الثلاثاء، 7 أبريل، 2009

التناضح العكسي Reverse Osmosis
فى السنوات القليلة الماضية أمكن الوصول الى طريقة لمعالجة المياه المالحة بإستخدام نظرية التناضح العكسى (R.O) وأمكن بها الحصول على مياه على درجة عالية من النقاوة بالنسبة لمواصفات مياه الشرب .· مميزات تحلية المياه بواسطة التناضح العكسى1- قلة استهلاك الطاقة2- قلة تكاليف التشغيل والصيانة3- سرعة تركيب المحطة وسهولة تشغيلها4- لاتشغل المحة حيز مساحى كبير5- امكانية عمل توسعات للمحطة فى اى وقت6- تستخدم فى تحلية المياه المالحة حتى تركيز 60000 جزء فى المليونأى ان هذه الطريقة تستخدم فى تحلية مياه الأبار المالحة (Brackish Water) ومياه البحار (See Water)· خصائص مياه البحر الكيميائية :-تعتبر مياه البحر محلولاً ملحياً موصلاً جيداً للكهرباء وتتحدد الخواص الطبيعية والكيميائية لهذه المياه طبقا لمحتوياتها من الاملاح المختلفة .هناك سبع أيونات مختلفة موجودة فى مياه البحر بنسبة 99.5% من المواد الذائبة الكلية فى هذه المياه وهذه الأيونات هى :الصوديوم (Na+) البوتاسيوم (K+)
المغنسيوم (Mg++) الكالسيوم (Ca++)الكلوريدات (Cl-) الكبريتات (So4) الكربونات (Co3--)
قبل الشروع في تفسير عملية التناضح العكسي و التي يتم بها تحلية المياه , يلزم أولا تقديم هذا الشرح البسيط لظاهرة التناضح مؤيدة ببعض الرسوم التوضيحية.التناضح هو قوة فيزيائية و نزعة طبيعية للمياه مع تركيز عالي لذرات ذائبة معينة حيث تتحرك خلال غشاء نصف نافذ Semi-permeable إلى منطقة مياه ذات تركيز منخفض بالذرات الذائبة .سوف تعمل المياه على إيجاد توازن على جهتي الغشاء أي بمعنى آخر أن المياه على طرفي الغشاء سوف تصبح ذات تركيز واحد للذرات الذائبة.عملية التناضح العكسي تستلزم دفع المياه و بضغط مرتفع يسمح لها بتخطي الغشاء باتجاه عكسي لما هو حاصل في الحياة الطبيعية يؤدي إلى نفاذ المياه النقية عبر الغشاء و تحصر بذلك الذرات المالحة في منطقة ملوحة عالية.التحلية هي عملية فصل تستعمل لخفض نسبة الأملاح الذائبة في المياه المالحة إلى مستوى تصبح معه هذه المياه قابلة للاستعمال و الشرب.شرح لنظرية التناضح العكسى (R.O)تعتمد هذه الطريقة أساسا على إمرار المياه المراد معالجتها خلال غشاء شبه نفاذ حيث يتم الحصول على تيار من المياه النقية وتيار من المياه الملحة المركزة نتيجة لفصل الأملاح من المياه التى تمت تنقيتها .ومن خصائص الغشاء انه يسمح بمرور الماء العذب بسهولة ولكن الماء المالح لاينفذ الا بصعوبة .