ممبران دریایی

ممبران دریایی

شیرین سازی آبهای خیلی شور نظیر آب دریاها یا اقیانوس ها با استفاده از ممبران یا غشای نیمه تراوای دریایی و فرایند اسمز معکوس انجام می شود. مشخصات فنی ممبرانهای دریایی به دلیل شوری آب و فشار کاری بالاتر با ممبرانهای آب شور متفاوت است. شرکت مهندسی فران به عنوان طراح و سازنده آب شیرین کن های دریایی، تأمین کننده ممبرانهای اصلی آب دریا از تولید کنندگان معتبر می باشد. 

 

شیرین سازی آب دریا

دریاها و اقیانوس ها در حدود ۹۶٫۷ درصد از کل حجم آب موجود در جهان را در خود جای داده اند. منابع آبی باقیمانده شامل آب های زیرزمینی و سطحی هستند که اکثرا در یخچال های طبیعی منجمد شده اند. از منابع آبی کره زمین تنها در حدود ۰٫۰۷ درصد از مقدار کل(۱۲۱۰۷ کیلومتر مکعب) در دریاچه ها و سفره های زیرزمینی وجود دارد. در دهه های گذشته به دلیل افزایش تقاضای آب در مصارف کشاورزی، شرب و صنعت کشور هایی که بحران کمبود آب را تجربه کرده اند به صورت چشمگیری افزایش پیدا کرده است. در حالیکه به صورت متناقصی آب یکی از فراوان ترین منابع موجود بر روی زمین است.(مقدار تخمینی آن در اقیانوس در حدود ۹^۱۰*۱٫۴ کیلومتر مکعب می باشد). کمبود آب سبب شده است که شیرین سازی آب دریا برای جبران کم آبی در کشورهای فقیر از منظر منابع آب شیرین به عنوان یک ضرورت اجتناپ ناپذیر مبدل شود. 

منابع آبی در درجه اول با توجه به میزان شوری(Salinity) طبقه بندی می شوند؛ حداکثر میزان شوری(یونهای محلول در آب) آب شیرین تا آستانه  ۱۰۰۰ میلیگرم بر لیتر است. یونهای محلول آب لب شور(BW) در محدوده  ۱۵۰۰ الی ۱۰,۰۰۰ میلیگرم بر لیتر و آب دریا(SW) در محدوده ۱۰,۰۰۰ الی ۵۰,۰۰۰ میلیگرم بر لیتر طبقه بندی می شود. اما به صورت یک مرجع کلی میزان متوسط شوری آب دریا را PPM 35000 بیان می کنند. اصلی ترین ترکیبات یونی آب دریا شامل سدیم به میزان ۳۲ درصد و کلراید ۵۵ درصد است. جدول زیر نشان دهنده ترکیبات استاندارد آب دریا است. 

Total salt content (%)Concentration (ppm)Ion
55.0319345 -Chloride, Cl
30.5910752 +Sodium, Na
7.682701Sulphate
3.681295 +Magnesium, Mg2
1.18416 +Calcium, Ca2
1.11390 +Potassium, K
0.41145Bicarbonate
0.1966 -Bromide, Br
0.0827Borate
0.0413 +Strontium, Sr2
0.0031 -Fluoride, F

تولید کنندگان ممبران دریایی

تعداد تولید کنندگان تجاری معتبر ممبرانهای اسمز معکوس دریایی محدود است. تعداد شرکتهای پیشگام در این زمینه در دنیا از انگشتان یک دست تجاوز نمی کند. امروزه توسعه مدلهای متنوع ممبرانهای دریایی مرهون تحقیق و توسعه مبتنی بر تجربیات نزدیک به نیم قرن تولید ممبران در این شرکتها است. 

شرکت مهندسی فران تأمین کننده ممبرانهای دریایی صنعتی با برند Fimtec و Hydranautics است.

