10דברים (ועוד כמה) שחשוב לדעת לפני רכישת מערכת אוסמוזה הפוכה והפעלתה תהליכים ממברנליים בכלל ואוסמוזה הפוכה ( )Reverse Osmosis = ROבפרט ,הינם תהליכים מקובלים ונפוצים לטיפול במים .אולם ,למרות שמתקני ROנחשבים לפשוטים לתכנון ,לייצור וליישום ,בפועל הם מורכבים ורגישים למגוון משתנים תהליכיים .לכן ,הם דורשים תשומת לב תפעולית ותחזוקתית. כמו בתהליכי ייצור אחרים ,גם (ובמיוחד) באוסמוזה הפוכה -כדאי למשתמשים המתעתדים לרכוש מערכת ולהפעילה להכיר מראש ולהגדיר את: ( )1מאפייני וצרכי התהליך, ( )2יכולתם ומוכנותם לתפעול המערכת ולתחזוקתה, ( )3ההשקעה הראשונית מול ההוצאות השוטפות הנדרשות לתפעול ,כפונקציה של יעילות ניצולת מים וחשמל ,משאבי כוח אדם ועלות חומרים ,חלפים ושירות. בבחינת מערכת ROחדשה יש לבחון נושאים והיבטים דומים לאלה שאופייניים לכל מערכת טיפול במים :ספיקת המערכת ,אנליזת מי הגלם ,טיב המים המטופלים הנדרשים, היקף ואיכות רכיבי המערכת ,חומרי מבנה אופטימאליים ,עלות השקעה ,הוצאות שוטפות ,זמינות שירות ,אחריות ועוד. ברצוננו להדגיש 10נושאים חשובים ולעיתים לא מוכרים למשתמשים לראשונה במערכות אוסמוזה הפוכה; נתונים שצריכים להבחן במיוחד בהקשר למערכות אלה .חלקם, ייחודיים למערכות ממברנליות ואחרים ,עם הדגשים ,ייחודיים למערכות .RO אוסמוזה הפוכה משמשת מגוון רחב של תהליכי טיפול במים ומיושמת בטווח רחב של ספיקות .אנו מתמקדים במסמך זה בשימושים תעשייתיים ,בהפקת מי שתייה או מי תהליך ממים מליחים ,ובטווחי ספיקות למערכות של אלפי ליטרים לשעה עד עשרות או מאות אלפי ליטרים לשעה .ככל שספיקות מערכות ROנמוכות או גבוהות מהטווח שצוין, יש חשיבות פחותה או רבה יותר להיבטים שיוזכרו .למרות זאת ,חשוב לדעת כי בכל טווחי הספיקות ,אוסמוזה הפוכה היא תהליך בו העלויות וצרכי התפעול והתחזוקה מושפעים משמעותית ממשתנים רבים .ניתן בהחלט להשפיע על כך ע"י תכנון נכון. איכות מי גלם ואיכות מי מוצר איכות מי המוצר -הדרושה מכתיבה את מבנה מערכת ה ( RO -מי מוצר = המים המטופלים = .)Permeateלכן ,הגדרת האיכות חייבת להיות ברורה ומדויקת .כך לדוגמא ,אם יוגדר כי נדרשים מים מטופלים בעלי מוליכות של 10מיקרוסימנס/ס"מ (יחידת מדידת מוליכות חשמלית = (microSiemens/cmאו פחות מכך ,תתחייב במרבית המקרים מערכת אוסמוזה הפוכה דו שלבית ( .)Double Pass ROאו ,במקרה אחר ,לקבלת מי מוצר במוליכות 50מיקרוסימנס/ס"מ ,ניתן יהיה להשתמש בשלב אחד של ממברנות אוסמוזה הפוכה העובדות בלחץ נמוך. איכות מי הגלם -היא פרט מהותי בתכנון מערכת .ROמומלץ להכין אנליזת מי גלם מלאה ומייצגת .במקרים רבים איכות מי הרשת משתנה עונתית או במהלך שעות היום. לרוב ,הסיבה לכך היא שינוי משטר אספקת מים ממגוון מקורות כמו בארות ,המוביל הארצי ומתקני התפלה .משטר אספקת המים נקבע ע"י ספק המים המקומי או האזורי. שינויים אלה משפיעים מהותית על איכות המוצר בתהליך אוסמוזה הפוכה .