What Limits the Recovery by an RO system ?pdf

‍مازلنا بفضل الله مكملين باقي السلسله اللي هدفها من ساعه ما بدأنا كان ولازال هو تفتيح أكبر قدر من المعلومات و الإجابة علي أكثر التساؤلات شيوعاً اللي ممكن تقابلك في موضوعات ال… ROو مازلنا بنستعرضها في صوره أسئله و أجوبه تفتَّح لحضرتك الدنيا في الموضوعات المطروحة…

‍لحبايبنا اللي بيتابعوا معانا لأول مره، وكمُلَخَّص سريع للكبسولات اللي فاتت…

الأسئله اللي عرضناها من أول ما بدأنا لحد دلوقتي تدرجت في مستواها إبتداءاً من أسئله عامه تشكل أساسيات معرفتك بال…RO تلاها مستوي متوسط تعرضنا فيه لمختلف الEquipment اللي بتمر عليك في المحطه، و بعدها حديث مُفَصل إتكلمنا فيه عن تفاصيل غسيل ال membranes و نوعيات الغسيل و أنواعه و المواد المستخدمه في كل غسله…أما في الجزء الثالث كان الكلام بنوع من التفصيل عن قصه ال Chlorination و أنواعه و استخداماته و تفاصيل كل نوع و تأثيره علي الممبرين، و في نفس الجزء إستعرضنا مفهوم ال ORP و طبيعته و نظريه عمله و ختمنا بنبذه عن ال pressure switches و أجزاءها و Mechanism قياسها لقيم الضغط المتغيرة في ال system أثناء التشغيل… أما الجزء الرابع ف كان الكلام فيه بالتفصيل عن ال membrane disinfection و أنواعه و ال biocides و تصنيفها و ختمنا الجزء الرابع بحديث مُفَصَّل عن العوامل الخمسة الرئيسيه المؤثرة في كفاءه عمل أي ممبرين في الدنيا في منظومه ال …RO

وتقدر تراجعهم من هنا

?What Limits the Recovery by an RO system

السؤال ده يبدو للوهلة الأولي بسيط بس لو دورت جواه ح تلاقي مليون تفصيله …
طب إيه هو السؤال أصلاً …؟

السؤال بيقول لك يا سيدي العزيز إيه

هي الحدود “المؤثرة” علي ال recovery في ال RO أو بمعني آخر إيه اللي “بيَحِد” من إمكانيه زياده نسبه ال recovery في ال system ؟

قبل ما نخوض في التفاصيل…تعالي نسترجع مع بعض سريعاً شويه مسميات و أساسيات ترتب الدنيا في دماغك الأول …
فاكر كان إيه هو ال recovery ؟

ف آخر مره اتكلمنا فيها في القصه دي، و تحديداً في كبسوله الجزء الرابع كنا قولنا إنال Recovery أو كما يُسَمَّي أحياناً بال “Conversion” ما هو إلا النسبة المسترجعة من مياه ال feed علي هيئه… “Permeate”و كنا قلنا كمان إن أغلب أنظمه ال RO بيتم تصميمها في Range يتراوح من %50 إلي %85 ( علي حسب نوعيه مياه الFeed المستخدمة)… و ده تبعاً للقانون الآتي:

%Recovery = (Permeate flow / feed flow) *100 

يعني علي سبيل المثال أما نقول إن ال Recovery نسبته %75 في influent ال flow rate بتاعه 100gpm، ف كأننا بنقول إننا ح نسترجع من ال 100 دول 75gpm و 25gpm ح يروحوا Concentrate…
بس أخبار تركيز الأملاح إيه…؟

هنا بقي القصه عكسية… بمعني إن حجم ال Concentrate المُمَثِّل ل 1/4 الحجم الكلي أصبح تركيز الأملاح فيه 4 أضعاف تركيزه في ال… feedو من هنا بيظهر مصطلح جديد غايه ف الأهمية إنك تبقي عارفه، لأنه ح يساعدك في فهم إيه اللي بيجري علي جانب الConcentrateسواءاً كان fouling أو scaling و بالتالي إتخاذ القرار الصح بما يناسب الحاله، المصطلح ده اسمه ال”Concentration Factor” الجدول اللي جاي ده موضح لك قيم ال Concentration Factor تبعاً لكل: Recovery