تولید کنندگان غشاء نیمه تراوا

شرکت دوپونت(DuPont Company)

شرکت DuPont de Nemours که تحت عنوان DuPont شناخته می‌شود، شرکت آمریکایی است که با ادغام دو شرکت به نام های Dow chemical و DuPont در تاریخ ۳۱ اوت ۲۰۱۷ تأسیس شده است. پس از گذشت ۱۸ ماه از ادغام شدن این دو شرکت، سه‌شاخه بازرگانی تحت نظر این کمپانی ایجادشده است که در زمینه‌های علم مواد، کشاورزی و محصولات خاص تمرکز دارند. با طبقه بندی فعالیت های این کمپانی هر بخش با نام‌ های متفاوتی شناخته‌شده و بخش کشاورزی را با نام cortra، بخش علم مواد با نام Dow و محصولات خاص این کمپانی را با نام DuPont در بازارهای جهانی عرضه می‌گردد. ممبرانهای فیلمتک(Filmtec) که به عنوان پرکاربردترین ممبرانهای اسمز معکوس در دنیا شناخته می شوند، توسط کمپانی Dupont تولید می شوند.  

شرکت هیدروناتیکس(Hydranautics Company)

برند Hydranautics به واسطه شرکت Nitto Denko ایجاد شده و این شرکت از سال ۱۹۸۷ در راستای تولیدات محصولات شرکت Nitto فعالیت دارد؛ همچنین دفتر مرکزی شرکت Hydranautics در کالیفرنیا (ایالات‌متحده آمریکا) قرار دارد. کارخانه این کمپانی جهت تولید المان های فرایند اسمز معکوس در کشور ژاپن واقع شده است. لازم به ذکر است اسمبل برخی از محصولات تولیدی این شرکت نیز در شانگهای چین انجام می شود. این مراکز علاوه بر مجموعه‌ای از دفاتر و انبارهایی که در سرتاسر جهان دارا می‌باشند، پشتیبانی فنی و فروش را به درخواست‌های مشتریان ارائه می‌دهند.

شرکت توری(Toray Company)

شرکت Toray یک کمپانی ژاپنی می باشد که در سال ۱۹۲۶ ایجاد شده است. این شرکت در ۲۶ کشور و منطقه مختلف، جهت ارائه خدمات خود فعالیت دارد؛ همچنین ۲۷۵ شرکت تابع و پیوسته زیر مجموعه آن وجود دارد که از این تعداد ۱۰۱ شرکت متعلق به کشور ژاپن و ۱۷۴ شرکت دیگر در خارج ز این کشور بنا یافته است. شرکت Toray تولید محصولات ممبران های نوع (spiral wound) متناسب برای فرایند اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون خود را از سال ۱۹۶۷ آغاز کرده و ممبران های این شرکت با داشتن گواهینامه ISO-9001 تولید می شود.

شرکت CSM

شرکت cheil synthetic membrane بانام اختصاری CSM شناخته می‌شود؛ در سال ۱۹۷۲ تأسیس و به ثبت رسید است همچنین دفتر مرکزی این شرکت در کره جنوبی می باشد. این کمپانی در سال ۱۹۹۰ مطالعات و تحقیقات جامعی را در راستای ساخت ممبران تصفیه آب به روش فرایند اسمز معکوس در واحد R&D آغاز کرده و در سال ۱۹۹۸ موفق به ساخت ممبران های تصفیه آب دریا جهت استفاده در فرایند اسمز معکوس شده است.

شرکت کوخ(KOCH Company)

شرکت KOCH Membrane System که با نام اختصاری (KMS) معرفی شده است؛ در سال ۱۹۶۳ تحت عنوان ABCOR تاسیس یافته است؛ همچنین مبنای این شرکت به واسطه ی دانشمندان موسسه تکنولوژی ماساچوست بر روی جداسازی و تصفیه، توسعه یافته است. با افزودن سیستم و ممبران های اولترافیلتراسیون (UF) در سال ۱۹۷۰ تمرکز آن ها بر روی ممبران جداسازی تغییر یافت. با شناخت ظرفیت تجاری این فناوری ها سهام آن در سال ۱۹۷۷ خریداری و در سال ۱۹۸۱ به صورت کامل تغییر نام پیدا کرد و این شرکت بنا یافت. کمپانی (KMS) یک رهبر جهانی در فن آوری های تولید ممبران تصفیه با بیش از ۵۰ سال تجربه فعالیت دارد و همچنین ۲۰۰۰۰ سیستم تصفیه در سراسر جهان توسط این شرکت راه اندازی شده است.