לעיתים ניתן להגיע לביצועים מיטביים של מערכת ה RO -ע"י בקרה רציפה של משתניה ,ולעתים יהיה צורך בכוונון המערכת מחדש (כאשר השינויים עונתיים או לא תדירים). שטף ממברנלי ()Flux ה Flux -מתאר את ספיקת זרם מי המוצר ביחס לשטח הממברנלי ,הוא מבוטא כליטר לשעה למ"ר שטח ממברנלי (.(LMH - l/h/m2 השטף של מערכת אוסמוזה הפוכה נגזר מספיקת ההזנה ,ממספר האלמנטים הממברנליים במערכת ומשטח הפנים של כל אלמנט (שטח ממברנלי) .יש להתאים את השטף הממברנלי למקור מי ההזנה ולטיפול הקדם (יתואר בהמשך). לדוגמא :למערכת ROשמיועדת לטפל במי גלם שמקורם במי בארות אופייניים בישראל ,ה Flux -האופייני יהיה ( LMH 22 - 29בהתאם לאנליזת מי גלם ולשמרנות התכנון). למערכת שמוזנת במים רכים (מעמודת חילוף יונים) ,ה Flux -יהיה .LMH 29 - 34 שטף ממברנלי "שמרני" ,שמשמעותו יותר ממברנות (ויותר השקעה ראשונית בעלות המתקן) ,מאפשר את הקטנת לחץ ההזנה לממברנות (ולכן חסכון באנרגיה) ,אשר יביא להקטנת פוטנציאל הזדהמות אורגנית ו/או מיקרוביאלית ,וינמיך את הסיכון של שקיעת מלחים. כתוצאה מכך -יווצרו פחות סתימות ויהיה פחות צורך בתחזוקה. יחס השבה ()Recovery בתהליך אוסמוזה הפוכה יש 3זרמים :מי הזנה ,מים מטופלים ורכז .יחס ההשבה הוא היחס שבין ספיקת המים המטופלים לספיקת ההזנה .הרכז הוא הזרם העשיר במלחים שנשטף לביוב. מערכת ROיעילה וחסכונית מאופיינת ביחס השבה גבוה .85 - 88% ,מגבלות יחס ההשבה הן רווית יתר של אחד או כמה מהמלחים המומסים ברכז .מערכות אוסמוזה הפוכה תעשייתיות הפועלות באחוז השבה נמוך מ 85% -נחשבות בזבזניות במים ובאנרגיה .מערכות קטנות (שמייצרות מאות ליטרים לשעה מים מטופלים) פועלות בדרך כלל באחוז השבה של כ 75% -בלבד. חשוב לבחון את ביצועי מערכת ה RO -לפי יחס ההשבה המתוכנן אך גם לפי קביעותו לאורך זמן. צריכת אנרגיה תהליך האוסמוזה ההפוכה מבוסס על הזרמת מים בלחץ גבוה (דרך ממברנות) .עלות החשמל ,הנדרש להפעלת משאבות הלחץ ,היא אחת מההוצאות השוטפות המשמעותיות בתהליך .משתנים רבים משפיעים על צריכת האנרגיה במתקן ROובהם איכות מי הגלם ,טמפרטורת מי ההזנה ,הזדהמות הממברנות (וכתוצאה מכך ,סתימתן) ,דגם הממברנות ועוד .הקפדה על שטף ממברנלי שמרני ,יחס השבה כלכלי ובחירת ממברנות מתאימות ,יתרמו לחיסכון באנרגיה. מומלץ לשקול הכללת אמצעים לוויסות ובקרה אוטומטים של תדר המנוע במשאבת הלחץ הגבוה -לצורך חיסכון מרבי. כל הזכויות שמורות לטרייטל הנדסה כימית בע"מ ממברנות אוסמוזה הפוכה במערכות ROבגודל בינוני "ומעלה" ,ממברנות האוסמוזה ההפוכה הן המרכיב היקר ביותר במחיר המתקן ו/או מהמרכיבים העיקריים בהשפעתם על עלות תפעולו .קיימים דגמים רבים של ממברנות אוסמוזה הפוכה .יש תאימות מסוימת בין דגמים שונים של יצרנים שונים .יש לבחור את דגם הממברנה המתאים ביותר למקור ולאיכות מי ההזנה ,לאיכות מי המוצר הדרושה ,לספיקת מי המוצר המתוכננת ,לפוטנציאל ההזדהמות ,לפשטות תהליכי הניקוי ועוד .קיימים פיתוחים חדשניים של ממברנות המאופיינות בדחיית מלחים גבוהה (כ )99% -תוך צריכת אנרגיה נמוכה .