أسباب تلوث أغشية الأنتي-أوسموس

Thread Content

　　أخبار شبكة الصناعات الكيميائية 707: يُقصد بتلوث الغشاء ظاهرة تفاعل الجسيمات الدقيقة أو الجزيئات الكولويدية أو الجزيئات الكبيرة الموجودة في السائل المتلامس مع الغشاء مع الغشاء نفسه، سواء عبر تفاعلات فيزيائية أو كيميائية، أو بسبب التباين في التركيز الذي يؤدي إلى ارتفاع تركيز بعض المواد على سطح الغشاء فوق قدرتها على الذوبان. كما يمكن أن يحدث الالتصاق أو الترسيب على سطح الغشاء أو داخل فتحاته بسبب العوامل الميكانيكية، مما يؤدي إلى تصغير حجم فتحات الغشاء أو انسدادها، وبالتالي حدوث تغييرات لا رجعة فيها في خصائص الغشاء من حيث معدل النفاذية وقدرته على الفصل. 　　يعد امتصاص الملوثات، وخاصة الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات، على سطح الغشاء وداخل فتحاته، السبب الرئيسي في انخفاض معدل التدفق وقدرة الغشاء على الفصل. لكن انخفاض التدفق الناتج عن تلوث الغشاء غالبًا ما يختلط مع انخفاض التدفق القابل للعكس الناتج عن ظاهرة الاستقطاب الكثافي، مما يؤدي إلى تدهور فعالية عملية الفصل بواسطة الغشاء. 　　أسباب تلوث أغشية الأسمدة العكسية
خلال عمل نظام الأسمدة العكسية، يؤدي تلامس الأيونات المعدنية والميكروبات والرواسب غير القابلة للذوبان والملوثات العضوية والطين الحيوي والمواد الكولويدية والزيوت مع الغشاء لفترات طويلة إلى تلوث الغشاء. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض كبير في كفاءة الغشاء في عملية الفصل، بالإضافة إلى ارتفاع الضغط اللازم لتشغيل النظام. تتلخص الأسباب الرئيسية فيما يلي:
١) الاستقطاب الناتج عن فرق التركيز
في أنظمة إزالة الملوحة بالتناضح العكسي، تسمح الخصائص الانتقائية للغشاء بمرور جزيئات الماء باستمرار من الجانب ذو الضغط العالي عبر الغشاء، بينما تبقى جزيئات المواد المذابة في السائل الأصلي. وهذا يؤدي إلى ظهور فرق في التركيز بين سطح الغشاء والسائل الداخل إليه، وفي الحالات الشديدة، قد ينشأ تدرج تركيزي كبير. يُطلق على هذه الظاهرة اسم الاستقطاب الناتج عن فرق التركيز. يؤدي التباين الكثيف إلى زيادة ضغط الأسمولية في السائل، مما يقلل من القوة الدافعة الفعالة ويؤدي إلى انخفاض سرعة التنقيت ومعدل إزالة الملوحة. 　　٢) ترسب الأيونات: قد تترسب أملاح مثل CaCO3 وCaSO4 وBaSO4 وSrSO4 وCaF2 وSiO2، وهي أملاح ذات ثابت حلول منخفض، خلال عملية الأسمدة العكسية نتيجة التركيز الزائد الذي يتجاوز ثابت حلولها، مما يؤدي إلى تكوين رواسب على سطح الغشاء وفي مسارات المياه الداخلة، وبالتالي تكون الرواسب التي تُعرف بالترسبات. وجد ج.هـ. بروس وآخرون أن استخلاص أيونات Ca2+ من الحمأة يؤدي إلى زيادة عدد الجزيئات الصغيرة وكذلك مقاومة الترشيح. 　　٣) ترسب أكاسيد المعادن: عادةً ما تحتوي بعض مصادر المياه الجوفية في المناطق ذات المياه المالحة على أيونات الحديد والمنغنيز ذات القيمة الكهربائية المنخفضة، وهذه المصادر لها خصائص اختزالية. والسبب الرئيسي لتلف الأغشية في هذه الحالات هو تكوّن جزيئات كولويدية من الحديد والألومنيوم والمنغنيز على سطح الغشاء، مما يؤدي إلى تلفه. يتطلب أكسدة الحديد قيمة pH منخفضة، مما يؤدي إلى حدوث انسدادات بسبب الحديد في أنظمة الأسمدة العكسية بشكل متكرر. قد تكون العوامل المسببة لترسب الحديد ثنائي التكافؤ وثلاثي التكافؤ القابل للذوبان على سطح الغشاء كالتالي: دخول الأكسجين إلى المياه التي تحتوي على الحديد ثنائي التكافؤ؛ تكوّن مركب FeCo3 نتيجة ارتفاع قيمة القلوية في المياه؛ تفاعل الحديد مع السيليكون لتكوين أحماض السيليكات الحديدية غير القابلة للذوبان؛ تأثير بكتيريا اختزال الحديد، مما يزيد من نمو الأغشية البيولوجية وترسب الرواسب الحديدية؛ تحول الحديد إلى حالة كولويدية نتيجة استخدام مواد تجميع تحتوي على الحديد؛ وتؤدي التلوثات الناتجة عن الحديد والألومنيوم والمنغنيز إلى انخفاض كمية المياه المنتجة وارتفاع الفرق في الضغط. 　　