شرح اسباب وعلاج ظاهرة تكون طبقة Concentration polarization على سطح RO Membrane
السبب و العلاج لظاهرة تكون طبقة Concentration polarization
على سطح RO Membrane
من مفاهيم ال R.O المهمة اللي لازم تكون في
دماغك كراجل شغال في محطات الR.O سواء
تشغيل أو تصميم هو فهمك للظاهره دي…
اسباب حدوث
Concentration polarization؟
كيفية حدوث Concentration polarization؟
و تأثيرها علي الممبرين و علي كميه مياه
إنتاج المحطه؟
و علاقتها بمساحة الممبرين؟
و فايده معرفتها أيه أصلا؟ …
الظاهره دي اسمها ال
concentration polarization…
خلينا ناخد نبذه سريعه عنها النهارده…
بس قبل ما ندخل علي موضوع ال
concentration polarization،
تعالي نسترجع سريعا
الطبقات المكونة للممبرين:
يتكون ال R.O membrane
من ثلاث طبقات بسمك كلي 160 micron
و تقسم كالتالي:
١- طبقه الpolyester:
و دي بيصل سمكها ل 120 micron.
٢-طبقه ال polysulfon:
و دي بيصل سمكها ل 40 micron.
٣-الطبقه اللي عليها الشغل كله و هي
طبقه ال polyamide
و دي بيوصل سمكها لحوالي 0.2 micron.
مجموعه الثلاث طبقات تسمي envelope…
ال R.O membrane بيتكون من أكتر من envelope ملفوفين علي بعض يتم لزقهم من ثلاث جهات ما عدا جهه واحده هي جهه الproduct.
تمام…أي ممبرين في ال R.O بيتعرض بحكم وظيفته لحاجه اسمها flux decline
ما هو flux decline
ال flux decline
هو ظاهره حتلاقيها دائماً مرتبطة بأي separation process أو فصل أملاح للممبرين نتيجه ال driven pressure أو الضغط اللازم لترشيح مياه الإنتاج منه…
اللي بيحصل في بداية الfeed للممبرين
إن ال permeate flux اللي بيبقي خارج بتكون قيمته عاليه و تقريبا مشابه لقيمه ال
pure solvent flux
( الpure solvent ده هو المذيب الذي تم استخدامه أثناء التصنيع لمعرفه المقاومة الهيدروليكية للممبرين hydraulic resistance)
, لكن ما يحدث بعد ذلك هو عباره عن مرحلتين من الهبوط المفاجئ في ال permeate flux الخارج من الممبرين،أول مرحلة دي بتبقي بعد شغل الممبرين بدقائق بحيث يحدث هبوط مفاجئ في ال permeate flux عن الinitial flux اللي بدأ الخروج به.
المرحلة التانيه من الهبوط و قد تأخذ بعض الأيام إليّ أن تتم و يستقر الpermeate flux تماما عند قيمه معينه و يطلق علي ثبات هذه الحاله اسم pseudo steady state flux”
و مجمل مرحلتين الهبوط يسمي بال
flux decline.
ال flux decline
له معادله بسيطه و سهله جدا تقدر من خلالها
تعرف ما هي العوامل المؤثرة عليه:
.[highlight color=”yellow”]Permeate flux decline = Driving pressure / Membrane total resistance.[/highlight]
طيب نفهم إيه من المعادله دي؟
ببساطه نقدر نستنتج إن ال flux decline ده بيحصل لو ال
driving pressure قل ⬇
أو ال
membrane total resistance زادت.⬆
أيه ده هو فيه أكتر من مقاومه للممبرين ؟؟ …
أه في…
من باب العلم، خلي ف بالك دائماً إن
مقاومه الممبرين الكليه تأتي من مجموع المقاومات الآتيه:
Membrane Hydraulic resistance:
و هي مقاومه الغشاء الهيدروليكية نفسها للمياه الداخله عليه و مرتبطة أساسا بال pore structure الخاص بالممبرين.
