ما هي عملية جمع البيانات وتطبيعها في التناضح العكسي؟

تؤثر جميع ظروف التشغيل هذه بشكل مباشر على جودة وكمية المياه المُرشَّحة التي يمكن أن تنتجها أغشية التناضح العكسي. ومع ذلك، ونظرًا لتغير ظروف التشغيل هذه باستمرار، فإنه من المستحيل مقارنة الأداء المُلاحَظ لبعض المعايير عند نقطة معينة مع أدائها عند نقطة أخرى في ظل ظروف تشغيل مختلفة. وتؤثر عوامل متغيرة، مثل درجة الحرارة وجودة مياه التغذية وتدفق المياه المُرشَّحة ومعدلات استعادة النظام، جميعها على أداء الغشاء.

تتيح عملية توحيد بيانات التناضح العكسي للمستخدم مقارنة أداء غشاء التناضح العكسي بمعيار محدد لا يتأثر بتغير ظروف التشغيل. وتقيس البيانات الموحدة الحالة المباشرة لغشاء التناضح العكسي، مما يُظهر أداءه وحالته الحقيقية.

قد تكون البيانات غير المُعَدَّلة مُضلِّلة، إذ يُمكن أن تُسبِّب العديد من المُتغيرات تغييرات قد تبدو مُشكلات بينما هي في الواقع ليست كذلك. وتُعد درجة حرارة مياه التغذية العامل الأكثر وضوحًا الذي يُؤثِّر على هذه التغييرات. نظام التناضح العكسي الأداء. القاعدة العامة هي تقدير تغير في تدفق النفاذية بنسبة 1.5% لكل درجة فهرنهايت (F⁰) متغيرة.

تفسير البيانات

يهتم مشغل نظام التناضح العكسي في نهاية المطاف بنتيجتين رئيسيتين: جودة وكمية المياه المنتجة. وكما ذكرنا سابقاً، يمكن أن تتأثر هاتان النتيجتان بعدة متغيرات، مثل ضغط مياه التغذية، واستعادة النظام، والتغيرات في جودة مياه التغذية، على سبيل المثال لا الحصر.

فيما يتعلق ب التناضح العكسي من خلال جمع بيانات التناضح العكسي (RO) وتوحيدها، تُحسب ثلاث قيم تُساعد في تكوين صورة أوضح لأداء الأغشية الحقيقي، وتُسهم في تشخيص أعطال نظام التناضح العكسي بدقة، لا سيما تلك المتعلقة بكمية ونوعية المياه المنتجة. يُمكّن جمع بيانات التشغيل، وتوحيدها، ثم تتبع اتجاهات البيانات الموحدة بمرور الوقت، ومقارنة القيم بالقيم الأساسية (المحسوبة من قيم بدء التشغيل عندما كانت أغشية التناضح العكسي جديدة، أو بعد تنظيفها أو استبدالها)، من اتخاذ إجراءات استباقية لمعالجة أي مشاكل قبل حدوث تلف لا يُمكن إصلاحه في أغشية التناضح العكسي.

القيم الثلاث المحسوبة المستخدمة للمراقبة والتحليل هي:
• معدل التدفق المُنَفَّذ ​​المُعَيَّر (NPF)
• معدل رفض الملح المعياري (NSR)
• فرق الضغط المعياري (NPD)

معدل التدفق المُنَفَّذ ​​المُعَيَّر (NPF)

يقيس مؤشر NPF كمية الماء المُرشَّح الذي ينتجه نظام التناضح العكسي. إذا انخفض مؤشر NPF بنسبة 10% إلى 15% عن القيمة الأساسية (قراءة NPF عند بدء التشغيل بأغشية جديدة أو عند استبدال الأغشية أو تنظيفها)، فهذا يشير إلى تلوث أغشية التناضح العكسي أو تراكم الترسبات عليها، ويجب تنظيفها.

إذا زاد معدل الجسيمات الصافية (NPF)، فهذا يشير إلى وجود تلف في غشاء التناضح العكسي. يمكن أن يحدث هذا التلف نتيجة هجوم كيميائي (من مؤكسد مثل الكلور) على الغشاء أو مشكلة ميكانيكية (مثل فشل الحلقة الدائرية).

