داروسازی، تولید نیمه‌رسانا، یا خوراک دیگ‌های فشار بالا - یک آرایش RO دو پاسی با استفاده از مرحله دوم غشاهای آب شور با فشار پایین‌تر بر روی نفوذ SWRO ممکن است برای دستیابی به سطوح TDS زیر 50 میلی‌گرم در لیتر ضروری باشد. رد بور یک نگرانی خاص برای آبیاری کشاورزی و کاربردهای آب آشامیدنی است، زیرا غشاهای پلی آمید استاندارد SWRO بور را با کارایی کمتری نسبت به یون‌های تک ظرفیتی دفع می‌کنند - غشاهای تخصصی SWRO با دفع بور بالا یا پردازش گذر دوم در pH بالا ممکن است در جایی که محدودیت‌های بور سخت‌گیرانه است مورد نیاز باشد.

نرخ بازیابی سیستم

بازیابی سیستم کسری از آب خوراکی است که به عنوان محصول تراوش ظاهر می شود - که به صورت درصد بیان می شود. بازیابی سیستم SWRO معمولی از 35٪ تا 50٪ برای سیستم های تک مرحله ای متغیر است، به این معنی که به ازای هر 100 لیتر آب دریا که به سیستم تغذیه می شود، 35 تا 50 لیتر آب شیرین تولید می شود که تعادل به عنوان آب نمک غلیظ باقی می ماند. بازیافت بالاتر از نظر اقتصادی جذاب است زیرا مصرف انرژی در واحد آب محصول را کاهش می‌دهد و حجم دفع آب نمک را به حداقل می‌رساند، اما نمک‌های سمت خوراک و مواد معدنی کم محلول را به حد اشباع نزدیک‌تر می‌کند و خطر پوسته‌گیری را در سطح غشاء افزایش می‌دهد. انتخاب غشاء برای سیستم‌های SWRO با بازیابی بالا باید محصولاتی با عملکرد ثابت در سطوح پلاریزاسیون غلظت بالاتر مرتبط با بازیابی بالا را در اولویت قرار دهد، و دوز آنتی‌اسکالانت و مدیریت شیمی آب خوراک در نرخ‌های بازیابی بالاتر از 45% حیاتی‌تر می‌شوند.

رسوب غشای آب دریا: انواع، علل و پیشگیری

رسوب غشایی تجمع تدریجی مواد روی یا درون سطح غشاء است که شار نفوذ را کاهش می دهد، افت فشار را در عناصر غشا افزایش می دهد و در موارد شدید باعث بدتر شدن غیر قابل برگشت عملکرد دفع نمک می شود. رسوب گیری چالش اصلی عملیاتی در سیستم های اسمز معکوس آب دریا و محرک اصلی فرکانس تمیز کردن، مصرف مواد شیمیایی و در نهایت هزینه های جایگزینی غشا است. درک انواع متمایز رسوبی که بر غشاهای SWRO تاثیر می‌گذارند و علل ریشه‌ای آن‌ها، پایه و اساس یک استراتژی پیشگیری موثر است.

رسوب ذرات و کلوئیدی

ذرات معلق، کلوئیدها، سیلت، خاک رس، و بقایای آلی ریز موجود در آب دریا می توانند بر روی فضای نگهدارنده تغذیه و سطح غشاء درون عناصر زخم مارپیچی رسوب کنند و به تدریج کانال های جریان را محدود کرده و فشار دیفرانسیل را در طول عنصر افزایش دهند. شاخص چگالی سیلت (SDI) اندازه‌گیری استانداردی است که برای تعیین کمیت پتانسیل رسوب ذرات آب تغذیه SWRO استفاده می‌شود - مقدار SDI15 زیر 3 هدف کلی برای غشاهای SWRO زخم مارپیچی است که مقادیر کمتر از 2 برای سیستم‌های با شار بالا ترجیح داده می‌شود. دستیابی به SDI به اندازه کافی کم نیاز به پیش تصفیه کافی در بالادست دارد - معمولاً انعقاد، لخته سازی و غشاهای معمولی فیلتراسیون رسانه ای یا اولترافیلتراسیون (UF) به عنوان مرحله پیش تصفیه بلافاصله در بالادست سیستم SWRO. پیش تصفیه اولترافیلتراسیون به دلیل توانایی ثابت آن در ارائه مقادیر SDI کمتر از 2 بدون توجه به تغییرات کیفیت آب دریا در طول رویدادهای شکوفایی جلبکی، طوفان ها و تغییرات کدورت فصلی به استاندارد صنعتی برای کارخانه های جدید SWRO در مقیاس بزرگ تبدیل شده است.