כדאי לשקול השקעה בממברנות בעלות ביצועים עדיפים (ומחיר גבוה יותר) על פני ממברנות סטנדרטיות. אורך חיים ואחריות :ממברנות ROמיועדות לפעול ביעילות גבוהה במשך כ 3 -שנים ויותר במידה וקיימת הקפדה על טיפול קדם מתאים ויעיל ,ועל תחזוקתו השוטפת. טיפול קדם מי גלם לא מטופלים ,אפילו אם אלה מי שתייה תקינים ,אינם מתאימים בדרך כלל להזנת ממברנות אוסמוזה הפוכה .מי הגלם עלולים להכיל ריכוזים ,אפילו נמוכים ,של זיהומים מרחפים ומומסים ,חומרים אורגנים ,זיהומים בקטריאליים ,חומרים מחמצנים ועוד ,שגורמים לסתימה ולנזקים נוספים בממברנות .ROיש לטפל במזהמים אלה. בנוסף ,יש להביא בחשבון שריכוז המלחים בזרם הרכז ,עלול לגרום לשקיעתם בהיעדר טיפול מונע מתאים. טיפולי הקדם יכללו חלק מן המרכיבים הבאים או את רובם ,בהתאם לגודל המתקן ועלותו ובהתאם לאיכות מי הגלם: סינון סינון מתאים מיועד לשפר מהותית את פוטנציאל היסתמות הממברנות ,תוך הקטנת ערכי )Silt Density Index( SDIלמינימום .תהליכי הסינון הנפוצים ליישום זה כוללים: סינון רשת קווי, סינון חול תוך כדי מינון פלוקולנט או קואגולנט מתאים, סינון ממברנלי מקדים של מי ההזנה באמצעות תהליך אולטרפילטרציה (,)UltraFiltration - UF סינון מיקרוני סופי (בדרך כלל 5מיקרון).חיטוי חיטוי מקדים בכלור או בכימיקל מחמצן אחר וסילוקם לפני הממברנות (כמתואר בנפרד להלן), חיטוי משלים באמצעות קרינת ,UV מינון משלים של ביוציד בלתי מחמצן שאינו מזיק לממברנות אוסמוזה הפוכה( .לא ישים למתקנים המפיקים מי שתייה או מים לתעשיית המזון והתרופות).טיפול בפוטנציאל שיקוע מלחים על גבי הממברנות מינון אנטיסקלנט -כימיקל המונע שקוע מלחים .סוג והרכב האנטיסקלנט ייקבע באמצעות תוכנה ייעודית המביאה בחשבון את הרכב מי הגלם ואת נתוני המתקן, ריכוך מי ההזנה -בדרך כלל במתקנים קטנים או המיועדים לצרכים רפואיים, הקטנת אלקליות מי ההזנה באמצעות מינון חומצה או באמצעות מערכת דיאלקליזציה.סילוק מחמצנים חומרים מחמצנים (כגון כלור) הם מגורמי הנזק המשמעותיים ביותר לממברנות .ROמחמצנים יימצאו במי ההזנה ,אם כשארית מתהליך החיטוי בטיפול הקדם (כפי שתואר קודם) ,או כמרכיב שאריתי במי הגלם (הנובע מחיטוי קודם או מהרכב המים במקור) .סילוק מחמצנים מתבצע באמצעות מינון מבוקר )ORP( Redoxשל מלח ביסולפיט (כימיקל סותר כלור) ,או באמצעות סינון פחם פעיל ,תוך שימוש בפחם מתאים לספיחת מחמצנים ממים ויישום זמן מגע שבין 4ל 8 -דקות. תאימות בין תוספי טיפול הקדם כאמור ,מגוון רחב של כימיקלים לטיפול במים כגון פוליפוספטים ,פוספונטים ,אקרילטים ,ביוצידים ועוד ,מוזנים למערכות אוסמוזה הפוכה כדי להגן על הממברנות מנזקים שונים. יש להקפיד בבחירת כימיקלים אלה בכדי למנוע אינטרקציה ביניהם והיווצרות משקעים לא רצויים .לדוגמא ,שיקוע תרכובת של אנטיסקלנט פולימרי אניוני ושל פולימר קטיוני שמקורו בשארית פלוקולנט ,קואגונלט או ,בתנאים מסוימים ,בביוציד. תחזוקה שוטפת כפי שצוין קודם לכן ,הפעלת מערכת ROדורשת פעולות תחזוקה לא מעטות שמתחלקות לשתי קבוצות :האחת -פעולות תחזוקה קלאסיות והשנייה -איסוף ,תיעוד וניתוח נתונים .