وتعتمد طريقة التناضح العكسى على نظرية الضغط الأسموزىشرح نظرية الضغط الأسموزى :عندما يفصل بين محلول ملحى ومياه نقية (عذبة) بغشاء شبه نفاذ فإن المياه النقية تنفذ من خلال الغشاء وتعمل على تخفيف المحلول حتى يصل تركيز المحلول لدرجة معينة تسمى بالتعادل الأسموزى ويعرف الضغط الذى يؤدى الى نفاذ المياه النقية خلال الغشاء شبه النفاذ لتخفيف المحلول الملحى وحتى الوصول الى التعادل الأسموزى بأنه الضغط الأسموزى .وعندما يرفع ضغط المحلول الملحى الى درجة كبيرة أكبر من الضغط الاسموزى فإنه يمكن عكس سريان المياه خلال الغشاء شبه النفاذ أى ان المياه النقية المحتواه بالمحلول الملحى ستنفذ خلال الغشاء الى ناحية الماء العذب فى اتجاه معاكس لإتجاه الضغط الأسموزى .وتكون الأغشية شبه المنفذه على شكل غشاء رقيق أو ألياف دقيقه مفرغة القلب وهى ذات نفاذية عالية للمياه العذبة وتتحمل ضغوط عمليات التناضح العكسى والتى قد تصل لماء البحر حوالى 60 ضغط جوى وذلك للتغلب على الضغط الأسموزى لمياه البحر وهو 25 ضغط جوى .وينتج من طريقة التناضح العكسى مياه على درجة عالية من النقاوة حسب مواصفات مياه الشربفي المناطق الجغرافية التي تفتقر إلى المصادر الطبيعية للمياه النقية و الصالحة للشرب مثل الأنهار , الينابيع و السيول, تعتمد المجتمعات الموجودة على أنظمة تحلية المياه لأنها مصدر موثوق لا ينضب للمياه و لا سيما مع بداية العام 1950 ميلادية الذي شهد انطلاقة أنظمة التحلية بأسعار اقتصادية و تقنيات مبسطة تعمل في شتى الظروف البيئية.و تم تحديد الأملاح الذائبة في المياه المحلاة بنسبة 500 جزء بالمليون لتكون النسبة المسموح بها دوليا للمياه لجميع الاستعمالات المنزلية, الصناعية و الزراعية.تعتمد تقنية التناضح العكسي على أربعة مراحل أساسية من المعالجات هي:مرحلة ما قبل المعالجةيتم معالجة دفق مياه التغذية لتصبح منسجمة مع شروط عمل الأغشية و لتكون خالية من العوالق الصلبة عبر الفلترة الرملية Multimedia Filter و وحدات خراطيش ميكرونية Cartridge Filters, ضبط الرقم الهيدروجيني Ph Adjustment , إضافة مواد كيميائية Chemicals Dosing لكبح أية تكلسات لاحقة من مواد مختلفة مثل كالسيوم سولفايت.الضغط يتم في هذه المرحلة رفع ضغط الدفق المعالج أوليا إلى مستوى ضغط يناسب الاغشية و حسب نسبة الأملاح في المياه الخام.الفصل بواسطة الأغشيةفي هذه المرحلة تسمح الأغشية القابلة للنفاذ للمياه العذبة فقط من العبور أما الأملاح الذائبة فلا تتمكن من ذلك و يتم تحويلها إلى خط الصرف ذات التركيز الملحي العالي, علما أن نسبة مئوية قليلة جدا تبقى في دفق المياه العذبة و هذا يعود لعدم كمال الأغشية التي تسمح بعبور هذه النسب القليلة.
