انواع وطرق الغسيل الكيميائى لكل نوع من انواع الفاولينج

وهذا الجزء تم تلخيصه من محاضرات المهندس محمد موسي بجانب الخبرة العملية وهناك … حيث نتحدث من أين نبدأ حتى نقرر …

1- الاطلاع على التحاليل الخاصة بمياه التغذية والمعالجة الإبتدائية.
2- فحص فلتر الكارتريدج قبل الأغشية … عند الشعور بملمس لزج أو جيلاتينى فإنه يدل على وجود بايوفاولينج أو فاولينج عضوى … كما أنه يمتاز باللون الأسود أوالقاتم … وإذا رأينا طفلة على الفلتر والمعروفة بلونها البيج (الطحينى الفاتح) وهى تتكون على الفلتر بصورة أكبر من الأغشية فنقول أن هناك مؤشر لفاولينج فيزيائى.
3- ورقة الترشيح الخاصة بالSDI تعطى مؤشر بنوع الاتساخ من خلال اللون … فمثلاً اللون الأصفر يعبر عن احتمالية وجود الحديد أو المواد العضوية … واللون الأحمر أو البنى المحمر يُعبرعن وجود حديد بصورة أوضح … واللون الأسود يُعبر عن احتمالية وجود منجنيز … ويذهب هذا اللون الأسود عند معاملة ورقة الترشيح بحامض. فإذا كان اللون رمادياً غامقاً فإنها قد يدل على وجود رقائق الفحم ويجب عمل فحص للفلتر الكربوني أو فحم الأنثراثيت فى المالتيميديا.

انظر إلى صورة الحديد المترسب على ورقة الترشيح الخاصة بتجربة الSDI بعد فلاتر الكارتردج رفعها أحد الزملاء على المنتدى من قبل … وظهور الحديد فى هذه المنطقة يدل على أن هناك خلل فى المعالجة الإبتدائية والتي تؤدي إلى وصول الخطر للأغشية … قد يكون من أسبابها عدم عمل غسيل عكسي للفلاتر الرملية أو فلاتر المالتي ميديا جيداً … أو ظهور قنوات أو عروق داخل الفلتر الرملي تسبب خروج الحديد إلى المراحل التالية … استخدام بوليمر أو مروق غير مناسب (ويتم النظر إلى قيمة الSDI)

4- الاطلاع على تاريخ الغسيل للمحطة كى نحدد ونركز وجهتنا.
5- المواسير فى المحطة سواء أكانت PVC أو استانلس ستيل يتم كشط عينة من المواد المترسبة عليها كى تعطى مؤشر لنوع الفاولينج الذى قد يترسب على الأغشية … قد تظهر طفلة … قد تظهر ترسبات الحديد الذى لا يكتفى بالأغشية بل يترسب على كل أجزاء الوحدة من مضخات وخطوط ولونه بنى محمر.
6- فتح أوعية الضغط الأمامية … قد نرى المياه الساقطة بها طفلة فنعرف أن المحطة تحتوى عليها بنسب كبيرة … ونبدأ بالAnti-telescoping device والأجزاء البلاستيكية الخاصة بالأغشية وننظر إلى ملمسها … لو كانت طبقة لزجة فيكون هناك بيوفاولينج أو فاولينج عضوى … ولوظهر لون بنى محمر مثلاً فيكون هناك ترسبات للحديد … ونفتح كذلك الend cap فى المراحل الأخيرة من الأغشية … فإذا وجدنا ملمس خشن (مثل ورقة الصنفرة) فهى بوادر لتكون قشور الأملاح …
المنجنيز يترسب مع الحديد فى مقدمات الأغشية وأحياناً كثيرة يترسب فى النهايات ناحية الريجيكت وغالباً ما يكسو الغشاء باللون الأسود أو الأسمر ولكن بدون رائحة (عكس البيوفاولينج المعروف برائحته الذكية!) … ومن الممكن أخذ عينة منه فى بيكر وعندما تروق المياه يطفو المنجنيز على السطح كبقعة لامعة كأنك أضفت نقاط من السولار أو الزيت فطفت على السطح … انظر إلى فاولينج المنجنيز على الأغشية:

7- طريقة الأوتوبسى Autopsy هى طريقة يتم التعرف من خلالها عن نوع الفاولينج ويتم فيها أخذ عينة من سطح الغشاء وتحليله فى المختبر … حتى يتم تحليل نوع البكتيريا السائدة ميكروسكوبياً – إن وجدت – بجانب تحليل كامل للرواسب والقشور المتراكمة على الغشاء وتقييم حجم الدمار الذى حل بالغشاء … وفحص أى ضرر فيزيائى physical damage مثل حدوث التجاعيد على السطح wrinkles أو اتفصال خطوط اللزق glue line separation … إلخ وعادةً ما تقوم بها الشركات المصنعة وعملياً يكون هذا آخر حل نلجأ له ومن كانت له خبرة فى ذلك فليتحفنا بها.

وهذه صورة توضح كيف يتم الفحص للأغشية بطريقة الأوتوبسي … على اليسار صورة البكتيريا بالميكروسكوب الضوئى وعلى اليمين صورة البكتريا بصورة أوضح على الميكروسكوب الألكترونى حيث ترى البكتيريا مطمورة فى طبقة الEPS:

وهذه صورة توضح الفرق بين أنواع الفاولينج وطريقة تراكمها على الغشاء الحلزوني الملفوف:

الآن ننتقل إلى المواد الكيميائية التى تستخدم فى الغسيل ونبدأ بالجانب الكيميائى النظرى ثم ننتقل بعدها إلى الجانب العملى:

1- الغسيل الحامضىAcidic cleaning :