 

ممبران دریایی فیلمتک

کمپانی آمریکایی فیلمتک به عنوان معتبرترین تولید کننده ممبران در دنیا شناخته می شود؛ این شرکت محصولات گوناگونی از ممبران های دریایی اسمز معکوس را به صورت تجاری به بازار عرضه می کند. محصولات این کمپانی بر اساس پارامترهایی نظیر سطح فعال غشاء، درصد حذف نمک محلول، مقاومت در برابر فولینگ و مصرف انرژی طبقه بندی می شوند.


شرکت مهندسی فران تأمین کننده انواع ممبرانهای دریایی و آب لب شور اصلی Filmtec با ارائه مشاوره تخصصی می باشد.


یکی از ممبران های پرکاربرد در این صنعت ممبران غشایی آب دریا (SW30) نام دارد که از جمله محصولات پرفروش کمپانی DOW با ظرفیت بالای جریان آب تولیدی جهت بهره برداری در انواع فرایند های شیرین سازی آب دریا به روش اسمز معکوس است. لازم به ذکر است یکی دیگر از مزیت های المان غشایی (SW30) توانایی بهره برداری از آن ها در فشار کاری کمتر است که منجر به کاهش هزینه های عملیاتی می شود. ممبران های غشایی آب دریای فیلمتک، طول عمر ببالایی دارند و ممکن است در محدوده pH وسیع تری (۱۳-۱) احیا شوند. ممبران های دریایی به سبب دریافت فشار عملیاتی بالاتر به نسبت ممبران های آب لب شور قیمت بالاتری را دارا می باشند و شرایط نگهداری آن ها نیز به علت تفاوت آب دریا و آب لب شور دشوارتر است.

ممبران SEAMAXX فیلمتک (Filmtec)

کمپانی فیلمتک با بررسی و آزمایش بر روی اکثر پارامتر های موثر در فرایند شیرین سازی آب دریا به روش اسمز معکوس، ماژول های بسیاری را تحت عنوان ممبران های دریایی (SWRO) عرضه کرده است. ممبران SEAMAXX یکی از محصولات این کمپانی می باشد که در شرایط عملیاتی نظیر میزان شوری و دمای نرمال مورد استفاده قرار می گیرد. از این ممبران در واحد های شیرین سازی آب لب شور با میزان بالای شوری (ذرات جامد محلول در آب) به کار گرفته می شود. یکی از ویژگی های متمایز کننده این ممبران نسبت به سایر محصولات این کمپانی، نرخ جریان آب عبوری از سطح فعال غشاء است؛ همچنین کاهش هزینه های بهره برداری در کنار کاهش هزینه های سرمایه گذاری اولیه از مزایای استفاده از این ممبران در فرایند های شیرین سازی آب به روش اسمز معکوس می باشد. امروزه با ایجاد فناوری پیشرفته iLEC جهت اتصال ممبران ها به یکدیگر پتانسیل ایجاد شکستگی و نشت جریان در مقایسه با روش اتصال آن ها در گذشته کاهش یافته است.

 ممبران SW30HRLE-400 فیلمتک (Filmtec)

از جمله محصولات پر کاربرد کمپانی فیلمتک در ایران، ممبران دریایی SW30HRLE-400 می باشد. اصلاحات و بهینه سازی انجام شده بر روی این المان، افزایش میزان حذف نمک و کاهش انرژی مورد نیاز فرایند اسمز معکوس را به دنبال داشته است. از جمله ویژگی های شاخص این ممبران حذف یون برم و نمک های محلول منابع مختلف آب می باشد که نتیجتا باعث تولید آب شیرین طبق استاندارد WHO می شود. لازم به ذکر است که ماکزیمم میزان فشار عملیاتی این ممبران ۸۳ بار است.