تأتي الأغشية في عدة أنواع و أهمها الأغشية الحلزونية Spiral Wound و أغشية الأنسجة ذات التجويفات الدقيقة Hollow Fine Fiber .جميع هذه الأغشية تصنع من مادة Cellulose Acetate , Aromatic Polyamids أو كما هو الحال في هذه الأيام من مركبات Film Polymer.إن نوعي الأغشية الوارد اسميهما سابقا يستعملان في المياه ذات الملوحة المنخفضة Brackish او الملوحة العالية Seawater كمياه البحار مع الأخذ باعتبارات نسب الملوحة و الضغوط اللازمة و هذا متوفر بالتفصيل لدى المصنعين العالميين.كما تعمل هذه الأغشية على إزالة أكثر من 75 بالمائة من الأملاح إضافة إلى معظم أنواع العضويات ,الحميات Virus , الجراثيم و غيرها من الملوثات الكيميائية.تتراوح قياس مسامات الأنواع المختلفة من الأغشية بين اقل من 10 انغستروم الى 100 ميكرون.مرحلة التثبيت أو ما بعد المعالجةالمياه العذبة والمنتجة من الأغشية يلزمها ضبط للرقم الهيدروجيني للمياه PH Adjustment و يتم هذا عبر رفعها من حوالي 5 إلى 7.5 .كما يتم تزويده أيضا بنسبة معينة من الكلور لتحصينها إثناء التخزين و الضخ إلى الشبكة من أية يكتيريات قد تدخل إليها.رسم توضيحي للمراحل الأساسية التي تمر بها المياه الخام خلال عملية المعالجة بالتناضح العكسيتتوفر وحدات التناضح العكسي بقياسات مختلفة, فمنها الصغير جدا للاستعمال المنزلي و التي يتراوح طاقة إنتاجها بين 100 و 300 ليترا يوميا وصولا إلى الاستعمالات الضخمة لتغذية المصانع و القرى و المدن حيث تصل طاقة الإنتاج في بعضها إلى أكثر من مائة ألف متر مكعب يوميا.وحدة معالجة لزوم مصانع أو فنادقمشهد من وحدة معالجة لزوم استعمال بلدة أو مدينةاستعمالات مياه التحليةتستعمل مياه التحلية لعدة غايات حياتية نوجزها بالتالي:مياه الشرب: حيث يتم الاعتماد شبه الكلي عليها في البلاد التي تفتقر إلى مصادر طبيعية أو التي تعاني من نسب تلوث عالية في مياه مصادرها الطبيعية, كما تعتمد على هذه المنظومات المجمعات السياحية و الفنادق و عدد كبير عالميا من شركات تعبئة مياه الشرب. الصناعات: حيث تتطلب بعض الصناعات مياه صافية و نقية Pure Water مثل صناعة المكونات الالكترونية,الأطعمة و المواد الغذائية, الأدوية و المستحضرات الطبية و غيرها.الزراعة:في إطار التطور في المجال الزراعي يتم الاعتماد على أنظمة التناضح العكسي لتوفير مياه خالية من الملوثات و التي تسهم في التحكم بالأوبئة الزراعية حيث أفيد عن ارتفاع كمية إنتاج الخيار لدى احد المزارعين في الولايات المتحدة من 4000 دزينة يوميا إلى 7000 دزينة.التناضح العكسي أسئلة و أجوبةFrequently Asked Questions Reverse Osmosisهنالك العديد من الأسئلة البسيطة التي يتم طرحها باستمرار و لكنها غاية في الأهمية و الإجابة عليها تشكل مدخلا هاما لمعرفة هذا النوع من التحلية و المستخدمة على نطاق واسع في عالمنا العربي.قياسات مختلفة من أغشية تناضح 2 , 4 و 8 أنشهل يلزم معالجة أولية قبل التحلية بالتناضح العكسي؟يوجد عدة أنواع للمعالجة المبدئية و التي تسبق تحلية المياه بالتناضح العكسي و اختيار ها يعتمد في الأساس على الإمكانيات, الخبرة و القدرات الفنية لطاقم العمل حيث يمكن التأكيد انه كلما ازدادت جدارة تطبيقات الصيانة الوقائية يمكن الحصول على معالجة مبدئية كيميائية سليمة, فيما عمليات الفلترة الرملية أو إزالة العسرة تتطلب قدر اقل من الصيانة اليومية.