طيب …عظيم…ده ال Recovery ، و ده ال concentration factor اللي هو أصلاً “داله” أو function فيه، بتتأثر بتغيره زي ما حكينا…
بس ال Recovery نفسه بقي function…في إيه…؟
❗️بصفه أساسيه، لازم تبقي عارف إن المؤثرات الرئيسية علي ال Recovery جايه من حاجتين…:

1-System Design:

و دي بتشمل العوامل الرئيسيه اللي المُصمم المفروض يكون واخدها في الإعتبار عند بدأ التصميم…زي ال Flow rates علي ال pressure vessels ، نسبه ال recovery علي ال module الواحد و ال…Concentration polarization

“معلش يا هندسه اشمعني ال flow rate يعني إيه مشكلته…؟؟ و إيه ال Concentration polarization ده…؟”

بص يا ريس… أي نظام فلتره عموماً مش ح تلاقيه خرج بره طريقتين أساسيتين:

• Dead-end filtration.
• Cross-Flow filtration.

في ال RO systems عموماً بنستخدم ال cross-flow filtration، و من مزايا النظام ده إنه بيحافظ دائماً علي إتزان الممبرين ما بين مجموع القوي اللي حضرتك شايفها في الصورة دي، و في ظل وجود نسبه recovery ملائمه لل… System وجود ال sweeping force الناتجه عن سرعه ال flow الموازيه لسطح الممبرين بيَحِد من تَكَوُّن ال boundary layer الملاصقة لسطح الممبرين نتيجه تراكم ال solutes و ال foulants اللي بتبقي سبب كل المشاكل بعد كده… (في كبسوله سابقه علي الجروب كنا شرحنا بالتفصيل الممل ظاهره ال Concentration polarization و إزاي و إمتي بتتكون و مراحلها و طرق علاجها(

طيب رجوعاً بقي للسؤال…

إيه اللي بيحصل في حاله زياده أو نُقصان نسبه ال recovery عن النسبة المحدده لها في التصميم…؟

أي زياده في نسبه ال)  recovery و الكلام ده بيتم عملياً عن طريق التخنيق علي ال control valve اللي علي خط ال                  (concentrateبينتج عنها قيمه أعلي لل membrane flux نتيجه زيادهال …operating pressureو ده بدوره بيدفع كميه مياه أكتر انها تعدي من خلال الممبرين، و للأسف الكلام ده بينتج عنه طبقه أكثر سُمكاً من الرواسب علي سطح الممبرين بتعجل ظهور الfouling وال scaling، أما نقصان قيمه الrecovery عن الحد التصميمي المسموح ف لن يؤثر علي ال fouling أو ال scaling في الممبرين اللهم إلا إننا رمينا كمِّيه مياه زياده في في صوره wastewater خارجال.System

علي الصعيد الآخر…تاني مشكله بتحصل هي إنخفاض ال cross-flow velocity اللي لسه متكلمين عليها من شويه نتيجه مقاومه طبقه الرواسب اللي تَكَوَّنَت بسرعه نتيجه ال High recovery و ده برضه بيؤدي إلي انخفاض قيمه ال sweeping force المسؤله عن “كنس” الطبقه دي علي سطح الممبرين و ساعتها بنوصل لوقت أطول للطبقه دي علي سطح الممبرين بيعجل بظهور الscaling

حاجه مهمه عاوزك تكون فاهمها هنا و ح نوضحها بمثال حالاً…زياده ال recovery أي نعم ح ينتج عنها كميه قليله من ال disposed water ما اختلفناش…و لكن في نفس الوقت…بجانب المصايب اللي اتكلمنا عليها ف النقطتين اللي فاتوا دول، ال permeate الخارج في الحاله دي بيبقي أقل نقاءاً و ده بسبب كميه ال TDS اللي زادت فيه…

“بشمهندس أنا اللي أعرفه عن الممبرينات في القصه دي إن نِسَب ال rejection مش بتتغير في العاده…؟!”