ممبران SW30HRLE-400i فیلمتک (Filmtec)

یکی دیگر از ممبران های دریایی طراحی شده توسط کمپانی فیلمتک ممبران SW30HRLE-400i می باشد که بسیاری از ویژگی های ممبران SW30HRLE-400 مانند افزایش راندمان حذف نمک، کاهش انرژی مصرفی و شیرین سازی آب دریا با نرخ بالای ذرات جامد محلول را داراست. اما یکی از تفاوت های این ممبران با مدل SW30HRLE-400 بهره گیری از فناوری ذکر شده در مدل SEAMAXX می باشد که با نام iLEC شناخته می شود و باعث کاهش پتانسیل ایجاد شکستگی و نشت جریان در هنگام اتصال ممبران ها در کنار یک دیگر شده است.

ممبران SW30HRLE-440i فیلمتک (Filmtec)

ممبران SW30HRLE-440i با ارائه ویژگی های منحصر به فرد نظیر کاهش هزینه ثابت چرخه کارکرد فرایند شیرین سازی آب دریا به واسطه ترکیب و بهینه سازی عواملی مانند افزایش راندمان حذف نمک، مصرف انرژی و افزایش ظرفیت پذیرش آب با میزان شوری قابل توجه در کنار افزایش سطح موثر غشاء و ضخامت در مقطع ورود جریان خوراک و در ادامه میتوان به توانایی حذف یون برم و بهره گیری از فناوری اتصال دهنده iLEC اشاره کرد که در مجموع سبب بکارگیری این محصول در انواع سیستم های شیرین سازی آب دریا به روش اسمز معکوس شده است.

ممبران SW30ULE-440i فیلمتک (Filmtec)

یکی دیگر از محصولات پرکاربرد کمپانی فیلمتک ممبران SW30ULE-440i است؛ که جهت شیرین سازی آب دریا با نرخ شوری متوسط و یا شیرین سازی آب لب شور (چاه) با میزان شوری زیاد در دمای متوسط آب همراه با فلاکس بالا طراحی شده است. از دیگر مزایای آن می توان به بهره گیری از فناوری iLEC و سطح فعال غشایی ۴۴۰ فوت مربعی آن اشاره کرد. این محصول برای سیستم های شیرین سازی آب دریا طی دو مرحله  (۲pass)و آب های شور متوسط بسیار ایده ال است.

توسعه فناوری ساخت ممبران دریایی

ممبران فیلمتک

شرکت DOW همزمان با تجاری سازی فرایند شیرین سازی آب دریا با هدف استفاده در بخش های مختلف اعم از شرب، کشاورزی و تولید آب با خلوص بالا، فعالیت تحقیق و توسعه را در زمینه توسعه فناوری ساخت ممبرانهای دریایی آغاز کرده است. 

در سال ۱۹۸۵ شرکت DOW دو ممبران به نام های تجاری SW30HR-8040 و SW30-8040 را جهت بهره برداری در فرایند شیرین سازی آب دریا در اختیار داشت. خصوصیات عملکردی این دو المان به ترتیب ۴۰۰۰ گالن بر روز و ۹۹٫۴ درصد حذف نمک و ۶۰۰۰ گالن بر روز ۹۹٫۱ درصد حذف نمک محلول است. با بررسی بر روی این ممبران ها مشخص شد اگر چه بیش از ۴۰۰ فوت مربع غشاء جهت ساخت این عناصر به کار گرفته شده است اما به طور معمول ۳۳۰ فوت مربع به صورت ناحیه فعال غشاء در دسترس می باشد؛ این اختلاف ۷۰ فوت مربعی عمدتا به دلیل قرار گیری نادرست خطوط چسب در کنار و درز های انتهایی هر برگ است.