رسوب بیولوژیکی (بیوفولینگ)

رسوب زیستی - تشکیل بیوفیلم های میکروبی روی غشاء SWRO و سطوح فاصله دهنده خوراک - به طور گسترده ای مشکل سازترین و دشوارترین نوع رسوب گیری در نمک زدایی آب دریا در نظر گرفته می شود. آب دریا حاوی میکروارگانیسم‌های دریایی فراوانی است که به راحتی به سطوح غشایی می‌چسبند، تکثیر می‌شوند و مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) تولید می‌کنند که یک لایه بیوفیلم منسجم و چسبنده را تشکیل می‌دهند. حتی در غلظت‌های بسیار کم سلول، رسوب زیستی می‌تواند به بیوفیلم‌های محدودکننده عملکرد در طی چند روز تا چند هفته پس از عملکرد سیستم تبدیل شود و باعث کاهش قابل توجه شار و افزایش فشار دیفرانسیل شود. ضدعفونی استاندارد با کلر آزاد را نمی توان به طور مداوم با غشاهای پلی آمیدی SWRO استفاده کرد زیرا کلر لایه فعال پلی آمید را تخریب می کند - در عوض، بیوسیدهای غیر اکسید کننده (مانند DBNPA یا ایزوتیازولون ها) برای دوزهای متناوب، همراه با تمیز کردن منظم در محل (CIP) با استفاده از مداخله نشانگرهای سه گانه بیوسیدال در هنگام تمیز کردن، استفاده می شود.

مقیاس بندی

همانطور که آب از طریق غشاهای SWRO نفوذ می کند، نمک های معدنی کم محلول در سمت خوراک به تدریج متمرکز می شوند. هنگامی که غلظت آنها از حد حلالیت فراتر رود، بسته به شیمی آب دریا و بازیابی سیستم، معمولاً کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، سولفات باریم، سولفات استرانسیوم یا مقیاس سیلیس بر روی سطح غشاء رسوب به صورت رسوب رخ می دهد. رسوبات رسوبی به طور فیزیکی منافذ غشایی و کانال های تغذیه را مسدود می کنند و باعث کاهش شار و افزایش فشار دیفرانسیل می شوند که دقیقاً در علائم آن رسوب ذرات را تقلید می کند اما به شیمی تمیز کردن کاملاً متفاوت پاسخ می دهد. دوز ضد اسکالانت - تزریق مواد شیمیایی بازدارنده رسوب به آب خوراک SWRO در غلظت های پایین (معمولاً 2 تا 5 میلی گرم در لیتر) - استراتژی پیشگیرانه اولیه است، با دوز اسید برای کنترل جرم گیری کربنات به عنوان یک اقدام تکمیلی در جایی که خطر جرم گیری کربنات بالا است.

سیستم های پیش تصفیه که از غشاهای آب دریا محافظت می کنند

عمر مفید و فرکانس تمیز کردن غشاهای SWRO مستقیماً با کیفیت آب تغذیه تحویل داده شده به آنها تعیین می شود - که به نوبه خود با اثربخشی سیستم پیش تصفیه بالادست تعیین می شود. پیش تصفیه ناکافی تنها شایع ترین علت رسوب زودرس غشاء SWRO، فرکانس تمیز کردن بالا و کوتاه شدن عمر غشا است. طراحی پیش تصفیه برای تحویل مداوم آب خوراک مطابق با الزامات کیفیت آب خوراک تولید کننده غشاء SWRO به اندازه انتخاب خود غشاها مهم است.