مياه التغذية يجب أن تحتوي على قدر قليل من الشوائب الصلبةSolids و الطمي Silt و ذلك حفاظا عل الاغشية من الانسداد و هذا يمكن إنجازه بإزالة هذه الشوائب أو تعليقهم و التقاطهم خلال مرورهم بأحد مراحل المعالجة الأولية مثل التنقية الرملية أو بخراطيش الترسيب Sediment Cartridge مما يحمي الاغشية و يساهم في حسن أدائها لفترة زمنية طويلة.فلتر رمل من القياس الصغير \ تشكيلة من وحدات الفلترة و التصفيةعندما تمر المياه خلال أغشية التناضح العكسي,ترتفع نسبة الايونات في مكونات الدفق المنبوذ Reject Flow و هذا يؤدي حتما إلى ارتفاع نسبة الأملاح الذائبة TDS و لا سيما الكالسيوم و المغنيزيوم و ترسيب جزء منها داخل الاغشية, و على الرغم من إمكانية إزالة الكالسيوم و المغنيزيوم او بإضافة مادة كيميائية لابقائهما مسيلين إلا أن الكثير من خبراء معالجة المياه ينصح بضرورة استعمال وحدة إزالة عسرة Softener في خط المياه قبل دخولها الاغشية و استبدال ايوناتها بايونات صوديوم.أيضا الكلور يلزم إزالته كليا عند استعمال أغشية Thin Film او تخفيض نسبته مع أغشية CTA , و يتم ذلك باستعمال وحدة فلترة كربون و هذا ما يشجع عليه خبراء معالجة المياه, أما ضخ مادة صوديوم ميتابايسولفايت فهي فعالة و لكنها تساهم في نمو البكتيريا التي تسد الاغشية أيضا و تقلل من أدائها.هل يلزم ضبط الرقم الهيدروجيني PH قبل وصول المياه إلى الاغشية ؟المحطات الكبيرة مجهزة بشكل إلزامي بلوازم تعديل PH ما بين 5.5 و 6.5 و هذا يساعد في نظافة الاغشية و منع انسدادهاما هو المطلوب لتركيب و استعمال منظومة تناضح عكسي ؟منظومة التناضح العكسي سهلة و بسيطة و تتألف من مجموعة أنابيب تتحمل ضغوط عالية و تحتوي في داخلها على أغشية التناضح العكسي و التي تقوم بعملية فصل ايونات المياه نتيجة ضغط المياه بواسطة مضخة.ينتج عن العملية تدفقين للمياه , الأول و هو المياه المنتجة ذات الأملاح المنخفضة و التي لا تتجاوز 4% من أملاح مياه التغذية.أما الدفق الثاني فهو ذات التركيز الملحي العالي و الذي يتم رميه عموما و أحيانا يعاد إدخاله إلى أول المنظومة و للمرور في مرحلة ثانية من الاغشية مما يسمح برفع كفاءة المنظومة و قدرتها على الإنتاج.ما هو الضغط المطلوب لتحقيق عملية التحلية ؟يعتمد الضغط المطلوب لعملية التحلية على نسبة التركيز الملحي للمياه في خط النبذ Concentrate و للتوضيح زيادة فان ملوحة على خط النبذ قدرها 1100 بي بي م تتطلب ضغطا اكبر من 200 بي اس أي.اما مياه البحر ذات الملوحة العالية 33000 و أكثر ( 42000 بي بي ام في البحر الأحمر خلال الصيف و تنخفض الى 38000 بي بي ام شتاء) تتطلب ضغطا اكبر من 800 بي اس أي.وحدات التحلية المنزلية المعروفة باسم Under Sink R.O و التي يتراوح انتاجها اليومي بين 30 ليترا و 300 ليترا فلا يزيد ضغطها على 70 بي اس أي.كم ستكون المياه المنتجة نقية و صافية ؟نقاء المياه المنتجة يحدده أمران أساسيان و هما :الأول: و هو نسبة النبذ في الغشاء المستعمل Reject Ratio و الذي يتراوح بين 92 و 99.5 بالمائة.الثاني: نسبة الأملاح في مياه التغذية.