با بررسی طراحی ماژول ها در ابعاد مختلف موضوع بیان شده در مورد نحوه اتصال برگ های غشاء به یکدیگر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برگ های بلند غشاء باعث افزایش فشار بیشتری در مسیر جریان تصفیه شده می شوند؛ و در نتیجه توزیع شار غیر یکنواختی در طول برگ ایجاد می شود. همچنین این توزیع شار ضعیف باعث افزایش رسوب در نواحی شار بالاتر (در نواحی نزدیک به لوله منتقل کننده جریان تصفیه شده) می شود. راه حلی در ابتدا با خودکار شدن ماشین آلات، جهت اتصال این برگ های غشایی به واسطه ی فرایند چسبکاری و متعاقباً با اتوماسیون کامل فرآیند ساخت، ارائه شد. این فناوری امکان قرارگیری دقیق تر خطوط چسب، نزدیکتر شدن لبه های غشاء را فراهم کرده و همچنین امکان کنترل بیشتر مقدار چسب استفاده شده را فراهم می کند. در نتیجه با بهره گیری از این روش افزایش سطح فعال ممبران SWHR-8040 از ۳۳۰ فوت مربع به ۳۸۰ فوت مربع امکان پذیر بود؛ همچنین تنها بر اساس اختلاف سطح ایجاد شده جریان اسمی این المان به ۴۶۰۰ گالن بر روز افزایش یافته است.

پیشرفت در ساختار شیمیایی این المان ها باعث بهبود در تجهیزات و روش های بهره برداری از این المان ها شده است و با در نظر داشتن پیشرفت های صورت گرفته شده مشخصات عملیاتی آن ها از قبیل جریان عبوری و درصد حذف نمک به ترتیب به میزان ۲۵ و ۳۳ درصد افرایش پیدا کرده است. جالب است بدانیم که قیمت ممبران SW30HR-380 در سال ۱۹۹۶ برابر با ۵۰ درصد از قیمت ممبران SW30HR-8040 در سال ۱۹۸۵ بوده است. توسعه در ساخت ممبران SW30-8040 و به موازات آن تولید این المان با ویژگی بیشترین میزان دفع نمک (HR) در خط تولید قرار گرفت؛ بر این اساس میزان جریان عبوری در ممبران SW30-8040 به ۸۰۰۰ گالن بر روز افزایش پیدا یافت و این مقدار بعدها به ۹۰۰۰ گالن بر روز و همچنین میزان حذف نمک در این المان به مقدار ۹۹٫۳ درصد ارتقاء یافت و بعدها به میزان ۹۹٫۴ درصد رشد پیدا کرد.

با ادامه روند توسعه در طراحی و ساخت غشاء های فرایند اسمز معکوس، محصولات پیشرفته این فرایند در سال ۲۰۰۳/۲۰۰۴ تولید یافت. ممبران SW30HRLE-400 دارای سطح موثر ۴۰۰ فوت مربع و مشخصات اسمی این المان شامل جریان عبوری ۷۵۰۰ گالن بر روز و میزان حذف نمک ۹۹٫۷۵ درصد می باشد که نشان دهنده افزایش در میزان جریان عبوری و حذف نمک به میزان ۲۵ و ۴۰ درصد است. عبارت (LE) در شناسه این ممبران ها بیانگر بهینه سازی در مصرف انرژی است که در سال ۲۰۰۴ ممبران SW30XLE-400 با ارائه میزان جریان عبوری ۹۰۰۰ گالن بر روز قادر به حذف نمک های محلول در حدود ۹۹٫۷ درصد است. تحولات دو المان با نام های تجاری HRSW30HR-380 و SW30HRLE-400 در زمانی که شرکت داو با کنسرسیوم OTID در طراحی و ساخت پروژه تصفیه آب دریا در شهر اشکلون رخ داد؛ و در نتیجه بر اساس بررسی های صورت گرفته شده طراحی این فرایند از المان های SW30HR-380 به المان های SW30HRLE-400 تغییر یافت. این تغییر، OTID را قادر می سازد تا به دلیل کاهش تعداد عناصر و مخازن تحت فشار که سرانجام برای خرید آنها لازم بود، صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها انجام می دهد.

