شستشوی ممبران RO – گرفتگی بیولوژیک

شستشوی ممبران سیستم های اسمز معکوس بعنوان یکی از پرکاربردترین عملیات نگهداری حوزه تصفیه آب به روش RO (اسمز معکوس) به شمار می روند.   این سیستم ها  در صنایع مختلف از جمله نفت ، گاز و پتروشیمی ، نیروگاه ها و صنایع تولید برق ، تصفیه خانه های آب و فاضلاب و دیگر صنایع جهت تامین مصارف صنعتی ، کشاورزی و آشامیدنی،استفاده می شوند.

کارایی و بازدهی بالای سیستم های  RO تا حد زیادی به سلامت و تمیزی سطح فیلتر ممبران وابسته است .

 در سیستم های اسمز معکوس  به مرور زمان انواع آلودگی ها از جمله رسوبات معدنی ( Scaling) و مواد آلی روی سطح ممبران تجمع پیدا می کنند . در میان این آلودگی ها ، رسوبات بیولوژیکی یا بیوفیلم ( Biofilm) یکی از دشوارترین و رایج ترین نوع گرفتگی به شمار می روند . در صورت عدم کنترل به موقع منجر به بروز مشکلاتی از جمله افت فشار ، کاهش دبی تولید و کاهش کیفیت آب خروجی خواهند شد .

بایوفیلم در واقع لایه ای چسبناک از میکروارگانیسم ها (عمدتا باکتری ها ) است که به سطح ممبران می چسبند و کلونی های متراکمی را تشکیل می دهند . از مهم ترین عوامل تشکیل بیوفیلم در سیستم های  RO می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• وجود مواد مغذی در آب خوراک مانند مواد آلی محلول ، سیلیکا ، فسفات و….
• عدم گندزدایی موثر در پیش تصفیه ( عدم تزریق بایوساید در سیستم ).
• دمای بالا که محیط مناسبی برای رشد میکروب ها فراهم می کند.

در سیستم های اسمز معکوس وجود باکتری و تشکیل بایو فیلم نه تنها موجب کاهش کیفیت آب تصفیه شده می شود بلکه باعث افت فشار ، کاهش ظرفیت و کاهش عمر فیلتر ممبران ها می شود. بنابراین شستشوی منظم بیولوژیک و بررسی تعداد CFU نقش مهمی در نگهداری و عملکرد بهینه سیستم دارد .

ارزیابی تعداد باکتری ها در سیستم های غشایی معمولا بر حسب واحد تشکیل کلنی یا  CFU (Colony Forming Unit ) اندازه گیری می گردد. مقدار این شاخص نشان دهنده وضعیت آلودگی میکروبی و احتمال تشکیل بایو فیلم در ممبران است .

شستشوی بیولوژیک ممبران های سیستم اسمز معکوس

شستشوی بیولوژیک ممبرین های اسمز معکوس برای حذف آلودگی میکروبی مانند باکتری ها ، بیوفیلم و سایر میکروارگانیسم ها از سطح غشا انجام می شود و شامل استفاده از محلول های ضدعفونی کننده  یا مواد بایوساید(Biocide ) جهت گندزدایی سیستم  و کنترل بایوفولینگ (Biofouling ) است .

لازم به ذکر است که استفاده مداوم از مواد شیمیایی جهت شستشوی ممبران  RO منجر به کاهش طول عمر ممبرین ها در طولانی مدت خواهد شد  .

در سیستم های غشایی پایش میکروبی معمولا از سه نقطه شامل آب خوراک ( Feed) ، آب تولید(Permeate ) و آب دورریز( Reject/Concentrate) انجام می شود .جریان ریجکت به دلیل تمرکز بالاتر املاح و مواد آلی محل اصلی رشد میکروارگانیسم ها و تشکیل بیوفیلم است .بنابراین تغییر در تعداد باکتری ها در این بخش شاخص قابل اعتمادی جهت ارزیابی وضعیت بیولوژیکی ممبران ها به شمار می رود .

 براساس تجربیات علمی و منابع فنی ، حدود ارائه شده در جدول شماره ۱ بعنوان راهنمای شستشوی بیولوژیک (Bio-CIP) در نظر گرفته می شود :

توجه داشته باشید که مقادیر ذکر شده در جدول فوق تنها یک شاخص بوده لذا سایر عوامل اعم از نوع باکتری ، مواد مغذی ، دما و زمان ماند آب نیز باید در نظر گرفته شوند.

تاثیر بایوفولینگ بر پارامترهای عملکردی سیستم RO

گرفتگی بیولوژیکی ممبرین که به شکل یک لایه چسبنده از میکروارگانیسم ها روی سطح ممبرین ها ظاهر می شود ، اثرات مخرب و چند جانبه ای بر عملکرد کلی سیستم های اسمز معکوس دارد.

برای درک بهتر رابطه بین گرفتگی بیولوژیکی و عملکرد سیستم ، تاثیر این پدیده بر شاخص های اصلی سیستم RO در جدول شماره ۲ ارائه شده است .

بر اساس داده های ارائه شده در جدول فوق ،  اگر در سیستم اسمز معکوس همزمان با افزایش فشار و کاهش دبی آب تولید مواجه شدید اما کیفیت آب (TDS) تغییر محسوسی نکرد به احتمال بسیار قوی سیستم دچار گرفتگی بیولوژیکی است.

 مکانیسم تاثیر پدیده گرفتگی بیولوژیکی بر هر یک از شاخص های کلیدی سیستم  RO به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرد :

1. افت فشار( Pressure Drop ) :  در سیستم های  اسمز معکوس تشکیل بایوفیلم مسیر عبور آب از میان محفظه های فشار (Pressure  Vesseles) را مسدود می کند .این امر مستقیما منجر به افزایش قابل توجه اختلاف فشار (Differential  Pressure) بین دو سر ممبرین های اسمز معکوس می شود. لذا سیستم اسمز معکوس جهت غلبه بر این مقاومت ، نیاز به فشار ورودی بالاتری دارد بنابراین مصرف انرژی سیستم را افزایش می دهد .
2. دبی آب تولید ( Permeate Flow) : گرفتگی بیولوژیکی بعنوان یک سد اضافی ، نفوذ آب از طریق منافذ ممبران را دشوار می کند در نتیجه دبی آب تصفیه شده کاهش می یابد .
3. TDS : گرفتگی یا فولینگ تاثیری بر روی پارامتر  TDS ندارد در واقع گرفتگی منجر به جلوگیری از عبور آب از روی ممبران ها شده و دبی  آب تولیدی کاهش می یابد .