مظبوط يا هندسه كلامك طالما القصه مش مشروطة بوجود طبقه ال…Concentration polarizationتعالي أقولك ليه بقي…

الممبرين ده راجل حرفياً…”سطحي” …ما بيشوفش أبعد من تحت رجليه…و بالتالي ال solutes اللي بيعملها rejection هي ال solutes اللي هو شايفها علي سطحه فقط!…

عشان الدنيا توضح معاك ،المثال اللي جاي ده ل silica بتركيز 10ppm في bulk solution داخل علي ممبرين نسبه ال rejection فيه %98…بص عليه و قولي رأيك إيه في ال cases اللي ح تشوفها…

2- Scale Formers:

و دي تاني حاجه بتأثر في ال…recoveryأما نقول إن الممبرين حصل عليه scale،ف ده ببساطه معناه إن الأملاح اللي في الميَّه وصلت لدرجه “التشبع” أو ال saturation اللي خلتها تترسب علي سطحه…
طيب إيه أنواع الأملاح المسببه لل scaling ، و إيه النِسَب المقبولة لها في الميَّه …؟
شجره عائله أملاح ال scaling الغير كريمه مُقَسَّمَه كالآتي:

Calcium Scales:
و دي بقي بتضم حاجات كتير فيها …”ate” زي ال Calcium carbonate ، sulfate،  phosphate و ال… calcium fluoride

Reactive Silica:

و دي في العاده بيتم قياسها من خلال ال RO reject، ولها عوامل كتير بتتحكم فيها زي ال PH و الحراره…

Sulfate based Scales:

و دي أملاح زي ال Barium و ال…Strontium
الجدول اللي جاي ده موضح لك القيم “المقبولة” في الميَّه لتجنب ظاهره ال :scaling

لعشاق ال… Troubleshootingفي حال وُجِد عندك في المحطه أياً من الأعراض الآتيه أو جميعها ، ف حضرتك مطالب ترجع تبص علي ال scale inhibitors اللي عندك شغاله ولا لأ لأنه عندك حاله scaling صريحه…:

Higher operating pressure than normal!

و ده لتعويض كميه ال flux اللي قَلِّت عند نفس الضغط…

Higher Pressure Drop!

و ده راجع لمُقاومه ال Scale نفسه لل Cross-flow…

Lower than expected salt rejection!

و ده مشروط بال boundary layer اللي علي سطح الممبرين زي ما حضرتك شوفت في المثال اللي فات…

” طيب بشمهندس معلش في أي حاجه أقدر من خلالها أتنبأ بالقصه دي و بالتالي أمنع ظهورها؟”

طبعاً في يابشمهندس أُمَّال ال Anti-scalants دي بتعمل إيه عندك في المحطه…؟،بس عشان تحدد نوع و جُرعه ال Anti-scalant اللي ح تحقنه، لازم الأول نعمل Projections يبان من خلالها مدي قابليه الأملاح لل scaling ودي أنواعها كتير زي ال ion product وال solubility product،و لكن أكثرها شهره هو ال “LSI” أو ال “Langelier Saturation Index” و تعالي أقولك إيه هو سريعاً قبل ما نقفل السؤال ده…

ال Langelier Saturation index يا سيدي العزيز ببساطه ما هو إلا المؤشر اللي بتعرف من خلاله درجه تشبع ال Calcium carbonate في الميَّه و بُناءاً عليه، اللي ح يظهر عندك ده ح يبقي Corrosion ولا… Scalingطبعاً الكلام ده مشروط بعوامل عده منها ال PH و درجات الحراره و تركيز ال TDS و ال calcium hardness و كمان ال…alkalinity و خليك فاكر دائماً إن ال perfect score اللي جنابك بتدور عليه دايماً هو إن ال LSI يبقي…zeroلأن ده معناه إن قيمه ال Calcium carbonate الموجودة حالياً في الميَّه هي القيمه الأمثل للتشبع و إن الحمد لله ال PH عندك stable و الدنيا تمام…