تفاوت ممبران های دریایی و آب لب شور

مهم ترین تفاوت میان آب دریا و آب لب شور، تفاوت در میزان یونهای محلول در آب خام(total dissolved solid) است. آب دریا حاوی یونهای محلول بیشتری (۱۵۰۰۰ الی ۴۰۰۰۰ میلی گرم بر لیتر) به نسب آب لب شور با میزان یونهای حل شده (۱۰۰۰ الی ۱۵۰۰۰ میلی گرم بر لیتر) است. به هر میزان که یونهای حل شده منابع آبی بیشتر باشد، طبیعتا میزان فشار و انرژی بیشتری جهت تصفیه آب با استفاده از فناوری های غشایی مورد استفاده قرار می گیرد و در نهایت عامل بیان شده بر روی هزینه های انرژی مصرفی تأثیر گذار است. فشار کاری بالاتر ناشی از افزایش شوری آب یکی از تقاوتهای اصلی ممبرانهای آب لب شور و دریایی است. 

طراحی فرایند شیرین سازی آب دریا به روش اسمز معکوس دارای حساسیت های بالاتری به نسبت طراحی آب های سطحی و چاه می باشد. این عامل مستقیما با عوامل فیزیکی، شیمیایی، میکروبی و بیولوژیکی که بر کیفیت آب تاثیر گذار است در ارتباط قرار دارد. ممبرانهای دریایی به علت توانایی پذیرش فشار عملیاتی بالاتر و عملکرد موثر مرتبط با شوری بالای آب دریا، قیمت بالاتری نسبت به ممبرانهای آب لب شور دارند. نحوه نگهداری ممبرانهای دریایی نیز به دلیل تفاوت منابع آب دریا با آبهای لب شور دشوارتر است.

جنس ممبران های دریایی

مواد سازنده غشاء نیمه تراوا

اکثر المان های اسمز معکوس از پلی آمید کامپوزیتی فیلم نازک(TFC) ساخته شده اند. لایه های ممبران با شبکه پلی استر با ضخامت ۱۲۰ الی ۱۵۰ میکرومتر جهت تقویت لایه های غشاء و یک لایه میانی متخلخل که معمولا از جنس پلیمری به نام پلی سولفونیک با ضخامت ۴۰ الی ۵۰ میکرومتر تشکیل شده است؛ همچنین یک لایه ممانعت کننده بسیار نازک دارای خصلت انتخاب پذیری و مقاومت کم در برابر انتقال جرم جریان تصفیه شده با ضخامت ۰٫۲ میکرومتر از جمله اجزای تشکل دهنده این المان می باشد.

لایه های ممبران که به شکل صفحات بزرگی هستند با صفحات جدا کننده ای روی یکدیگر قرار گرفته و به دور لوله مرکزی پیچیده می شوند. صفحات و جداکننده های بین صفحات با چسب مخصوصی(Glue line) به یکدیگر متصل می شوند. مجموعه صفحات به هم پیچیده شده و لوله مرکزی به صورت یک استوانه به قطر هشت یا چهار اینچ مجتمع شده و به بازار عرض می شود. 

فشار کاری ممبران های دریایی

فناوری اسمز معکوس بر مبنای جداسازی یونهای محلول با غلبه بر فشار اسمزی استوار است. با افزایش شوری آب، فشار اسمزی نیز افزایش می یابد. آب نمک زدایی شده(permeate) با اعمال پتانسیل اختلاف فشار بین آب ورودی و محصول تولیدی از غشاء این فرایند عبور می کند و در نهایت آب شور باقیمانده از طریق جریان دور ریز تحت فشار از سیستم خارج می شود. لازم به ذکر است در این شرایط گرما و یا تغییر فاز رخ نمی دهد و یکی از پارامتر موثر جهت انجام این فرایند اعمال فشار متناسب با آب خام ورودی است. به طور طبیعی با افزایش شوری آب، فشار مورد نیاز برای غلبه به فشار اسمزی نیز افزایش می یابد. محدوده فشار عملیاتی مورد نیاز جهت شیرین سازی آب لب شور توسط ممبران بین ۲۵۰ الی ۴۰۰ psi و برای آب دریا ۸۰۰ الی ۱۰۰۰ psi متغیر است.