كيفية حساب معدل التدفق المُنَفَّذ ​​المُعَيَّر (NPF)

الصيغة المستخدمة لحساب معدل التدفق المُنَفَّذ ​​المُعَيَّر (NPF) هي:

• NPF = معدل التدفق المُرشَّح × (معدل التدفق الأساسي aNDP/aNDP) × (معدل التدفق الأساسي TCF/TCF)

أين:

• إجمالي المواد الصلبة الذائبة في العلف = موصلية العلف / 2
• معامل التركيز = (تدفق المُرشَّح + تدفق المُركَّز) / تدفق المُركَّز
• إجمالي المواد الصلبة الذائبة في المركز = إجمالي المواد الصلبة الذائبة في العلف × عامل التركيز
• متوسط ​​ضغط القيادة الصافي (aNDP) = (((ضغط التغذية + ضغط المركز)/2) – ((إجمالي المواد الصلبة الذائبة في التغذية – إجمالي المواد الصلبة الذائبة في المركز)/200)) – ضغط النفاذية
• درجة حرارة التغذية (مئوية) = (5/9) × (درجة حرارة التغذية - 32)
• معامل تصحيح درجة الحرارة (TCF) = EXP (2640 × ((1/298) – (1/(273+درجة حرارة التغذية مئوية))))

معدل رفض الملح المعياري (NSR)

يشير معدل رفض الأملاح الصافي (NSR) إلى مدى كفاءة غشاء التناضح العكسي في رفض الأملاح (الملوثات)، وبالتالي يؤثر على جودة المياه المُرشّحة. إذا انخفض معدل رفض الأملاح الصافي، فإن كمية الأملاح التي تمر عبر غشاء التناضح العكسي تزداد، مما يؤدي إلى انخفاض جودة المياه المُرشّحة. قد يشير انخفاض معدل رفض الأملاح الصافي إلى تلوث غشاء التناضح العكسي أو تراكم الترسبات أو تدهوره. يجب أن يوفر غشاء التناضح العكسي ذو الأداء الجيد معدل رفض يتراوح بين 97% و99%. يُعتبر الغشاء "سيئًا" عندما ينخفض ​​معدل رفض الأملاح إلى 90% أو أقل. يتميز التشغيل الطبيعي لغشاء التناضح العكسي بانخفاض تدريجي في معدل رفض الأملاح الصافي أثناء الاستخدام المتواصل. عادةً ما تدوم أغشية التناضح العكسي لعدة سنوات قبل الحاجة إلى استبدالها، ويُعد الانخفاض التدريجي في معدل رفض الأملاح الصافي علامة طبيعية على تقادم الغشاء. يمكن أن يساعد اتباع نظام تنظيف مناسب لغشاء التناضح العكسي في تحسين معدل رفض الأملاح الصافي.

يمكن أن يكون معدل الترشيح الصافي (NSR) مفيدًا في تحديد مشاكل التلوث البيولوجي. عندما يكون التلوث البيولوجي مصدر قلق، غالبًا ما يرتفع معدل الترشيح الصافي (NSR) وينخفض ​​معدل الترشيح الصافي (NPF). وذلك لأن التلوث البيولوجي يسد العيوب الصغيرة في غشاء التناضح العكسي، مما يزيد من رفض الأملاح. مع مرور الوقت، تتدهور طبقة التلوث البيولوجي وتبدأ بالتحلل، وتتسرب مواد كيميائية مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان و/أو المواد العضوية.
تبدأ الأحماض بالانتشار عبر الغشاء مما يؤثر على جودة المياه المنفذة (انخفاض رفض الملح مما يؤدي إلى انخفاض نسبة الرفض الصافي).