دي المعادلات اللي بنستخدمها في إيجاد قيم ال : LSI

بُناءاً علي القيم المحسوبة من المعادلات دي، ح تلاقي دايماً إن range ال LSI اللي بنشتغل فيه من 0.2- إلي 3.0 كما هو موضح في الجدول الآتي:

طبعاً هنا من البديهي ذكره، إنه في حال طلعت قيم ال LSI موجبه ف ده معناه إن إتجاه حضرتك في التفكير لازم ح يبدأ يتجه نحو معالجه مبدأيه فيها ) softening إما عن طريق حقن ال Lime أو استخدام ال (Ion Exchange أو… استخدام ال Anti-scalant المناسب للحاله (موضوع ال Anti scalant كُنَّا أفردنا له سابقاً كبسوله صغيره، تقدر حضرتك ترجع لها لمزيد من التفاصيل…(

Is there a shelf Life for Reverse Osmosis Membranes?

موضوع مهم لحبايبنا وحوش التشغيل و الصيانه…
العُمر الإفتراضي للممبرين …؟
في العاده ح تكون الإجابة السريعة و المباشره من سنتين ل خمس سنين و ده حقيقي مفيش فيه خلاف…
بس سواءاً كان العُمر الإفتراضي ده 2 أو 5…ف اللي لازم يتم توضيحه هنا هو العوامل المؤثرة عندي أصلاً علي العُمر ده و ح تلاقيها عندك كالتالي:

• Feed water source.
• Frequency of cleaning.
• System design.
• Operating conditions.

طيب العوامل دي كلها ( باستثناء ال (System design لو لاحظت عوامل مؤثره أثناء التشغيل …يعني بعد ما بيكون الممبرين وصل من المصنع و تم تركيبه بالفعل…بس يا تري قبل الخطوه دي الدنيا كانت عامله إيه …؟
❗️بجانب العوامل اللي فاتت دي، في عاملين كمان يهمني حضرتك تبقي واخد بالك منهم لأنهم من “مُطَوِّلات العُمر” بالنسبه للممبرين و أحياناً تطبيق الناس لهم في الموقع بيبقي ناقص…:

ف العاده ،ال membranes اللي خارجه من أي مصنع بتكون يإما wet tested أو …dry testedو عموماً الضمان علي الممبرين المفروض بيبدأ عند ال system start-up أو بعد مرور ١٢ شهر من شَحنُه (علي حسب الإتفاق مع المورِّد أو أيهما يأتي أولا.(

طيب…في حاله إن ال membranes تم عمل ال wet test لها في المصنع قبل ما تيجي ع الموقع، إيه اللي المفروض جنابك تعمله ساعتها…؟

لو الدنيا لسه مطوِّله في التركيبات…ف الحاله دي بيتوجب علي حضرتك عمل inspection دوري كل ٣ شهور للكشف علي حاجتين مهمين …أول حاجه فيهم أي نمو بكتيري (Biological growth) قد يكون تم تكوينه، و تاني حاجه هي ال …PH

جميل…طيب لو الممبرينات Dry tested بس مش wet، هل لازم لها inspection في الحاله دي برضه…؟

طبعاً لازم…بس خليك فاكر إن النوع ده لا يلزمه preservation solution لحفظه و لكن يجب وضعه في sealed bags إلي أن يتم استخدامه، و دي توصيات FILMTEC في الموضوع ده و ح نستعرضها في الآخر…

نيجي بقي لل… Preservation solution

الممبرين اللي جاي لحضرتك ده المفروض إنه بيبقي “محفوظ” في Preservation solution وده بيبقي أحد الحاجات اللي عينك عليها في ال… inspectionو المحلول ده سيادتك بتضطر لتغييره إذا وُجِد عندك أياً من الآتي:

• Bioactivity found (The preservation solution is not clear).
• The PH of the preservation solution drops below 3.
• Preservation solution duration exceeds 6 months.