طول عمر ممبران های دریایی

عمر مفید ممبرانهای صنعتی شیرین سازی آب به روش اسمز معکوس به عوامل بسیاری از قبیل نحوه طراحی سیستم، انتخاب ممبران مناسب با جریان ورودی، پیش تصفیه تاثیر گذار، نحوه بهره برداری، نحوه شستشوی ممبران ها و کیفیت تعمیر و نگهداری آنها بستگی دارد. سطح ممبران ها بستر اصلی تشکیل فولینگ به واسطه حضور ذرات خارجی اعم از ذرات معدنی و آلی در جریان ورودی به فرایند شیرین سازی آب شور است و این عامل یکی از عوامل اصلی کاهش عمر مفید ممبرانهای صنعتی است. لیکن در صورت رعایت اصول طراحی و بهره برداری، طول عمر ممبرانهای دریایی تا ۷ سال است. 

عمر مفید ممبرانهای اسمز معکوس در تمامی سیستم های شیرین سازی آب دریا به شدت وابسته به تناسب پیش تصفیه طراحی شده با کیفیت آب ورودی است. سیستم پیش تصفیه با هدف جلوگیری از ایجاد فولینگ و آسیب های ناشی از مواد شیمیایی در آب شیرین کن ها، طراحی و ساخته می شود. طراحی پیش تصفیه فرایند اسمز معکوس به منبع آب برداشتی و آنالیز فیزیکی،شیمیایی و بیولوژیکی آب ورودی وابسته است.

کاهش جریان آب شیرین، افزایش یونهای محلول(TDS) در آب شیرین و افزایش اختلاف فشار طرفین ممبران از نشانه های فولینگ ممبران است. یکی از عوامل مهم تأثیر گذار بر عمر مفید ممبران های دریایی، کیفیت شستشوی شیمیایی(CIP) صحیح در زمان رخداد فولینگ است. لازم به ذکر است که زمان مناسب برای شستشوی شیمیایی ممبران های دریایی وابسته به پارامتر های عملیاتی و بهره برداری واحد های آب شیرین کن است.

فولینگ ممبران های دریایی

فولینگ المان های اسمز معکوس

مطالعات اتحادیه بین المللی شیمی(IUPAC) نشان می دهد که  فولینگ یا رسوب گذاری ممبران منجر به کاهش عملکرد و کارایی  ممبران های اسمز معکوس به علت گرفتگی یا رسوب ذرات معلق در سطح خارجی المان ها یا در روزنه های آنها می شود. فولینگ قادر است که روی ممبران های اسمز معکوس تاثیرات نامطلوب بسیاری بگذارد. به عنوان مثال از طریق افزایش مقاومت هیدرولیکی و تخریبات آنزیمی، ساختار پلیمری و ماژول های فرایند غشایی به شدت تخریب می شود و بر روی عملکرد آن از جمله میزان دبی جریان آب تصفیه شده و حذف ذرات جامد محلول تاثیر گذار است. فولینگ یا رسوبات غشایی پدیده ای بسیار پیچیده و وسیعی است. زیرا سینتیک و دینامیک آن تاثیر پذیر از عوامل مختلفی از جمله کیفیت آب ورودی به سیستم، سیستم پیش تصفیه و پارامتر های بهره برداری فرایند را شامل می شود.