يتم تطبيقه فى pH تتراوح ما بين 2 – 3 (وهذا بناءً على التوصيات الخاصة بالغشاء من قبل الشركة الموردة وتحمل الأغشية لهذا الوسط).
نقصد بالحمض القوى هو الحمض الذى يتحلل بالكامل فى الماء فنستفيد بكل ذرات الهيدروجين التى تستخرج منه … والحمض الضعيف هو الذى لا يتحلل بالكامل فى الماء فلا تتحرر كل ذرات الهيدروجين منه … ولذا عندما نستخدم الحمض الضعيف فيجب أن نزيد تركيزه عن الحمض القوى فى عملية الغسيل أو نزيد الكمية التى نغسل بها أو الإثنان معاً.
ومجموعة الأحماض لها القدرة على الاتحاد بالكاتيونات الموجبة الثنائية مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد الثنائى …
وأى حمض يتحد مع شق الكربونات يعطى ثانى أوكسيد الكربون وماء بجانب الملح المشتق من الملح المترسب … ويجب أن يكون ذائباً فى الماء ولا يترسب هو أيضاً وإلا ذهبت مجهوداتنا أدراج الرياح …
يتم استخدام حمض الهيدروكلوريك أو حمض الفوسفوريك أو حمض الستريك أو حمض السلفاميك أو حمض الأوكساليك …
فحمض الهيدروكلوريك حمض قوى يعمل على إذابة الاملاح بكفاءة … وعند اتحاد حمض الهيدروكلوريك المخفف مع كربونات الكالسيوم (أو الماغنيسيوم) ينتج كلوريد الكالسيوم الذائب ومعه الصديقان ثانى أوكسيد الكربون والماء:
CaCO3(s) + 2HCl(dil) —> CaCl2 + H2O + CO2
وحمض الفوسفوريك أيضاً يستخدم ويُعطى هو الآخر نتائج رائعة … حيث يعطى ثنائى فوسفات الكالسيوم الذائب ومعه الصديقان المعتادان:
3CaCO3(s) + 2H3PO4 (aq) —> Ca3(PO4)2 (aq) + 3H2O + 3CO2(g)
وحمض السلفاميك يكوِّن الكالسيوم سالفاميت الذائب Calcium sulphamate إذا اتحد بكربونات الكالسيوم:
CaCO3(s) + 2H3NSO3 —> Ca(SO3NH2)2 (aq) + H2O + 2CO2(g)
وحمض الستريك (حمض ملح الليمون) … وإن كان يعتبر حمضاً ضعيفاً لكن يستخدم فى إزالة كربونات الكالسيوم ويكون الكالسيوم ستراتCalcium citrate :
3CaCO3(s) + 2C6H8O7 —> Ca3(C6H5O7)2 (aq) + 2H2O + 3CO2(g)
كما أن حمض الستريك يعمل على إزالة الحديد المتراكم على الأغشية وخاصة الأغشية الأولى (القائدة) … وحمض الستريك يميزه بأنه متوافر سهل المنال.
وحمض الكبريتيك لا يُفضل استخدامه فى الغسيل حتى لا تترسب أملاح كبريتات الكالسيوم المزعجة.
أما فوق أوكسيد الهيدروجين Hydrogen peroxideأو ما يطلق عليه ماء الأوكسجين ورمزه الكيميائى H2O2 فهو يستخدم كمعقم قوى يقتل الميكروبات ويسمى تجارياً فى بعض الأحيان “البفرى”.
فإذا اجتمعا البطلان ماء الأوكسجين مع حمض الأسيتيك(CH3COOH) كونا فى الخليط الجديد ما يُعرف بحمض البيرأسيتيك أسيد Peracetic acid (PAA) أو البيرأوكسي أسيتيك أسيد Peroxyacetic acid والذى يستخدم فى التعقيم ورمزه الكيميائى CH3COOOH بإضافة ذرة أوكسجين ثالثة على حمض الأسيتيك والأس الهيدروجينى pH يكون عند 2.8 يعنى حامضية عالية.
والأوكسونيا Oxonia هى اسم تجارى لهذه التركيبة المتوازنة من ماء الأوكسجينH2O2 وحمض الأسيتيك.
H2O2 + CH3COOH —> CH3COOOH + H2O
البيرأسيتيك أسيد معقم قوى يدمر الغشاء الخارجى للخلية الميكروبية عن طريق الأكسدة.
ولأن ماء الأوكسجين والبيرأسيتيك أسيد من المؤكسدات القوية وتسبب تأكسد طبقة البولى أميد فى الغشاء فيجب استخدامها تحت شروط قاسية حتى لا يتلف الغشاء:
1- أن لا يزيد التركيز عن الحد الأدنى المسموح به طبقاً لطبيعة كل غشاء (ويُفضل استخدامها فقط مع أغشية السليلوز) … وفى المعتاد يكون التركيز 25 فى الألف جزء فى المليون.
2- لاتزيد درجة الحرارة عن 25 درجة مئوية لأنها تحفز تفاعل الأكسدة لطبقة البولي أميد.
3- ضمان خلو الممبرين من أي عناصر إنتقالية مثل الحديد والمنجنيز لأن هذه العناصر من طبيعتها أنها تستخدم كعوامل حفازة … وبالتالى فهى تحفز هذه الكيماويات على مهاجمة وتدمير الأغشية … ومن الواقع العملي لا يُنصح بإستخدامها إلا تحت إشراف شركة الغسيل ومسؤليتها وتعهدها بسلامة الأغشية …
يتم إضافة هذه المواد مع المياه بالتركيزات المحددة ويتم الغسيل نصف ساعة عند حوالى 3 بار وتقل الpH إلى 3.5 ثم نقوم بعمل غسيل rinse بمياه جديدة فى دائرة مغلقة ثم بمياه جديدة حتى تصل الpH إلى 6 أو 7 كما كانت.
ويفضل ال SMBS فى التعقيم حيث يمكن حقنها مع مياه التغذية … وهى تمنع ترسب الحديد والغشاء على الأغشية … كما أنها تنمع وجود الهواء ونمو البكتيريا الهوائية بجانب الحفاظ على الغشاء.