2. Cake (gel) layer resistance:
و عادا ما تكون deposits تأخذ شكل الcake أو الgel layer علي سطح الممبرين هي عباره عن viscous layer من سلاسل البوليمر الطويلة long chain polymeric entities ،و عادا ما يرتبط هذا النوع من المقاومة بال ultra filtration و الmicro filtration أثناء ترشيح الmacromolecules ذات الحجم الكبير.
3.Scaling:
و يكتسب الممبرين مقاومته في هذا النوع نتيجه ترسب بعض ال inorganic chemicals مثل ال silica و ال calcium sulphate و طبعا كما هو معروف بتتم إزاله هذا النوع من المقاومة (طبقه الترسيب المسببه لمقاومه الغشاء) أثناء الغسيل الكيميائي.
4.Pore blocking (انسداد فتحات الغشاء):
و تأتي مقاومه الممبرين هنا نتيجه انسداد فتحات أغشيه الممبرين بالعوالق الدقيقة التي قد تكون موجودة في مياه الfeed.
5.Adsorption :
و هو تقريبا نفس المعني السابق في النقطه 4
و لكن الفرق الجوهري هنا هو تعلق الmacromolecules علي جدران فتحات الممبرين نتيجه انجذاب “كيميائي ”
بين ال solute و بين أغشيه الممبرين نفسها و ليس تداخل physical كما تم ذكره سابقا.
‼نيجي بقي لبيت القصيد …المقاومة السادسة للممبرين :
6.Concentration polarization:
ال concentration polarization هو عباره عن طبقه من المياه شديده التركيز في الأملاح بتكون ملاصقة لطبقه ال polyamide
السابق ذكرها في تعريف طبقات الممبرين.
هذه الطبقه تم تكوينها تدريجيا نتيجه خروج مياه ال permeate من الmembranes
أثناء التشغيل.
طيب أيه مراحل تكون الطبقه دي ؟
بتتكون بالنسق الآتي :
١- تدفق ال solute إليّ الممبرين أو ما يسمي
بال convective flux.
٢- عند فصل الأملاح من مياه الfeed (تسمي أيضا بال bulk solution) يبدأ تراكم الأملاح علي سطح الممبرين و بالتالي يؤدي ذلك إليّ زياده تركيزها.
٣- عند تدفق دفعات الbulk solution التاليه علي سطح الممبرين ،و نتيجه فرق تركيز الأملاح بين الbulk solution
(اللي مازال أملاحه عاليه مقارنة بأول طبقه أملاح ترسبت علي الممبرين)
و بين الطبقه المترسبة بيحصل حاجه اسمها
diffusive back flux أو رجوع الflux تاني من سطح الممبرين إليّ ال bulk solution.
٤- بتفضل المنافسه كده شغاله في إتجاهين مختلفين بين ال
convective flux و ال diffusive back flux رايح جاي لحد ما نوصل لحاله من الاتزان الأخير بين ال two fluxes و ناتج هذا الإتزان هو ما يكون الشكل الأخير
لطبقه توزيع الconcentration علي سطح الغشاء و من هنا
اتسمت polarized layer
أو ال .concentration polarization
طيب الكلام ده كويس يا بشمهندس بس إيه
لازمته بالنسبة لي؟ يعني ح أستفيد إيه أما أعرف
الكلام ده؟
معرفه الكلام ده ح تخليك علي درايه بنوعيه
المشاكل المترتبة علي حدوث الظاهره دي
و بالتالي تعرف تتعامل معاها ازاي…علي سبيل المثال و ليس الحصر ح يعرفك هل
فعلا الflux اللي انت شغال عليه قيمته مناسبه
للشغل علي الممبرين و لا محتاجadjustment عشان تمنع ترسيبات
الأملاح دي و بالتالي لا يتأثر إنتاج المحطه……
جميل جدا…طيب
ما هي المشكلات المترتبة علي حدوث هذه
الظاهره؟
زيادة تركيز الأملاح علي طبقه ال polyamide
لل membrane بينتج عنه الآتي
(كما ورد في مرجع Hydranutics):
-1 انخفاض في كميه ال product.
-2 زيادة في الضغط المطلوب للممبرين نتيجه
زيادة الضغط الاسموزي أو ال
osmotic pressure
لطبقه المياه الملاصقة لغشاء الpolyamide.