• غربالگری مصرف: صفحه های درشت و ریز در ورودی آب دریا زباله های ماکروسکوپی - جلبک دریایی، موجودات دریایی، زباله های پلاستیکی و جامدات معلق بزرگ - را حذف می کنند که در غیر این صورت باعث آسیب فاجعه بار به پمپ ها، ابزارها و عناصر غشایی می شود. صفحه نمایش درام یا صفحه نمایش نواری با دیافراگم 0.5 تا 1.0 میلی متر معمولاً به عنوان مرحله غربالگری ورودی نهایی استفاده می شود.
• انعقاد و لخته سازی: دوز کردن مواد منعقدکننده (معمولاً سولفات آهن یا کلرید آهن با 1 تا 5 میلی گرم در لیتر به عنوان آهن) در خوراک آب دریا باعث می شود که ذرات کلوئیدی و مواد آلی محلول در لخته های بزرگتر جمع شوند که می توانند با فیلتراسیون پایین دست حذف شوند. انعقاد به ویژه در دوره‌های شکوفه جلبکی که کربن آلی محلول (DOC) و ذرات اگزوپلیمر شفاف (TEP) - پیش‌سازهای رسوب زیستی - در آب دریا افزایش می‌یابد، مهم است.
• پیش تصفیه اولترافیلتراسیون (UF): غشاهای فیبر توخالی UF با اندازه منافذ 0.02 تا 0.1 میکرون حذف مداوم تمام ذرات معلق، کلوئیدها، باکتری ها و اکثر ویروس ها را بدون توجه به نوسانات کیفیت آب خام انجام می دهند. پیش تصفیه UF آب تغذیه SWRO را با SDI و کدورت قابل اعتماد کم تولید می کند و سیستم های SWRO را قادر می سازد با نرخ های شار بالاتر با فواصل طولانی تر بین تمیز کردن کار کنند.
• فیلتراسیون کارتریج: فیلترهای کارتریج 5 میکرونی بلافاصله در بالادست پمپ های تغذیه پرفشار SWRO یک مانع نهایی در برابر ذراتی ایجاد می کند که می تواند به داخل پمپ آسیب برساند یا در اسپیسرهای تغذیه SWRO قرار بگیرد. این فیلترها یک بیمه نامه نسبتاً کم هزینه در برابر عواقب ناشی از اختلالات پیش تصفیه بالادستی است که به سیستم غشایی می رسد.
• دکلره: در جایی که کلر برای کنترل رسوب زیستی در سیستم های ورودی و پیش تصفیه به آب دریا دوز می شود، باید قبل از تماس آب تغذیه با غشاهای پلی آمید SWRO کاملاً حذف شود. متابی سولفیت سدیم (SMBS) ماده شیمیایی دکلره استاندارد است که با مقدار اضافی استوکیومتری نسبت به کلر آزاد اندازه گیری شده با زمان تماس کافی برای اطمینان از کاهش کامل قبل از عناصر غشایی دوز می شود.
• دوز آنتی اسکالانت: مواد شیمیایی بازدارنده رسوب پس از دکلره و بلافاصله قبل از پمپ فشار بالا به خوراک SWRO تزریق می شود. انتخاب آنتی اسکالانت باید بر اساس تجزیه و تحلیل پتانسیل بارش در مقیاس با استفاده از شیمی آب خوراک واقعی باشد - فرمولاسیون های مختلف ضد اسکالانت گونه های مختلف رسوب ساز را هدف قرار می دهند و استفاده از یک محصول نادرست مشخص شده محافظت ناکافی را فراهم می کند در حالی که هزینه های شیمیایی غیر ضروری را اضافه می کند.

تمیز کردن غشاهای آب دریا: چه زمانی و چگونه انجام شود

با وجود بهترین تلاش ها در پیش تصفیه و بهره برداری، غشاهای SWRO به تمیز کردن دوره ای در محل (CIP) برای حذف رسوبات انباشته شده و بازیابی عملکرد نیاز دارند. فرکانس و اثربخشی تمیز کردن مستقیماً تعیین می کند که آیا غشاها به عمر مورد انتظار 5 تا 10 سال خود دست می یابند یا به دلیل آسیب رسوب غیرقابل برگشت به تعویض زودرس نیاز دارند. تمیز کردن به ندرت اجازه می دهد تا رسوبات در رسوباتی که به تدریج حذف آنها سخت تر می شود، جمع شود. تمیز کردن با شیمی نادرست نمی تواند نوع رسوب خاص موجود را برطرف کند و ممکن است باعث ایجاد استرس شیمیایی غیر ضروری بر روی غشا شود.