2- الغسيل القاعدى Alkaline cleaning:

حيث يتم تطبيقه فى pH تصل إلى 10 – 12 … (ولا تزيد عن 12) … وفى المعتاد يستخدم فى التطهير وقتل الخلايا الميكروبية … وفى أحيان يستخدم فى إزالة الأملاح المترسبة.
الغسيل القاعدى غير مناسب للأغشية النتى تصنع من السليلوز حيث أقصى تحمل لها عند pH لا تزيد عن 6.5.
أمثلة للمواد القاعدية التى تستخدم فى غسيل الأغشية:
1- Sodium hydroxide (NaOH) الصودا الكاوية
2- Ethyelen diamine tetra-acetic acid (EDTA).
الإثيلين داى أمين تترا أسيتك أسيد.
3 -Sodium salts of EDTA:أملاح الإيدتا
– Na2EDTA is the Disodium salt of ethylene diamine tetraacetic acid
– Na4EDTA is the tetrasodium salt of ethylene diamine tetraacetic acid
4- Detergents (surfactants) المنظفات :
– Quaternary ammonium compounds.
– (Na-DDS) or (SDS) or sodium salt of dodecylsulfate.
– Sodium laurel sulfate.
– Sodium tripolyphosphate (STP).
– Tri sodium phosphate (TSP).

بالنسبة للصودا الكاوية أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) فهى تستخدم فى التعقيم وقتل الكائنات الميكروبية حيث أنها تقوم بعمل hydrolysis لجدار الخلية الحية … علاوة على أنها تستخدم فى إزالة بعض قشور الأملاح العنيدة مثل أملاح الكبريتات:
CaSO4 (Gypsum) + 2NaOH —> Ca(OH)2 + Na2SO4
وبالطبع هيدروكسيد الكالسيوم المتكونة هى مادة ذائبة فى الماء.

بالنسبة للإيدتا EDTA فتستخدم كمادة مساعدة فى إزالة المواد الغروية والعضوية والبيولوجية وقشور أملاح الكبريتاتSulphate … والإيدتا بودرة بيضاء اللون يتم خلطها فى الماء قبل البدء فى عملية الغسيل الكيميائى ولها تركيب مخلبى chelating يخطف الكالسيوم والمغنيسيوم.
بالنسبة للمنظفات ومساحيق الغسيل(Detergents & surfactants) :
Quaternary ammonium compounds:*
هى نوع من المنظفات الكاتيونية يُطلق عليها اختصاراً ال(Quats) وهى مركبات تحمل فى منتصفها ذرة النيتروجين التى تحمل شحنة موجبة … وبدلاً من أن ترتبط بأربع ذرات هيدروجين فى أيون الأمونيوم المعتاد(NH4+) يتم استبدال ذرات الهيدروجين بمجموعات عضوية (ألكيل Alkyl أو أرايلAryl ) كما بالشكل التالى:

وهذه المركبات لها خاصية التعقيمDisinfection خاصةً كلما زادت طول سلسلة مجموعة الألكيل … وهى تدمر غشاء الخلية الحية من البكتيريا والفطريات والأميبا والفيروسات التى تحيط نفسها بغشاء دهنى من الLipid envelope (أى النوع الذى يُطلق عليه المحب للدهون Fat-loving أو فيروسات الليبوفيليكLipophilic ) … كما أنها تؤثر على التفاعلات الحيوية داخل الخلية وتلقى بالمواد الأساسية خارج الخلية وتسبب الوفاة!
من مميزات هذه المجموعة من المنظفات أنها متاحة وسعرها رخيص نسبياً.
تستخدم هذه المركبات أيضاً فى غسيل الفاولينج العضوى بكفاءة.

