, , , ,

گرفتگی ممبران

گرفتگی ممبران

گرفتگی ممبران

گرفتگی ممبران پدیده‌ای مخرب در عملکرد ممبرین دستگاه تصفیه آب است. با وجود گرفتگی ایجاد شده در ممبران به نوعی یک مانع اضافی برای انتقال آب از میان غشاء ایجاد می‌شود. اهمیت بررسی وجود گرفتگی در ممبران به این دلیل است که تصمیم مناسبی برای سیستم پیش تصفیه اتخاذ شود.

مکانیسم گرفتگی ممبران

مکانیسم گرفتگی ممبران به دو دسته کلی تقسیم می‌شود. دسته اول عبارت است از گرفتگی سطحی یا گرفتگی موقت و جبران پذیر و دسته دوم گرفتگی دائمی و جبران ناپذیر است.

  1. گرفتگی سطحی یا گرفتگی موقت و جبران پذیر

گرفتگی سطحی (External Fouling ) نوعی از گرفتگی که بر سطح غشا صورت می‌گیرد.

عوامل گرفتگی سطحی

گرفتگی سطحی عوامل مختلفی دارد:

الف) تشکیل رسوبات معدنی (Scales)

ب)تشکیل کیکی از جامدات حذف شده، ذرات، کلوییدها و سایر مواد آلی/ غیر آلی

ج)تشکیل بیوفیلم (Biofouling) – که متداول‌ترین نوع گرفتگی سطحی است. (مانند: رشد و تجمع میکروارگانیسم‌ها بر سطح غشا)

  1. گرفتگی دائمی و جبران ناپذیر

گرفتگی دائمی (Internal Fouling )ناشی از تغییرات ساختمان پلیمری غشا است. گرفتگی دائمی در اثر تغییرات فیزیکی و شیمیایی ایجاد می‌شود.

الف) تغییرات فیزیکی در ساختمان غشا ناشی از به کارگیری طولانی مدت آب خوراک در فشار و دمای بالاتر از مقدار حداکثری طراحی (فشار طراحی برای غشاهای SW  (آب دریا) ۸۲ بار و BW  (آب لب شور) ۶۹ بار و دمای طراحی عموما ۴۵ درجه سلیسیوس است).

ب) تغییرات شیمیایی در ساختمان غشا ناشی از در معرض قرارگرفتن در برابر مواد شیمیایی (مانند اکسیدانت‌های قوی و اسیدها و بازهای قوی).

انواع گرفتگی ممبران

برای رفع گرفتگی ایجاد شده در ممبران‎ها عموماً باید از آنتی‌اسکالانت و سیستم‌ پیش تصفیه مناسب استفاده کرد. لازمه‌ی تدارک پیش تصفیه مناسب و تعیین مقدار مناسب آنتی‌اسکالانت جهت تزریق در مرحله نخست شناخت عامل گرفتگی است. پنج گروه کلیدی از مواد که عامل گرفتگی ممبران شامل موارد زیر هستند:

  1. ذرات (Particulate Foulants) که عمدتاً شامل گل‌ولای و ذرات معلق است.
  2. کلوییدها (Colloidal Foulants)
  3. رسوب زاهای معدنی (Mineral-Scaling Foulants)
  4. مواد آلی طبیعی (Natural Organic Foulants)
  5. مواد میکروبی (Microbial Foulants)

پدیده‌ی پلاریزاسیون

پلاریزاسیون (Polarization) از فاکتورهای موثر و مهم بر مقدار و نوع گرفتگی ممبران محسوب می‌شود. چگونگی ایجاد این پدیده به این صورت است که با عبور آب از غشا املاحی را در  همان طرف غشا جای می‌گذارد که لایه‌ی مرزی از محلول با غلظت بالا ایجاد می‌کند. در نتیجه‌ی آن ریکاوری سیستم در اثر افزایش موضعی مقدار املاح در یک طرف غشا کاهش می‌یابد.

ضریب پلاریزاسیون(β) توسط ۲ پارامتر Cs و Cb تعریف می‌شود:

پیامدهای پلاریزاسیون

این پدیده در مجموع ۴ مشکل بسیار بزرگ ایجاد می‌کند:

  • فشار اسمزی در سطح غشا را افزایش می‌دهد.
  • فلاکس جریان آب عبوری را کاهش می‌دهد.
  • نمک عبوری از غشا را افزایش می‌دهد.
  • احتمال تشکیل رسوبات و گرفتگی ممبران را افزایش می‌دهد.

از این رو برای محدودسازی مشکل این پدیده تا حد قابل قبول، سازندگان غشا پیشنهاد می‌کنند حداکثر ریکاوری در هر المان بین ۱۰ تا ۲۰ درصد باقی بماند.

نکته قابل توجه در خصوص تاثیرات پلاریزاسیون، در طول وسل غشا، به دلیل افزایش غلظت خوراک، پدیده‌ی پلاریزاسیون تشدید پیدا می‌کند. در نهایت فلاکس آب تولیدی از ابتدای وسل تا انتهای آن طبق رویه‌ی نمودار زیر کاهش می یابد.

تاثیر گرفتگی غشا بر فلاکس آب تولیدی به صورت تابعی از طول وسل

البته گفتن این نکته خالی از لطف نیست که با این که با وجود پلاریزاسیون در المان‌های انتهایی وسل غشا رسوب گذاری‌های معدنی به حداکثر می‌رسد ولی گرفتگی‌های ناشی از ذرات، مواد آلی و بیوفیلم‌ها معمولا در المان‌های ابتدایی وسل غشا شکل می‌گیرد.