كيفية حساب معدل رفض الملح المعياري (NSR)

الصيغة المستخدمة لحساب معدل رفض المبيعات المعياري (NSR) هي:

• NSR = 100 ((مرور الملح × (تدفق النفاذية / تدفق النفاذية الأساسي) × TCF) × 100)

أين:

• إجمالي المواد الصلبة الذائبة في الماء المُرشَّح = موصلية الماء المُرشَّح × 0.67
• إجمالي المواد الصلبة الذائبة في العلف = موصلية العلف / 2
• نسبة رفض الملح = 1 - (إجمالي المواد الصلبة الذائبة في الماء المُرشَّح / إجمالي المواد الصلبة الذائبة في الماء المُغذِّي)
• مرور الملح = 1 - رفض الملح
• درجة حرارة التغذية (مئوية) = (5/9) × (درجة حرارة التغذية - 32)
• معامل تصحيح درجة الحرارة (TCF) = EXP (2640 × ((1/298) – (1/(273+ درجة حرارة التغذية مئوية))))

شرح معامل تصحيح درجة الحرارة (TCF)

تُعدّ درجة حرارة الماء أحد العوامل الرئيسية في أداء أغشية التناضح العكسي. تُقدّم الشركات المصنّعة للأغشية معاملات تصحيح لدرجة الحرارة لدرجات حرارة تشغيل مُحدّدة، والتي قد تختلف من شركة إلى أخرى، ويمكن حسابها بطرق مُختلفة. نستخدم طريقة ASTM، كما هو مُوضّح أعلاه في حسابات NPF وNSR، مع مُعامل الغشاء 2640 لغرضنا في إيجاد تباينات التناضح العكسي. نستخدم مُعامل الغشاء 2640 لأنّ مُعظم أغشيتنا تتوافق مع هذه القيمة، وتأثير استخدام مُعامل مُحدّد لكل غشاء على الحسابات ضئيل.

فرق الضغط المعياري (NPD)

يُشير مؤشر NPD إلى مدى نظافة فاصل مياه التغذية على الغشاء. يبلغ سمك هذه الفواصل حوالي 0.30 من الألف من البوصة، وهي شديدة الحساسية للانسداد. ومع حدوث الانسداد، تزداد مقاومة التدفق ويرتفع ضغط التصريف.

سيبدأ معدل التدفق الصافي (NPD) بالارتفاع تدريجيًا مع مرور الوقت نتيجةً للتلوث والترسبات. يجب تنظيف أغشية التناضح العكسي عندما يرتفع معدل التدفق الصافي (DPD) بنسبة تتراوح بين 15% و25% فوق القيمة الأساسية. ينبغي مراقبة كل من معدل التدفق الصافي (NPD) ومعدل التدفق الصافي التراكمي (NPF) معًا لتحديد الوقت الأمثل لتنظيف أغشية التناضح العكسي. غالبًا ما ينخفض ​​معدل التدفق الصافي التراكمي (NPF) بينما يبقى معدل التدفق الصافي (NPD) ثابتًا. ويعود ذلك ببساطة إلى أن مشكلات التلوث/الترسبات لم تسد بعد فواصل مياه التغذية. مع مرور الوقت، سيرتفع معدل التدفق الصافي (NPD) بالتزامن مع انخفاض معدل التدفق الصافي التراكمي (NPF). عادةً ما يكون انخفاض معدل التدفق الصافي (NPD) ناتجًا عن خلل في الأجهزة أو أخطاء أثناء جمع البيانات.

إذا أمكن قياس فرق الضغط الصافي (NPD) لكل مرحلة من مراحل نظام التناضح العكسي، فعادةً ما يُمكن تحديد المشاكل بين الترسيب والترسبات الكلسية بناءً على موقع زيادة فرق الضغط. تشير زيادة فرق الضغط الصافي في المرحلة الأولى من نظام التناضح العكسي إلى مشكلة الترسيب، بينما تشير زيادته في المرحلة الثانية إلى مشكلة الترسبات الكلسية.

كيفية حساب فرق الضغط المعياري (NPD)

صيغة حساب فرق الضغط المعياري (NPD) هي:

• NPD = انخفاض الضغط × (متوسط ​​التدفق الأساسي / متوسط ​​التدفق)

أين:

• انخفاض الضغط = ضغط التغذية - ضغط المركز
• متوسط ​​التدفق = (تدفق المُرشَّح + تدفق المُركَّز) / 2