وإليك باقة من الأمثلة على هذه المركبات:
(benzalkonium chloride, benzethonium chloride, methylbenzethonium chloride, cetalkonium chloride, cetylpyridinium chloride,cetrimonium, cetrimide, dofanium chloride, tetraethylammonium bromide, didecyldimethylammonium chloride and domiphen bromide)
*Sodium laurel sulfate: صوديوم لوريل سلفات
هو نوع آخر من أساسى فى صناعة الكثير من المنظفات.
*Na-DDS is sodium salt of dodecylsulfate (SDS)

وأحياناً يتم الجمع بين الصودا الكاوية مع رباعى صوديوم الإيثلين داى أمين تترا أسيتيك أسيد Na4EDTA ذو المخالب والذى ينقض على الكالسيوم والمغنيسيوم كما قلنا ويكون متراكب معهما ولا يسمح بترسبهما … قوة الإيدتا تزيد مع زيادة الأس الهيدروجينى لذا كانت إضافة الصودا الكاوية ورفع الpH إلى 11 لها تأثير كبير.
وعملياً نجد أن الصودا الكاوية وحدها تعطى قوة أكبر فى التنظيف أو إذا اقترنت مع الNa-DDS أكثر من اقترانها مع الإيدتا.

3- الغسيل بأملاح ومواد كيميائية أخرى:
Sodium hydrosulfite = Na2S2O4
عند استخدام الصوديوم هيدروسلفايد يجب أن تكون الغرفة أو المحطة بها تهوية جيدة لأن له رائحة نتنة وفاسدة.
أيضاً يتم استخدام الفورمالداهيد 3% لو كان هناك فاولينج بيولوجى … ونريد تطهير الأغشية من الكائنات الحية … ويجب الحذر منه واتباع ارشادات السلامة والوقاية أثناء الاستخدام.
كما أن مركب الجلوتارالدهيد Glutaraldehyde يستخدم كمطهر قوى (بيوسايد).

وإليكم الآن جداول بأسماء المركبات الكيميائية التى تستخدم فى غسيل أوتطهير الأغشية …
ورمزها الكيميائى وملاحظات على كل منها … تم التقسيم إلى ثلاث مجموعات: الأحماض – القلويات – الأملاح والمواد الكيميائية الأخرى

هناك لا شك بعض التحفظات على استخدام بعض هذه الكيماويات فى بعض الحالات إذا كانت المياه المنتجة تستخدم فى غسيل الكلى فمثلاً يُنصح بعدم استخدام الفورمالدهيد لأنه مادة مسرطنة … كما أن هذه المادة ضارة لمن يتعاملون معها وتسبب حساسية … كما أن التخلص من رائحتها الكريهة يأخذ عدة ايام نضطر فيه غالباً لتوقف الوحدة.
ويستخدم فى حفظ الأغشية الفورمالدهيد … ويتم استبداله بالSBS وهو الأفضل لأن الأول يسبب المشاكل كما قلنا … وحفظ الأغشية سوف نفرد لها نقاش منفصل بعد ذلك إن شاء الله.
وفى بعض الوحدات يتم شراء مواد كيماوية بأسماء تجارية من خلال التعامل مع شركات متخصصة (مثلاً كيماويات فيوليا …إلخ).
والآن وبعد ان استعرضنا أنواع الكيماويات التى تستخدم فى غسيل الأغشية … سنأخذ كل نوع من الفاولينج على حده وكيفية التعامل معه كى تكون مرجعاً شاملاً بعد ذلك للعاملين بمحطات التناضح العكسي.
وقبل أن نبدأ … يجب أن نذكر بأمر هام … وهو أن اختيار نوع المادة الكيماوية للغسيل يعتمد على 3 أمور: نوع الغشاء نفسه … وطبيعة المياه … ونوع الفاولينج …
فمادة الأغشية نفسها …. قد لا تتحمل pH معينة أو مادة منظفة معينة … وكل هذه الأمور يتم فيها الرجوع غالباً للشركة المُصنعة من خلال الداتا شيت الخاصة بالغشاء …
كما نذكر بأن الغسيل الكيماوي عادة ما يوصى برفع درجة الحرارة عن المعتاد (لا يزيد عن 35 درجة مئوية فى المعتاد) … ولا شك أن ذلك يُنجز من عمل الغسيل ويقلل وقته … ولكن يكون ذلك حتى حد أقصى تبعاً للتوصيات …