معیارهای استاندارد راه اندازی صنعت برای شروع تمیز کردن غشاء SWRO عبارتند از: کاهش 10 تا 15 درصدی جریان تراوا نرمال شده (NPF) در مقایسه با خط پایه اولیه در همان شرایط عملیاتی، افزایش 10 تا 15 درصدی در عبور نمک نرمال شده، یا افزایش 15 درصدی در فشار دیفرانسیل نرمال شده در سراسر آرایه غشاء - هر کدام که اول به دست آید. عادی سازی این پارامترها برای محاسبه تغییرات دما، فشار و غلظت خوراک برای مقایسه معتبر در طول زمان ضروری است. مقادیر خام (غیر عادی) می توانند مشکلات ایجاد رسوب را بپوشانند یا به دلیل تغییرپذیری عملیاتی عادی، مداخلات تمیز کردن غیر ضروری را ایجاد کنند.

تمیز کردن CIP شامل گردش یک محلول تمیزکننده گرم شده (معمولاً در دمای 30 تا 35 درجه سانتیگراد) از طریق مخازن تحت فشار با فشار کم و سرعت جریان بالا برای حل، شل کردن و شستشوی رسوبات از غشاء و سطوح اسپیسر تغذیه می شود. انتخاب مواد شیمیایی پاک کننده باید با نوع رسوب مطابقت داشته باشد. پاک کننده های اسیدی (محلول های با pH پایین مانند اسید سیتریک یا اسید کلریدریک) به مقیاس کربنات و اکسید فلز می پردازند. پاک کننده های آنزیمی تخریب هدفمند اجزای رسوب زیستی پروتئین و پلی ساکارید را فراهم می کنند. در عمل، اکثر روش‌های CIP غشایی SWRO شامل ترکیبی متوالی از مراحل تمیز کردن قلیایی و اسیدی برای رسیدگی به لایه‌های رسوب‌کننده مخلوط می‌شود که همیشه در سیستم‌های واقعی آب دریا ایجاد می‌شوند.

نظارت بر عملکرد غشاء SWRO: معیارها و روش‌های کلیدی

نظارت سیستماتیک عملکرد برای تشخیص ایجاد رسوب در مراحل اولیه، شناسایی انواع رسوب‌گذاری خاص از الگوی شاخص‌های عملکرد، بهینه‌سازی زمان تمیز کردن، و ردیابی روندهای طولانی‌مدت وضعیت غشاء ضروری است که نشان می‌دهد چه زمانی باید جایگزینی برنامه‌ریزی شود. یک برنامه نظارتی SWRO که به خوبی طراحی شده است، از ترکیبی از ابزار دقیق آنلاین و جمع آوری داده های دستی دوره ای برای ایجاد یک تاریخچه عملکرد جامع برای هر آرایه غشایی استفاده می کند.

