علل آلودگی فیلترهای نفوذ معکوس

Thread Content

　　خبرنامه شماره ۷۰۷ صنایع شیمیایی: آلودگی فیلتر، به معنای واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی بین ذرات ریز، ذرات کلوئیدی یا مولکول‌های بزرگ موجود در محلول در تماس با فیلتر، یا افزایش غلظت برخی از مواد حل‌شونده در سطح فیلتر به دلیل پولاریزاسیون ناشی از تفاوت غلظت، است. همچنین، عوامل مکانیکی نیز می‌توانند باعث جذب یا رسوب مواد در سطح یا درون منافذ فیلتر شوند؛ این امر منجر به کوچک شدن یا مسدود شدن منافذ فیلتر می‌شود و در نتیجه، جریان عبوری و ویژگی‌های جداسازی فیلتر دچار تغییرات غیرقابل برگشت می‌گردد. 　　کاهش جریان و کاهش توانایی جداسازی، ناشی از جذب آلاینده‌ها، به‌ویژه مولکول‌های بزرگ مانند پروتئین‌ها، در سطح غشا و درون منافذ غشا، از علل اصلی کاهش جریان غشا است. اما کاهش جریان ناشی از آلودگی فیلتر، اغلب با کاهش قابل برگشت جریان ناشی از پدیده قطبش تراکمی ترکیب می‌شود و در نتیجه کارایی جداسازی توسط فیلتر بیشتر کاهش می‌یابد. 　　علل آلودگی فیلترهای اسمز معکوس: در حین کارکرد سیستم اسمز معکوس، یون‌های فلزی، میکروارگانیسم‌ها، رسوبات نامحلول، آلاینده‌های آلی، چسبندگی‌های زیستی، کلوئیدها و چربی‌های موجود در آب‌های زائد/آلوده، به مدت طولانی با فیلتر در تماس هستند؛ این امر منجر به آلودگی فیلتر می‌شود و باعث کاهش قابل توجه عملکرد فیلتر در جداسازی مواد و افزایش فشار ورودی می‌گردد. دلایل اصلی آن عبارتند از:
۱) قطبش ناشی از تفاوت غلظت
در سیستم‌های تصفیه آب با روش انتقال معکوس، ویژگی‌های انتخابی غشا باعث می‌شود که مولکول‌های آب به طور مداوم از سمت فشار بالا از طریق غشا عبور کنند؛ در حالی که مولکول‌های محلول همچنان در محلول اولیه باقی می‌مانند. این امر منجر به ایجاد تفاوت غلظت بین محلول روی سطح غشا و محلول ورودی می‌شود؛ در موارد شدید، گرادیان غلظت بسیار بالایی ایجاد می‌گردد. این پدیده، قطبش ناشی از تفاوت غلظت نامیده می‌شود. قطبش ناشی از تفاوت غلظت، فشار اسمزی محلول را افزایش می‌دهد؛ کاهش نیروی محرکه مؤثر منجر به کاهش سرعت نفوذ آب و درصد حذف نمک می‌شود. 　　۲) رسوبات یونی: نمک‌هایی مانند CaCO3، CaSO4، BaSO4، SrSO4، CaF2 و SiO2 که ضریب حلالیت پایینی دارند، ممکن است در فرآیند تصفیه با روش نفوذ معکوس، به دلیل غلظت بالا، از حالت محلول خارج شده و رسوباتی را تشکیل دهند؛ این رسوبات روی سطح فیلتر و در مسیر ورود آب باقی می‌مانند و منجر به ایجاد رسوبات در آب می‌شوند. جی.اچ.بروس و همکارانش دریافتند که پس از استخراج Ca2+ از لجن، تعداد ذرات کوچک و مقاومت فیلتراسیون افزایش می‌یابد. 　　۳) رسوب اکسیدهای فلزی: به طور کلی، برخی از منابع آب چاه که حاوی یون‌های آهن و منگنز با درجه خلوص پایین هستند، دارای ویژگی‌های اکسیدکنندگی مشخصی می‌باشند. علت اصلی ایجاد مسدودیت در فیلترها، تشکیل ذرات کلوئیدی از فلزاتی مانند آهن، آلومینیوم و منگنز روی سطح فیلتر است. مقدار pH مورد نیاز برای اکسیداسیون آهن پایین است، که باعث می‌شود سیستم‌های تصفیه با روش نفوذ معکوس به طور مکرر دچار انسداد به دلیل آهن شوند. عوامل آلاینده‌ای که می‌توانند منجر به رسوب آهن دوظرفیتی و سه‌ظرفیتی محلول بر روی سطح فیلم باکتریایی شوند، عبارتند از: ورود اکسیژن به آب ورودی حاوی آهن دوظرفیتی؛ تشکیل FeCo3 در منابع آبی با قلیاییت بالا؛ واکنش آهن با سیلیس که منجر به تشکیل سیلیکات آهن نامحلول می‌شود؛ تأثیر باکتری‌های کاهنده آهن که باعث تشدید رشد فیلم باکتریایی و رسوب لجن آهنی می‌گردد؛ آهن در حالت کلوئیدی ناشی از تغییرات در فازهای فروپاشنده حاوی آهن؛ و علائم آلودگی فلزی ناشی از آهن، آلومینیوم، منگنز و غیره، کاهش میزان آب تولید شده و افزایش فشار است. 　　