٤) تكوّن الحمأة البيولوجية: عندما يغطي سطح الفلتر حمأة ميكروبية نشطة، فإن الملوحات التي يتم إزالتها بواسطة الفلتر تظل عالقة في هذه الطبقة اللزجة، ولا يمكن غسلها بسهولة بالماء. وهذا يوفر مصادر غذائية وفيرة لنمو الكائنات الدقيقة. كما أن المواد المستخدمة في معالجة المياه قبل عملية الأسمدة العكسية، مثل حمض البوليماليك وفوسفات الأمينوتريميثيل، بالإضافة إلى مواد تليين المياه، تساعد أيضًا في تعزيز نمو الكائنات الدقيقة. يمكن إزالة المواد القابلة للذوبان العضوية وغير العضوية، بالإضافة إلى الجسيمات، من خلال معالجة مسبقة فعالة. لكن الجسيمات الميكروبية القادرة على التكاثر، حتى لو بنسبة 0.01% بعد المعالجة المسبقة، يمكنها أن تستخدم المواد القابلة للتحلل البيولوجي في الماء للتكاثر. وهذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي تؤدي إلى التلوث الناتج عن الطين البيولوجي في أي نظام. 　　5) التلوث الكولويدي: يحتوي المياه الجوفية والمياه السطحية على مواد مثل الحديد والألومنيوم والسيليكون والمواد العضوية. وتترسب هذه المواد، إلى جانب المواد المستخدمة في المعالجة المسبقة مثل مواد التجميع والمواد المساعدة في التجميع ومواد منع تكون الرواسب، على سطح الغشاء، مما يؤدي إلى التلوث الكولويدي. يتحلل الكولويد السيليكاتي في الماء ليُنتج Si(OH)4، وفي ظروف معينة يحدث تفاعل تكثيف: mSi(OH)4-(SiO2)m+2mH2O، مما يؤدي إلى تكوين نوى كولويدية من SiO2، ويحدث تفكك كهربائي لهذه النوى، مما يؤدي إلى إطلاق أيونات H+ وبالتالي تكوين كولويد ذو شحنة سالبة. 　　يصعب التخلص من تلوث المواد الكولويدية لأنها تحمل نفس الشحنة، مما يجعلها مستقرة وغير قابلة للترسيب بسهولة، كما أنها تلوث الأغشية، مما يؤدي إلى انخفاض معدل تدفق المياه. عادةً ما يتم تقييم هذا الاتجاه باستخدام مؤشر التلوث (SDI). عادةً، عندما يكون SDI3، يحدث انسداد. 　　٦) ظاهرة “المطرقة المائية”
في أنظمة الأسمدة العكسية، وبسبب سوء التصميم أو خلال مرحلة الضبط الأولية، يوجد كمية كبيرة من الهواء داخل هيكل الغشاء. عندما يدخل السائل المراد معالجته إلى هيكل الغشاء فجأة، وبما أن الهواء قابل للضغط، فإنه لا يمكن إزالته بالكامل في لحظة واحدة. وعندما يصل الضغط داخل هيكل الغشاء إلى مستوى معين، فإن الهواء ينفجر فجأة، مما يؤدي إلى اصطدام الجزيئات داخل الهيكل وضغطها على بعضها البعض، وهو ما يُسبب ظاهرة “المطرقة المائية”. في أنظمة الأسمدة العكسية، يكمن خطر ضربة المطرقة في التسبب في تلف عناصر غشاء الأسمدة العكسية بشكل لا يمكن إصلاحه. 　　٧) تلوث الجسيمات المعلقة: عندما يحدث “توصيل قصير” في فلتر الحماية، أو عند وجود عيوب فيه، فقد يؤدي ذلك إلى تسرب مواد الترشيح والشظايا الناتجة عن التآكل بالإضافة إلى مواد أخرى مثل خيوط القماش الصغيرة. كما أن عدم تنظيف الفلتر بشكل كامل عند استخدامه لأول مرة قد يؤدي إلى تلوث أجزاء الغشاء، مما يسبب انسداد مسارات المياه الداخلة، بالإضافة إلى تكوّن رواسب غير بلورية على سطح الغشاء. هذه الحالة نادراً ما تحدث. 　　٨) التلوث الناتج عن عوامل أخرى: يمكن للهيدروكربونات والزيوت والدهون ذات الروابط السيليكونية أن تغطي سطح الغشاء، مما يؤدي إلى تلوثه؛ كما يمكن لعمليات التحلل المائي للغشاء، بالإضافة إلى تأثير المذيبات العضوية والمواد المؤكسدة، أن تغير من خصائص مادة الغشاء