• جریان نرمال تراوا (NPF): مهمترین شاخص عملکرد SWRO. NPF نرخ جریان نفوذ اندازه گیری شده را برای تغییرات فشار خوراک، دمای خوراک، شوری خوراک و بازیابی سیستم تصحیح می کند و مقداری تولید می کند که فقط تغییرات در نفوذپذیری آب غشاء را منعکس می کند. روند کاهشی NPF مستقیماً رسوب یا فشرده شدن غشا را نشان می دهد.
• گذرگاه نرمال شده نمک (NSP): معادل نرمال شده هدایت نفوذی اندازه گیری شده یا TDS، برای تغییرات شرایط عملیاتی تصحیح شده است. روند افزایشی NSP نشان‌دهنده زوال رد نمک غشا است - ناشی از آسیب اکسیداسیون غشا، شکست مکانیکی، شکست O-ring یا در برخی موارد رسوب غیرقابل برگشت لایه فعال.
• فشار دیفرانسیل (ΔP): افت فشار در هر مخزن تحت فشار غشایی یا در سراسر آرایه کامل. افزایش ΔP نشان‌دهنده مسدود شدن فاصله‌دهنده خوراک از تجمع رسوب ذرات یا بیولوژیکی است. نظارت ΔP به ویژه برای تشخیص زودرس رسوب زیستی ارزشمند است، که مشخصاً باعث می‌شود ΔP قبل از کاهش قابل توجه NPF افزایش یابد.
• پروفایل عنصر فردی: اندازه‌گیری دوره‌ای جریان نفوذ، رسانایی، و فشار در هر موقعیت عنصر جداگانه در مخازن تحت فشار (با استفاده از ابزار پروفیل المان یا با آزمایش جداسازی متوالی) مشخص می‌کند که کدام عناصر خاص رسوب، مقیاس یا آسیب دیده‌اند - این امکان جایگزینی هدفمند به جای تغییر عمده‌فروشی عنصر را فراهم می‌کند و هزینه‌های تعویض غشا را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• تجزیه و تحلیل کالبد شکافی: هنگامی که عناصر از سرویس حذف می شوند، کالبد شکافی غشایی - تجزیه و تحلیل فیزیکی و شیمیایی مخرب عنصر - به طور قطعی انواع رسوب موجود را شناسایی می کند، کارایی تمیز کردن را تایید می کند و برای بهینه سازی برنامه های پیش تصفیه و ضد رسوب بازخورد ارائه می دهد. کالبد شکافی باید بر روی حداقل یک عنصر از هر موقعیت مخزن تحت فشار در هر چرخه جایگزینی غشا انجام شود.

افزایش عمر سرویس غشاء SWRO: بهترین روش ها

مورد اقتصادی برای افزایش طول عمر غشاء SWRO قانع‌کننده است - جایگزینی غشا نشان‌دهنده هزینه عملیاتی عمده در سیستم‌های نمک‌زدایی است و هر سال خدمات اضافی استخراج‌شده از مجموعه غشاء موجود مستقیماً هزینه چرخه عمر به ازای هر متر مکعب آب تولید شده را کاهش می‌دهد. استراتژی هایی که به طور موثر عمر غشای آب دریا را افزایش می دهند، به طور مداوم در بهترین کارخانه های SWRO در سراسر جهان اعمال می شوند.

حفظ شار عملیاتی بهینه و پایدار یکی از تاثیرگذارترین اقدامات برای طول عمر غشا است. کارکردن غشاهای SWRO در یا نزدیک شار طراحی خود به جای نرخ شار بیش از حد، قطبش غلظت را در سطح غشاء کاهش می دهد - افزایش محلی غلظت نمک بلافاصله در مجاورت لایه فعال که هم پوسته شدن و هم رسوب زیستی را تسریع می کند. اکثر سازندگان غشاء SWRO نرخ متوسط ​​شار سیستم 10 تا 14 لیتر در متر مربع را برای کاربردهای آب دریا توصیه می کنند، با عناصر جلویی (که با بالاترین کیفیت و کمترین میزان شوری تغذیه را دریافت می کنند) در انتهای بالاتر این محدوده و عناصر دم در انتهای پایین به منظور افزایش ضریب غلظت در امتداد مخزن تحت فشار عمل می کنند.

روش های دقیق خاموش کردن و حفظ غشاها را در طول قطعی های برنامه ریزی شده و برنامه ریزی نشده محافظت می کند. غشاهای SWRO که در آب دریا راکد یا آب خوراک رقیق شده باقی می‌مانند، در طول دوره‌های خاموشی بسیار مستعد توسعه سریع رسوب‌های زیستی هستند زیرا فقدان سرعت جریان متقاطع بالا که تشکیل بیوفیلم را در طول عملیات عادی مهار می‌کند، امکان استعمار سریع میکروبی را فراهم می‌کند. برای خاموش شدن کوتاه مدت (کمتر از 24 ساعت)، شستشوی سیستم غشایی با آب شیرین با شوری کم یا آب شیرین دکلره، خوراک پر نمک را جابجا می کند و خطر رسوب زیستی را تا حد زیادی کاهش می دهد. برای قطع طولانی تر، حفظ غشاها در محلول متابی سولفیت سدیم (0.5-1٪ SMBS) یک محیط بازدارنده برای رشد میکروبی در طول دوره خاموشی بدون آسیب رساندن به مواد غشای پلی آمید حفظ می کند.