-3 زياده نسبه الأملاح عبر الممبرين.
-4 ازدياد فرصه ال scaling نتيجه ترسب هذا الكم من الأملاح علي سطح الممبرين.
إذن ما هو الحلول المقترحة للتغلب علي هذه
الظاهره؟
عندنا ٣ حلول كالآتي :
١- زيادة كميه ال feed flow:
زيادة كم ال feed flow الداخل علي ال membrane
بيعمل turbulenceعلي سطح الممبرين و بالتالي بيساعد في إزاله طبقه الأملاح الملاصقة للpolyamide layer.
٢-الالتزام بقيم الflux المحددة للممبرين:
الflux كما هو معروف ما هو الا كميه المنتج مقسوم علي مساحه سطح الممبرين تبعا
للمعادله الاتيه
[highlight color=”yellow”] Flux (GFD) = permeate production (GPD) / Membrane active area (ft2) *GFD : gallon per square foot day *GPD: gallon per day Ft: feet. الا[/highlight]2
:لتزام بقيم الflux المحددة للممبرين علي حسب الcase اللي شغال عليها بتساعد جدا في تقليل كميه الأملاح المترسبة علي الممبرين نتيجه الcross flow filtration
و بالتالي بتحد من ظهور ظاهره ال
concentration polarization.
‼قبل الانتقال للنقطه التالتة من الجدير بالذكر هنا قيم الflux الخاصة بالممبرين تبعا للحاله اللي
شغال عليها :
- Sewage effluent: ( 5-10 GFD).
- Sea water: (8-12 GFD).
- Brackish well water: (14-18 GFD).
- Brackish surface water: (10-14 GFD).
٣- الشبك أو الnetting:
كما هو موضح في الصور المرفقة مع البوست ، يتم وضع feed channel spacer بين طبقات الممبرين لدخول مياه ال feed, و هي عباره عن طبقه من الشبك توضع بين كل envelope في الممبرين.
طيب ما هي وظيفه الشبك أو الnetting ؟
وظيفتان رئيسيتان:
١- توفير المساحه الكافيه لدخول و سريان مياه الfeed.
٢- توفير الturbulence الكافي أثناء سريان مياه الfeed و بذلك نضمن عدم حدوث ظاهره ال concentration polarization.
(ملحوظه: النقطه رقم ٣ الخاصه بالشبك ليست option بالمعني الحرفي و لكنها تقنيه تم تطويرها بواسطة مصنعي الممبرينات للقضاء علي ظاهره ال concentration polarization).
سمك الnetting بيتراوح بين
(28-34 Millie inch).
طيب اختيار الfeed spacer ده بناءا علي أيه ؟
يتم اختيار ال feed spacer
أو ال high netting value اذا كان الfouling علي الممبرين متوقع أو وجد نسبته عاليه و العكس صحيح ، يتم اختيار قيمه قليله لل netting أو ال feed spacer اذا كان ال fouling قليل . و كل ما زادت مساحه الممبرين كل ما قلت قيمه ال feed spacer لأننا بنزود الwrapping لطبقات الممبرين و بنضغطه عشان المساحه تزيد داخل نفس الحجم الأسطواني للvessel.
و بناءا عليه طبقا لشهاده بعض خبراء المحطات من الواقع و التجربة العمليه لا ينصح بزيادة مساحه الممبرين فوق ال400 قدم مربع.
و عموما التنوع في قيمه ال feed spacer
ما هو الا تنوع في مساحه الممبرين نفسه داخليا و ذلك لثبوت القطر الخارجي لل
- R.O vessel كsize of 8 inch standard.
بعض الصور التوضيحية مرفقه مع البوست للتوضيح.
المصادر :
Hydranutics technical manual.
Water planet article 2017- concentration polarization theory,Author: Dr.Subir Bhattacharjee.
Eng. Mohammed Moussa R.O technical lectures.
Ahmad Yusuf.
Senior Mechanical engineer.
Water-waste water treatment plants.
التعليقات مغلقة.