اتوپسی یا کالبد شکافی ممبران به منظور شناسایی فولینگ و رسوبات تشکیل شده بر سطح ممبران و آسیبهای شیمیایی و مکانیکی وارد شده به ممبران در طی عملیات بهره برداری انجام میگیرد. دادهها و نتایج به دست آمده از آزمایشهای اتوپسی منجر به علتیابی و در نتیجه ارائه راه حلهایی برای کاهش یا حذف مشکلات عملیاتی میگردد.
کارایی ممبران اسمز معکوس مهمترین فاکتور تعیین کننده کارایی عملکرد واحدهای آب شیرین کن صنعتی است. از اینرو محافظت از غشا و شناسایی عوامل کاهش کارایی آن نظیر فولینگ از دو منظر کاهش هزینه های بهره برداری و کاهش توقفات واحد نمک زدایی حایز اهمیت است.
اتوپسی یک ممبران شامل چندین آزمون بوده و هر آزمون، دادهها و نتایجی برای شناسایی و تعیین کمیت فولینگ و رسوب یا آسیب مکانیکی و شیمیایی فراهم میسازد. نتایج آزمونهای مختلف توسط مهندسان با تجربه برای نتیجهگیری، گردآوری میشوند. شناسایی مشکل در مراحل اولیه، قبل از اینکه آسیبهای جدی به ممبران وارد شود، میتواند بسیار مقرون به صرفه بوده و از بروز مشکلات غیرقابل برگشت ممبران و کاهش عمر مفید آن جلوگیری کند. در شرایطی که میزان تولید یا کیفیت محصول کاهش یافته و یا فولینگ بر روی ممبران مشاهده گردد، اتوپسی ممبران و شناسایی مشکل ضرورت مییابد.
چرا اتوپسی(کالبد شکافی) ممبران انجام می شود؟
برای درک بهتر ضرورت اتوپسی ممبران، آشنایی با پدیده فولینگ در ممبرانهای اسمز معکوس ضروری است. فولینگ یا گرفتگی ممبران به تجمع مواد و ترکیبات مختلف بر روی سطح ممبرانهای اسمز معکوس گفته میشود که میتواند کارایی فرایند غشایی را کاهش دهد. فولینگ ممبران مشتمل بر انواع مختلفی نظیر فولینگ آلی، بیولوژیک، غیر آلی، ترکیبی و غیره است.
فولینگ آلی ناشی از تجمع مواد آلی مانند پروتئینها و باکتریها به روی سطح ممبران است. فولینگ غیرآلی نیز به دلیل رسوب مواد غیرآلی مانند نمکها و ترکیبات کلسیم ایجاد میشود. فولینگ بیولوژیک ناشی از رشد میکروبی و میکروارگانیسم ها در لایه های ممبران است. منشأ اصلی میکروارگانیسم ها در آب خام ورودی بوده که اکثرا در آب شیرین کن های دریایی و آبهای سطحی مشاهده می شود. فولینگ ترکیبی نیز ناشی از تجمع همزمان مواد آلی و غیرآلی به روی غشا است.
در زمان بهره برداری از آب شیرین کن های صنعتی غشایی، غشاها در سطوح بالا و پایین با پدیده گرفتگی مواجه میشوند. میزان گرفتگی یا فولینگ ممبران تحت تأثیر عوامل متعددی همچون کیفیت آب ورودی، بازدهی پیش تصفیه، و دیگر جنبههای مرتبط با طراحی و بهرهبرداری واحد غشایی است. از طرفی، غشاها ممکن است دچار آسیبهای جبرانناپذیر شوند که تشخیص به موقع آنها از اهمیت بالایی برخوردار است.
فولینگ میتواند به افزایش فشار عملیاتی، کاهش تراوش پذیری و نیاز به شستشوی مکرر منجر شود. مدیریت و پیشگیری از فولینگ برای حفظ عملکرد بهینه و افزایش عمر مفید ممبرانها حیاتی است. بنابراین شناسایی نوع فولینگ و جلوگیری از آن علاوه بر کاهش هزینه های نگهداری مربوط یه تعویض ممبرانها در طول عمر واحد شیرین سازی، کاهش توقفات و کاهش هزینه های بهره برداری را نیز به دنبال دارد.
ضرورت و اهمیت اتوپسی ممبران زمانی مشخص می شود که کالبدشکافی یک ممبران با هدف شناسایی نوع فولینگ به منظور محافظت یا نجات بقیه ممبرانهای موجود در واحد شیرین سازی انجام شود. با اتوپسی یک ممبران و شناسایی منشأ گرفتگی، راهکار جبرانی برای نگهداری مابقی ممبرانهای واحد آب شیرین کن محیا می شود.