היות ותהליך האוסמוזה ההפוכה רגיש למשתנים רבים ,הקבוצה השנייה הינה משמעותית בהשוואה לתהליכי טיפול במים אחרים. פעולות תחזוקה שוטפות (אופייניות): שטיפות מסנני החול ,בתדירות ובספיקות הדרושות, שטיפות מסנני פחם פעיל וחיטויים בתדירויות ובספיקות הדרושות .החלפת המצע לפני שאיבד את יעילותו (מהותי), השלמת נפח כימיקלים המוזנים למערכת תוך הקפדה על טריות התוספים (מהותי), החלפת סננים מיקרונים כנדרש, ביצוע תהליכי ניקוי וחיטוי במסננים המיקרונים ובממברנות, החלפת ממברנות ROשהתיישנו או שנפגע, -תחזוקת ציוד רגילה. כל הזכויות שמורות לטרייטל הנדסה כימית בע"מ איסוף ,תיעוד וניתוח נתונים: איסוף נתונים קבוע ורציף הוא קריטי לניתוח ביצועי מערכת ממברנלית .ללא איסוף נתונים קבוע ,לא ניתן לגלות במועד הזדהמות ממברנלית ,היווצרות משקעים ,או פגיעה אחרת בממברנות .כאשר הנתונים נאספים ,יש להשוותם לנתוני התפעול הראשוני באמצעות תוכנת נורמליזציה אותה ניתן לקבל מספק הממברנות .סטייה של כ 15% -מערכי התכנון המנורמלים הינה התראה על הצורך בפעילות תחזוקה מתקנת .הבדיקות והנתונים העיקריים שיש לתעד ולנתח הינם: - SDIכאמור ,ה SDI -הינו מדד לריכוז המזהמים המרחפים במי ההזנה למתקן .יש למדוד את ערכי ה SDI -באופן שוטף וקבוע לצורך בחינת יעילות תהליך הסינון בטיפול הקדם .ערך SDI רצוי במי ההזנה לממברנות הינו בדרך כלל נמוך מ .3.0 -המדידה מתבצעת ידנית למרות שישנן מערכות אוטומטיות למדידת ,SDIאולם הן יקרות ביותר ומתאימות למתקני ROגדולים. מפלי לחץ -ההפרש בין לחץ ההזנה לממברנה הראשונה ובין לחץ הרכז ביציאה מהממברנה האחרונה הוא מפל הלחץ הדוחף את המים דרך כלל השטח הממברנלי. יש לבדוק את מפל הלחץ בכל אחת מדרגות המערכת ובספיקה קבועה .עליה במפל לחץ ,כולל ו/או דרגתי ,מעידה בדרך כלל על הזדהמות הממברנות .ניתוח מדוקדק של מפלי הלחץ מאפשר להבחין במקור הזיהום ובדרך הטיפול המומלצת בו. ספיקת מוצר -ספיקת מוצר של מערכות אוסמוזה הפוכה מושפעת מלחץ ההזנה ,מטמפרטורת ההזנה ,מוויסות יחס ההשבה ועוד .חשוב ביותר לתעד את ספיקת המוצר ע"י שימוש בתוכנת נורמליזציה -להבנת התוצאות ולניתוחן .ירידה בספיקת המוצר המנורמלת מעידה על תהליך הזדהמות המתרחש במערכת .עליה בספיקת המוצר המנורמלת מעידה על כך שהזיהום הוסר או מנגד ,על פגיעת חמצון בממברנות. לחץ ההזנה -לחץ ההזנה לממברנות מושפע מספיקת ההזנה ,מטמפרטורת ההזנה ,מאחוז ההשבה ,מהזדהמות הממברנות ועוד .גם ערך זה יתועד ויחושב בתוכנת נורמליזציה להבנת התוצאות ולניתוחן. דחיית מלחים -מאחר ומערכות ROמיועדות לסילוק (או ריכוז) מלחים מומסים ,מדידת דחיית המלחים היא מדד ישיר לבחינת הטיפול .דחיית המלחים היא אחוז המלחים המומסים במי ההזנה שנדחו ממי המוצר .הדרך הפשוטה ביותר למדידת דחיית המלחים היא מדידת מוליכות חשמלית של מי ההזנה ושל מי המוצר .יש למדוד מוליכות מוצר כללית ולתעדה. כמו כן ,יש למדוד מוליכות בכל צינור לחץ ולתעדה. אוטומציה דרגת האוטומציה והיקף המכשור המותקן משפיעים מהותית על היקף ההשקעה במערכת אוסמוזה הפוכה .