شستشوی شیمیایی ممبران های دریایی

فرایند شستشوی شیمیایی المان های اسمز معکوس در سیستم آب شیرین کن های صنعتی منوط به تدارک پیش نیازهای لازم در مرحله طراحی و ساخت آب شیرین کن است. درصورت عدم وجود تجهیزات مناسب، بهره گیری از محلول های شستشو دهنده نیز تاثیر گذاری مطلوبی نخواهد داشت. البته متغیر های بسیاری در گزینش يك ماده شيميايي مناسب جهت شستشوي ممبرانها در تصفیه خانه های صنعتی دخیل می باشند. در مرحله اول می بایست توصيه هاي تولید کنندگان ممبرانها در زمينه نحوه نگهداري و شستشوي ممبرانها مورد توجه و بررسي قرار گرفته و متناسب با آن محلول شستشوي مناسب تهيه و نحوه استفاده صحيح آن را به كار گرفت.

معمولاً محلولهاي شيميايي با PH هاي متنوع جهت شستشوي ممبران های دریایی به كار گرفته مي شوند. بدين صورت كه ابتدا از محلول با PH پايين جهت حذف رسوبات معدني استفاده كرده و متعاقبا از محلول با PH بالا جهت حذف مواد آلي و آلودگی های بیولوژیکی استفاده ميشود. عدم تناسب مواد شيميايي و يا توالی نادرست بهره گیری از آنها ميتواند باعث نتيجه معكوس و افزايش ميزان گرفتگي در ممبرانها شود. 

گزینش محلول مناسب فرایند شستشوی شیمیایی قدم اول و شرط لازم برای اجرای یک عملیات موثر CIP است؛ اما انتخاب شیوه صحیح اجرا شرط کافی و مکمل می باشد. رویه و شرايط عملياتي شستشوی شیمیایی نظير فشار، دما، ميزان غلظت محلول شيميايي و زمان مورد استفاده در شستشو و نحوه مصرف می بایست بر مبنای رویه ارائه شده توسط سازندگان ممبران و شرایط بهره برداری تنظیم شود.

 

کاربرد ممبران های دریایی

کاربرد المان های اسمز معکوس

مهم ترین کاربرد غشای نیمه تراوا (ممبران)، تصفیه و یا شیرین سازی آبهای سطحی و زیرزمینی نظیر چاه، رودخانه، دریاچه و اقیانوس ها است. کاهش منابع آب شیرین مهمترین عامل گسترش واحدهای شیرین سازی آبهای شور در دهه های گذشنه بوده است. امکان آلودگی منابع آب شیرین به واسطه ترکیبات شیمیایی مضر وجود دارد؛ اما فرایند شیرین سازی آب به روش اسمز معکوس و غشای نیمه تراوا یک فرایند ایمن برای تولید آب آشامیدنی است. ترکیباتی نظیر کلر (جهت از بین بردن باکتری ها در منابع آبی تزریق می شود)، فلزات سنگین (محصولات جانبی فرایند های صنعتی، زباله و ضایعات ایجاد شده به واسطه تولیدات صنایع مختلف)، سموم دفع آفات (نتیجه بهره برداری غیر استاندارد زمین های کشاورزی) برخی از ترکیبات مضر در منابع آبی می باشند. با انجام آزمایشات متعدد و بررسی های انجام شده ثابت شده است که غشاء نیمه تروا (ممبران) فرایند اسمز معکوس یک فناوری تاثیر گذار و بهینه جهت حذف فلزات سنگین مضر، مواد آلی، سختی، ذرات جامد محلول در آب (TDS) و رنگ برای تامین نیاز های مصرفی آب شیرین مورد بهره برداری قرار می گیرد.

تصفیه پساب، تغلیظ آب میوه و جداسازی الکل از نوشیدنی های الکلی از کاربردهای دیگر فرایند اسمز معکوس است که امکان بکارگیری ممبرانهای دریایی وابسته به املاح محلول و کیفیت خوراک ورودی در این کاربردها وجود دارد.

 

شرکت مهندسی فران طراح و تولید کننده آب شیرین کن های صنعتی، آب شیرین کن های دریایی و تأمین کننده انواع ممبران های اسمز معکوس (Filmtec) برای واحدهای شیرین سازی آبهای شور، آماده ارائه خدمات در این زمینه به مشتریان محترم است.

Prepared by: Seyed Ahmad Mohamadi