خطای فشار برگشتی و تشخیص تولید آب در عملیات اسمز معکوس

من. غشای اسمز معکوس ساختار و مکانیسم تشکیل فشار برگشتی
عناصر غشایی اسمز معکوس معمولی از یک ساختار ترکیبی سه لایه استفاده می‌کنند: لایه زیرین یک لایه پشتیبان نبافته با ضخامت حدود ۱۰۰ میکرومتر، لایه میانی یک لایه کاربردی پلی‌آمید (لایه PA) با ضخامت ۴۵ میکرومتر و لایه بالایی با یک لایه محافظ پلی‌سولفون ۰.۲ میکرومتر پوشانده شده است. لایه PA از طریق فرآیند پلیمریزاسیون سطحی، یک ساختار شبکه‌ای متراکم با اتصالات عرضی تشکیل می‌دهد که لایه اصلی برای تحقق عملکرد نمک‌زدایی است. در شرایط کاری عادی، فشار ورودی باید در محدوده ۱.۰ تا ۱.۵ مگاپاسکال (بسته به کیفیت آب) حفظ شود و جریان آب باید از سطح فیلم به لوله تولید نفوذ کند.
وقتی سیستم خاموش می‌شود یا لوله تولید آب مسدود می‌شود، اگر فشار برگشتی (فشار سمت تولید آب) از فشار ورودی 0.05 مگاپاسکال بیشتر شود، اسمز معکوس ایجاد می‌شود.
داده‌های تجربی نشان می‌دهند که وقتی فشار برگشتی به 0.1 مگاپاسکال می‌رسد، استحکام پیوند بین لایه PA و لایه پشتیبان 40 درصد کاهش می‌یابد و در نتیجه خطر جدا شدن لایه‌های بینابینی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این پدیده به ویژه در انتهای سیستم مشهود است - تجمع فشار اسمزی روی عنصر غشایی انتهایی می‌تواند تا 2-3 برابر عنصر جلویی باشد، به طوری که تقریباً 78 درصد از آسیب فشار برگشتی ابتدا در عنصر غشایی انتهایی آخرین بخش رخ می‌دهد.

دوم. ویژگی‌های آسیب فشار برگشتی و روش‌های تشخیص
وقتی آسیب ناشی از فشار برگشتی رخ می‌دهد، سیستم ویژگی‌های معمول زیر را نشان می‌دهد:
کاهش غیرعادی در نرخ نمک‌زدایی: نرخ نمک‌زدایی المان‌های غشایی آسیب‌دیده می‌تواند از ۹۹.۵٪ به زیر ۹۵٪ کاهش یابد.
افزایش ناگهانی تولید آب: به دلیل آسیب به ساختار غشا، تولید آب یک غشا ممکن است 30 تا 50 درصد افزایش یابد.
نوسان اختلاف فشار: اختلاف فشار بین بخش‌ها بیش از 0.02 مگاپاسکال در ساعت نوسان دارد
بازرسی در محل به دو صورت انجام می‌شود:
روش جداسازی قطعه‌ای: لوله تولید را بخش به بخش جدا کنید، تغییر در نرخ نمک‌زدایی را زیر نظر بگیرید و بخش آسیب‌دیده را قفل کنید (محدوده خطا ±۵٪).
روش پروب رسانا: از جریان مستقیم ۵۰۰ ولت برای تشخیص مقدار رسانایی عنصر غشایی استفاده می‌شود و مقدار رسانایی نقطه آسیب‌دیده به ۳-۵ برابر مقدار طبیعی افزایش می‌یابد.
وقتی عنصر غشایی آسیب‌دیده تشریح شد، آسیب فیزیکی آشکاری مشاهده شد: چین‌های موازی (با فاصله حدود ۲-۳ میلی‌متر) در قسمت بیرونی لوله تولید ظاهر شدند، لایه PA پوسته پوسته شدن "پولک ماهی" را نشان داد (ناحیه پوسته شدن > ۳۰٪ به عنوان آسیب فشار برگشتی در نظر گرفته شد) و ترک‌های شعاعی در لایه نگهدارنده ظاهر شدند.

III. پیشگیری و درمان آسیب فشاری
طبق گزارش انجمن فناوری غشای آمریکا (AMTA)، 80 درصد از آسیب‌های ناشی از فشار برگشتی به دلیل نقص در طراحی سیستم است که عمدتاً در موارد زیر منعکس می‌شود:
قطر ناکافی لوله تولید (دبی توصیه شده کمتر از ۱ متر بر ثانیه)، انتخاب شیر یکطرفه اشتباه (افت فشار توصیه شده کمتر از ۰.۰۳ مگاپاسکال) و عدم وجود رویه‌های محافظت در برابر خاموش شدن (باید به دستگاه‌های کاهش فشار خودکار مجهز باشد).
امکان تعمیر کامل المان‌های غشایی آسیب‌دیده وجود ندارد. با این حال، با تقویت فرآیند اتصال لبه (20٪ اپوکسی بیشتر)، المان جدید فیلم ضد فشار برگشتی می‌تواند ظرفیت فشار ضد فشار برگشتی را به 0.15 مگاپاسکال افزایش دهد، که با افزایش هزینه مربوطه حدود 15٪ همراه است.
با بهینه‌سازی طراحی سیستم و تقویت نظارت بر عملیات، میزان شکست فشار برگشتی معکوس کاهش می‌یابد. سیستم اسمز می‌تواند از ۱۲٪ به کمتر از ۳٪ در سال کاهش یابد و عمر مفید عنصر غشایی را به طور قابل توجهی به بیش از ۵ سال افزایش دهد. این امر مستلزم ایجاد یک سیستم حفاظتی کامل در پیش‌تصفیه کیفیت آب، کنترل فشار، تعمیر و نگهداری سیستم و سایر پیوندها برای اطمینان از عملکرد مداوم و کارآمد فناوری اسمز معکوس است.