מנגד ,להשקעה באוטומציה בכלל ובמדידה ,הצגה ואיסוף נתונים רציף בפרט ,יש ערך רב בשמירה לאורך זמן על ביצועים אופטימאליים של מערכת אוסמוזה הפוכה וכן בצמצום הצורך בתחזוקתה השוטפת. ברמה הבסיסית ביותר ,מתקן ROמבוקר אוטומטית בלחצי ההזנה .שאר הפרמטרים הם אינדיקטיביים בלבד .רמה מתקדמת יותר מאפשרת בנוסף ,בקרת ספיקות ,בקרת הפרשי לחץ ובקרת משתני טיפול הקדם כגון ריכוז מחמצנים ,יעילות סילוקם ,מוליכות הזנה ומוליכות מוצר ,pHשל מי הזנה ומוצר ועוד. מתקן בסטנדרט תעשייתי ו/או מתקן גדול ,יכלול רישום אוטומטי ורציף של מידע על כל משתני המערכת ובהם לחצים ומפלי לחצים בהזנה ובסביבת תהליך ה ,RO -ספיקות הזנה ,רכז ומוצר ,הגבה ופוטנציאל חמצון -חיזור בהזנה ,מוליכות הזנה ומוליכות מוצר .בנוסף ,בקרת מינון ומפלסי כימיקלים ומים במיכלי אגירה ועוד .כל אלה ,תוך בקרה לתדר מנוע משאבת הלחץ הגבוה וליחס ההשבה .משתני המערכת יוצגו ויאספו במסך HMIמתאים. שטח דרוש וספיקת המתקן השטח המיועד למתקן אוסמוזה הפוכה יכיל את מרכיבי טיפול הקדם ,מסד הממברנות ,מיכלי אגירת כימיקלים ,מיכל אגירת מי מוצר ,מיכל ניקוי ושטיפת ממברנות ,לוח החשמל והפיקוד ועוד .בתכנון השטח יש להתחשב בצרכי התחזוקה של היחידות הנ"ל ,לאפשר גישה נוחה אליהן ולאפשר הטענת ממברנות ופריקתן בעת הצורך. בהקשר לשטח המתקן ,כדאי לחזור ולבחון את הגדרת ספיקת המתקן הדרוש .ההשקעה במתקן ROחדש הינה ,כצפוי ,פרופורציונאלית לספיקתו השעתית המרבית .מנגד ,לעיתים רבות ,נדרשת אותה ספיקה שעתית מכסימלית רק במשך שעות מעטות על פני היממה .בנוסף ,תהליך אוסמוזה הפוכה אינו מתאים להתחלות/הפסקות פעולה תדירות. ברוב המקרים ,כדאי לרכוש מתקן ROבעל ספיקת מים מטופלים נמוכה מהספיקה המרבית הדרושה ,ובמקביל להקים מערכת מתאימה לאגירה ולמשלוח של מים מטופלים. בקרה נכונה של מערכת זו תיצור סינכרוניזציה אופטימאלית בין ניצול מרבי של מערכת ה RO -ובין צריכה בפועל של מים מטופלים .לעיתים ,כשמדובר במערכות גדולות ,יש לשקול גם מיכל אגירת מי גלם כדי לאפשר אי תלות בזמינותם השוטפת. לסיכום :מתקן אוסמוזה הפוכה מבוסס על תהליך פשוט אך גם רגיש למשתני התהליך ולרמת תחזוקת המתקן .לעיתים רבות ,יש הבדלים משמעותיים בין הצעות טכניות ומסחריות עבור מתקן ROבעל ספיקות ואיכויות מים זהות לכאורה .כמו כן ,משתמשים תעשייתיים המפעילים לראשונה מערכות אוסמוזה הפוכה ,מוצאים לעיתים שהמתקן שרכשו אינו מתאים לחלוטין לצרכיהם ,למוכנותם לבצע תחזוקה או לתקציב השוטף שתוכנן להפעלתו .הנ"ל נכון אפילו למערכות ROקטנות ביותר .מומלץ למשתמש הבוחן לראשונה רכישת מערכת אוסמוזה הפוכה ,להכיר את הנושאים החשובים שתוארו כאן ולבחון את היקף המערכת המוצעת לו בצורה יסודית. * מערכות ה RO -המוצגות ,לייצור מים נטולי מלחים בספיקה 3 - 6מק"ש ,הן מתוצרת טרייטל הנדסה כימית בע"מ. * מסמך זה נכתב על ידי טרייטל הנדסה כימית בע"מ .כל הזכויות שמורות. * למידע נוסף בנושא אנא פנה/י ל[email protected] : כל הזכויות שמורות לטרייטל הנדסה כימית בע"מ
© Copyright 2024