۴) تشکیل لجن زیستی: هنگامی که سطح فیلتر با لجن میکروبی پرجنب‌وجوش پوشیده می‌شود، نمک‌هایی که توسط فیلتر حذف می‌شوند در لایه چسبناک محبوس می‌گردند و به راحتی توسط آب شسته نمی‌شوند؛ این امر منابع مغذی فراوانی برای رشد میکروب‌ها فراهم می‌کند. در عین حال، مواد مهارکننده رسوبات (مانند پلی‌مالئیک اسید، آمینوتری‌متیل فسفات و غیره) و مواد نرم‌کننده آب که در مرحله پیش‌پردازش آب ورودی برای فرآیند نفوذ معکوس اضافه می‌شوند، نیز به رشد میکروب‌ها کمک می‌کنند. مواد محلول آلی و غیرآلی و همچنین ذرات، می‌توانند از طریق پیش‌پردازش مناسب حذف شوند؛ اما ذرات میکروبی قابل تکثیر، حتی در صورت باقی ماندن ۰٫۰۱٪ پس از پیش‌پردازش، می‌توانند از مواد قابل تجزیه زیستی موجود در آب برای تکثیر خود استفاده کنند. این موضوع یکی از دلایل اصلی آلودگی ناشی از لجن زیستی در هر سیستمی است. 　　۵) آلودگی کلوئیدی: هم آب‌های زیرزمینی و هم آب‌های سطحی حاوی موادی مانند آهن، آلومینیوم، سیلیس و مواد آلی هستند. این مواد به همراه موادی که در فرآیند پیش‌تصفیه اضافه می‌شوند، مانند مواد ترکیب‌کننده، مواد کمک‌کننده به ترکیب و مواد جلوگیری‌کننده از رسوب، باعث تشکیل رسوبات کلوئیدی روی سطح فیلتر شده و منجر به آلودگی کلوئیدی می‌گردند. کلوئید سیلیکات در آب تجزیه شده و Si(OH)4 تولید می‌کند؛ همچنین در شرایط خاص، واکنش پلیمری رخ داده و mSi(OH)4-(SiO2)m+2mH2O به وجود می‌آید. این ترکیب، هسته کلوئیدی SiO2 را تشکیل می‌دهد و سپس به صورت تدریجی ایزوله می‌شود؛ در نتیجه H+ آزاد شده و کلوئیدی با بار منفی ایجاد می‌گردد. 　　پاکسازی آلودگی‌های کلوئیدی دشوار است، زیرا این ذرات دارای بار الکتریکی یکسانی هستند، نسبتاً پایدارند، به راحتی ته‌نشین نمی‌شوند، به راحتی فیلترها را آلوده می‌کنند و منجر به کاهش جریان آب می‌شوند. معمولاً این روند با شاخص آلودگی (SDI) ارزیابی می‌شود. معمولاً هنگام SDI3، انسداد رخ می‌دهد. 　　۶) پدیده «چکش آبی»: در سیستم‌های نفوذ معکوس، به دلیل طراحی نامناسب و همچنین وجود مقدار زیادی هوا در داخل محفظه فیلترها در مرحله راه‌اندازی، هنگامی که مایع مورد نظر به طور ناگهانی وارد محفظه فیلترها می‌شود، به دلیل قابلیت فشرده شدن هوا و عدم امکان خالی کردن کامل آن در یک لحظه، وقتی فشار هوا در داخل محفظه به حد مشخصی می‌رسد، ناگهان منفجر شده و باعث برخورد، فشرده شدن و حرکت ناگهانی فیلترها در یکدیگر می‌شود؛ این امر منجر به پدیده «چکش آبی» می‌گردد. در سیستم‌های اسمز معکوس، خطر ضربه آب در این است که باعث آسیب غیرقابل برگشت به اجزای فیلتر اسمز معکوس می‌شود. 　　۷) آلودگی ناشی از ذرات معلق: هنگامی که فیلترهای حفاظتی دچار اختلال یا نقص شوند و باعث نشت مواد فیلترکننده، قطعات فرسوده و مواد خارجی (مانند رشته‌های کوچک پارچه) شوند، یا هنگامی که شستشوی اولیه برای استفاده از فیلترهای نفوذ معکوس به درستی انجام نشود، ممکن است اجزای فیلم آلوده شوند؛ این امر منجر به مسدود شدن مسیرهای ورود آب و تشکیل رسوبات غیربلوری روی سطح فیلم می‌شود. این وضعیت به ندرت رخ می‌دهد. 　　۸) آلودگی ناشی از عوامل دیگر: هیدروکربن‌ها و روغن‌ها و چربی‌های حاوی سیلیس، می‌توانند سطح فیلم را پوشانده و باعث آلودگی آن شوند؛ همچنین، هیدرولیز فیلم، تأثیرات حلال‌های آلی و مواد اکسیدکننده نیز می‌تواند منجر به تغییر در ساختار مواد تشکیل‌دهنده فیلم شود