و كمعلومة كده من قلب الكنترول ، تعالي نستعرض مع بعض Toray أما اتكلمت في موضوع تخزين و حفظ ال new membranes ده قالت إيه،و إيه هي مواد الحفظ أصلاً و شروطها:…

حلو قوي…ده بالنسبه لل membranes اللي جايه لحضرتك جديد…، بس لو عندك ممبرينات انت استخدمتها فعلياً و لسبب أو لآخر عاوز تشيلها من ال…RO skid إيه أحسن إجراء متبع في الحاله دي…؟
كلمتين كويسين اللي جايين دول و ناس كتير بتسأل فيهم ف ركز…

❗️أول حاجه حضرتك ح تعملها في الحاله دي قبل التخزين هي عمليه ال cleaning للممبرين وده بيتم عن طريق “نقعه” في محلول من ال non-cobalt sodium metabisulfite ممزوج بماء غير أيوني (RO permeate) مع وضع الممبرين في ال vertical

 Position لتسهيل خروج أي هواء محبوس منه، و ده بيسمي بال …membrane soaking و ال soaking عموماً مفيد جداً للممبرين كونه له القدره علي إذابه أي metal foulants عالقه علي سطحه…و لمزيد من الحماية أثناء التخزين و رفع مستوي

ال Disinfection، ح تلاقي من ضمن توصيات Toray إن النقع ده يكون بمحلول ال Formaldehyde بتركيز يتراوح من

%0.2-%0.3 بس بشرط ، إن أقل مده تكون مرِّت علي الممبرينات دي و هي في الخدمه 72 ساعه…

❗️عينك في وسط رأسك و انت بتستخدم الماده دي الله يكرمك لأنها سامه ، و بالتالي لا يُنصح أبداً باستخدامها في ممبرينات لها تطبيقات خاصه بأكل أو شرب أو أي استخدام آدمي، و حاول دائماً الالتزام بال preservatives المنصوص عليها في ال data sheet الخاصه بالممبرين بتاعك و دائما خلي المُوَرِّد معاك ع الخط في حال قررت تستخدم أي ماده تانيه غير ال …SMBS

دي توصيات Toray في القصه دي:

و ده الجزء اللي اتكلموا فيه عن ال :Formaldehyde

يتبقي لنا قبل ما نقفل السؤال ده حاجتين، أولهم مُلَخَّص مُكوَّن من ٦ خطوات بالعدد برضه من Toray بيقول لجنابك المفروض تعمل إيه بالظبط أما تعوز تعمل Preservation لل RO system كله مش بس ممبرين واحد:

تاني و آخر نقطه حته حلوه قوي عن الموضوع ده FILMTEC أتكلم فيها…لو عندك elements جافه already و عاوز ترجعها ال       system تاني ( هنا بقي الكلام عكس ال cases اللي فاتت)…إيه الإجراء المُتَّبَع في هذه الحاله…؟

بص كده FILMTEC قالت إيه…؟

بفضل الله ده كان الجزء الخامس…

‍في الجزء القادم بإذن الله لسه مكملين مع بعض مع أسئله جديده ح نستعرض فيها باقي الموضوعات المختلفه لل… operations

إلي أن نراكم علي خير في الجزء السادس… نسأل الله لنا و لكم الإخلاص في القول و العمل، و أن يُعَلِمَنا ما ينفعنا ويَنفَعُنَا بما عَلَّمَنَا و إياكم…

المصادر :

• “Reverse Osmosis- Industrial Applications and processes”- Jane Kucera, chapter-7 : Frequently Asked Questions.
• Operation, Maintenance and Handling Manual for membrane elements, LENNTECH, TORAY Reverse Osmosis Membranes.
• Understanding LSI: The Langelier Saturation Index -Orenda Technologies blog.
• Working principles of cross-flow filtration-PS Prozesstechnik GmbH.
• FILMTEC Reverse Osmosis Membranes Technical Manual (DOW Water & Process Solutions).
• Langelier Saturation Index: Corrosion doctors.

Ahmad Yusuf.
‍Senior Mechanical engineer.
Water-waste water treatment plants.