اتوپسی (کالبد شکافی) ممبران
کالبدشکافی (اتوپسی) غشایی به عنوان ابزاری کلیدی در شناسایی نوع آلایندهها و میزان آسیبهای وارده بر غشا تعریف می شود. این روش مبتنی بر مجموعهای پیچیده از آزمایشها و تحلیلهای دقیق است که به منظور کشف علتهای اصلی آسیب غشایی یا کاهش عملکرد آن انجام می شود. در کالبد شکافی غشا، برخی آزمایشها و تحلیلهای اولیه برای شناخت وضعیت غشا انجام شده، در حالی که آنالیزهای تکمیلی می توانند بسته به شرایط خاص هر غشا انجام شوند. براساس چالش هایی که سامانه های غشایی مواجه هستند، کالبد شکافی باید آنالیزها و آزمایشهایی را شامل شود که به شناسایی دلایل اصلی آسیب غشا، تأثیرات آن بر کارایی غشا و امکان بازیابی آن کمک کند. کالبد شکافی غشایی میتواند اطلاعات اساسی مورد نیاز برای کمک به عیبیابی و/یا بهینهسازی عملکرد سامانه های غشایی ارائه دهد، اما با توجه به گستردگی این نتایج، لازم است یک متخصص دادهها را مطالعه کند تا تشخیص مطمئنتر و مفیدتری به دست آورد. شناسایی رسوب بر روی هر نوع غشایی قابل انجام است. اما برای بررسی تأثیر آسیب بر عملکرد غشاء، لازم است عملکرد آن بازیابی شود. سامانه های مختلفی برای بررسی کارایی غشا وجود دارد که عمدتا سامانه های مارپیچیNF و RO را شامل می شوند.
برای تشخیص دقیق آسیب غشا، داشتن اطلاعات کافی در مورد مشکل شناسایی شده در واحد غشایی و برخی جزئیات در مورد محل واحد بسیار مهم است. این اطلاعات برای دستیابی به تشخیص نهایی و انتخاب غشاهای مورد مطالعه کمک می کند.
اطلاعات مهمی که باید در دسترس باشند عبارتند از :
- نوع آب
- مراحل واحد غشایی
- تعداد المان های موجود در هر پوسته
- وجود یا عدم وجود بازگردانی آب در واحد
- میزان بازیابی
- وضعیت سامانه خوراک (مخازن ذخیره)
- جزئیات پیش تصفیه: شناورسازی، UF، فیلتراسیون و …
- مشخصات میکروفیلترها: نوع، زمان تعویض، میکرون و …
- غلظت مواد شیمیایی و معرف ها: منعقد کننده، لخته ساز، تنظیم pH، کلر، کاهنده SBS ، آنتی اسکالانت
- مقادیر SDI
- بازه زمانی و پروتکلهای CIP
مطالعه کامل غشاء ابتدا شامل مشخصه یابی دقیق المان اصلی و سپس مشخصه یابی غشا بعد از باز شدن المان است. این امر به تشخیص اینکه آیا مشکلات به دلیل پیکربندی غشا یا دیگر اجزاء متفاوت از غشا است، کمک می کند. تجزیه و تحلیل و مشخصه یابی نمونه های غشایی اطلاعات مهمی در مورد خود غشا فراهم می آورد.
مراحل اتوپسی ممبران
اتوپسی یا کالبد شکافی ممبران یک فرایند روشمند جهت شناسایی علل فولینگ ممبران است. اگرچه روشهای آزمون و شناسایی علل ممکن است که در اتوپسی های مختلف با یکدیگر متفاوت باشد. لیکن گامهای اصلی این فرایند یکسان هستند. نمودار زیر مراحل اصلی مربوط به کالبد شکافی غشا را نشان می دهد:
قبل از شروع کالبد شکافی، جمع آوری اطلاعات زیر مهم است:
- مشکل واحد غشایی برای شناخت هدف کالبدشکافی. این اطلاعات همچنین برای تعیین نوع آزمایشها و آنالیزهایی که باید انجام شود ضروری است.
- موقعیت غشاء. این اطلاعات به تفسیر نتایج و ارائه توصیه های مفیدتر کمک می کند.
- سازنده، مدل و نوع غشا. دانستن مقادیر مرجع عملکرد غشا، محدودیت های pH برای تست های تمیز کردن و … ضروری است.
استفاده از چک لیست برای اطمینان از بررسی تمام جزئیات در حین کالبد شکافی و بازرسی بصری غشا توصیه می شود. به طور خلاصه، دو مرحله اصلی در کالبد شکافی غشا وجود دارد:
- گام دوم و سوم : بازرسی بصری که مسائل ماکروسکوپی را بررسی می کند.
- گام پنجم : تجزیه و تحلیل و آزمایش هایی که اطلاعاتی در مورد مسائل میکروسکوپی، ترکیب رسوب، تغییرات ساختاری، بازیابی عملکرد غشا و … می دهد.
تمام تجزیه و تحلیل ها و آزمایش های انجام شده باید به گونه ای انتخاب شوند که دقیق ترین تشخیص ممکن را فراهم کنند.
بازرسی خارجی ممبران
قبل از اقدام به باز کردن ممبران، باید برخی از جزئیات غشا را در نظر گرفت. این مشخصات شامل وزن، یکپارچگی پوسته خارجی، وجود ذرات/ رسوبات در پوسته خارجی، وضعیت قطعه ضد تلسکوپی (ATD)، وجود ذرات/ رسوبات در انتهای المان ها، وضعیت لوله تراوش، بررسی پدیده تلسکوپی و برامدگی spacer و … می باشند و بهترین راه برای ثبت این جزئیات، گرفتن عکس است. در صورت مشاهده رسوبات و ذرات در بازرسی خارجی، باید نمونه برداری انجام شود تا در صورت لزوم آنالیزهای تکمیلی انجام شود. این نمونه ها اطلاعات مهمی در مورد عملکرد واحد ارائه می دهند.
بازرسی داخلی ممبران
برای بازرسی داخلی غشا، لازم است پوشش بیرونی جدا شود. در بازرسی های داخلی، همانند بازرسی های خارجی، جزئیات خاصی باید مورد توجه قرار گیرند. این مشخصات شامل توزیع رسوب/ ذرات، آسیب در سطح غشا، وجود اثر spacer روی سطح غشا، رنگ غشا، نحوه درست قرار گرفتن صفحات غشایی، شرایط چسب صفحات پاکتی غشا و … می باشند.
در طول بازرسی داخلی، نمونه های مختلف برای آنالیز ها و آزمایش های بعدی باید گرفته شوند. این نمونه ها بسته به هدف مطالعه متفاوت خواهند بود،
*
روش های تحلیلی برای شناسایی رسوب و آسیب در اتوپسی
برای شناسایی رسوب و آسیب های وارده به غشاء، تکنیک های تحلیلی متعددی وجود دارد. هر تکنیکی که می تواند بر روی جامدات و سطوح برای ارائه اطلاعات در مورد شناسایی رسوب و شرایط غشاء استفاده شود، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
برخی از رایج ترین تکنیک های مورد استفاده در کالبد شکافی است شامل LOI / TGA , SEM-EDX, SEM-EDX شمارش میکروبی، تست رنگ، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ کانفوکال و غیره می باشند.
عملکرد غشاء
آزمایش های عملکرد غشاء باید مطابق با استانداردهای تعیین شده توسط سازنده انجام شوند. این آزمایش ها می توانند هم بر روی یک المان کامل قبل از کالبد شکافی و هم بر روی دستگاه های صفحه تخت غشایی در طول کالبد شکافی صورت گیرند. انواع مختلفی از سامانه های صفحه تخت در بازار وجود دارد. در انتخاب دستگاه مناسب، باید به جزئیاتی مانند توانایی تست نمونه های آب شور و/یا دریایی توجه کرد. برای ارزیابی نمونه های غشایی، باید نمونه غشا از المان اصلی انتخاب کرد. همچنین توصیه می شود ازspacer و permeate carrier المان غشایی مشابه استفاده شود.
تست های تمیز کردن
در صورت مشاهده کاهش بهره وری، انجام آزمایش های تمیزکاری می تواند برای شناسایی مواد شیمیایی تمیزکننده مناسب و شرایط ایده آل تمیزکاری مفید باشد. انتخاب مناسب ترین ماده شیمیایی تمیزکننده باید بر اساس نوع رسوبات موجود بر روی غشاء باشد. توصیه می شود که آزمایشهای تمیزکاری پس از شناسایی ترکیبات رسوب غشا انجام شوند. برای انجام آزمایشهای تمیز کردن، دادههای عملکردی بهدستآمده از خصوصیات غشاء شامل اطلاعات پایه ای هستند، اما لازم است که پاککنندههای مختلف روی نمونههای مختلف غشا اعمال شود تا اطلاعاتی در مورد شار و دفع نمک قبل و بعد از استفاده از هر ماده تمیز کننده به دست آید.
با انجام این روش با تمیزکننده های مختلف، می توانید موادی را انتخاب کنید که بهترین نتایج را از نظر بهبود عملکرد ارائه دهد. اگر غشا آسیب دیده باشد، این احتمال وجود دارد که در بعضی از نمونه ها شار از قبل برابر یا بیشتر از نمونه غشا مرجع باشد. پس بهترین ماده تمیز کننده بالاترین افزایش شار را از نظر درصد به دست می آورد. در این حالت، بازیابی دفع نمک ممکن نیست و ممکن است پس از حذف رسوب، کیفیت آن کاهش یابد.
شرکت مهندسی فران با همکاری متخصصان برجسته اتوپسی ممبران و بهره گیری از امکانات آزمایشگاه های تخصصی، خدمات اتوپسی ممبران اسمز معکوس را ارائه می نماید. برای کسب اطلاعات بیشتر از شرح خدمات و شرایط با بخش بازرگانی فران ارتباط برقرار کنید.
نگارنده: دکتر مجتبی خانی