اذا قلنا ان نسبة النبذ في غشاء هو 95 % فهذا يعني ان تسربا للاملاح و قدره 5 % سيعبر مع المياه المنتجة و بالأرقام يصبح لدينا التالي:مياه التغذية مع 200 بي بي ام سينتج عنها مياه نقية مع املاح 10 بي بي ام.أما إذا استعملنا أغشية مع نسبة نبذ 99 % فسوف نحصل على مياه منتجة مع أملاح تقارب 2 بي بي أم.نشير إلى أن عمر الاغشية يلعب دورا في ازدياد أملاح المياه المنتجة و بالتالي غسيل الاغشية يؤدي إلى تغيرات واضحة في مواصفات الاغشية و تهبط نسبة النبذ إلى 90 % .كيف نمنع انسداد الاغشية ؟من حيث المبدأ يمكن تطبيق ذلك من خلال تنقية المياه و تصفيتها لإزالة الشوائب الدقيقة و المواد الغروية Colloidal Substances , و بعد ذلك يوجد طريقتين لخفض حظوظ انسداد الاغشية.الطريقة الأولى عبر إضافة مادة كيميائية مضادة للتكلسAntiscalant و ترسب الأملاح في خط تغذية مضخة الضغط العالي قبل وحدة التناضح العكسي.أما الطريقة الثانية فهي بإزالة عسرة المياه في المعالجة الأولية.كيف يتم غسيل الاغشية ؟مبدأ العملية سهلة جدا رغم أنها تتطلب بعض اللوازم مثل مضخة و خزان و خراطيم مياه إضافة إلى مواد كيميائية معينة أو استبدالها بالاسيد لغسيل الرقم الهيدروجيني المنخفض حوالي 4 أو إضافة كوستيك صودا لغسيل الرقم الهيدروجيني العالي 12 .و تتم العملية عبر تدوير السائل المطلوب إلى داخل أنبوب الاغشية و منها إلى الخزان و لمدة لا تقل عن ساعة, يتم بعدها غسيل الاغشية بمياه نظيفة و إعادة التوصيلات و تشغيل المحطة مجددا.الرسم يوضح طريقة التوصيلات الأساسية لغسيل الاغشية.كم تحتاج المحطة من أعمال صيانة يومية ؟هذا الموضوع مرتبط مبدئيا بحجم المحطة و طاقتها و لكن نورد مجموعة من الأعمال الضرورية مثل:غسيل الفلاتر الرملية, فلاتر الكربون, ملء خزانات المواد الكيماوية في حال نقصهاو بالكميات المحددة ,تسجيل قراءات أجهزة القياس و العدادات و ساعات الضغط و حفظها من اجل مراقبة أدائها.( لمزيد من المعلومات يمكن الرجوع إلى قسم أعمال التشغيل و الصيانة في موقعنا لاحقا )ما هو العمر للافتراضي للأغشية بعد التشغيل ؟تدوم الاغشية لعدة سنوات و من النادر أن تخفق جميعها في نفس الوقت و لكنها تبدأ بالفشل تدريجيا حتى تصل إلى مرحلة يلزم فيها تبديلها كليا مع العلم انه يوجد أغشية قيد الاستعمال منذ أكثر من عشرين سنة.هل تنمو البكتيريا في المياه المنتجة إثناء التخزين ؟نعم , يمكن للبكتيريا أن تنمو في المياه المخزنة و هنا تبدو أهمية ضخ مادة الكلور في المياه المنتجة لتحصينها و منع نمو أية جراثيم فيها.كما ينصح بطلاء جدران الخزانات بألوان كامدة مثل الأسود و غيره و ذلك لمنع ظهور الطحالب عليها.الاعتبارات الأساسية في تصميم منظومة تناضح عكسي صناعيةإن الاعتبار الأساسي لتصميم منظومة تناضح عكسي صناعية Industrial Reverse Osmosis System تتمثل في تحديد كمية و نوعية المياه المطلوبة مما يضمن تصميما ناجحا يتطابق مع متطلبات المستخدم الأخيرEnd User .تتألف منظومة التناضح العكسي الصناعية من ثلاثة مراحل رئيسة و هي :المرحلة المبدئية أو ما قبل المعالجة Pre-Treatmentمرحلة المعالجة أو التحلية Treatment Or Desalinationالمرحلة النهائية أو ما بعد المعالجة Post-Treatment Or Adjustmentالمرحلة المبدئية أو ما قبل المعالجةيتم اختيار مكونات هذه المرحلة بعناية فائقة و هي تلعب دورا هاما في وقاية المرحلة اللاحقة من أضرار جسيمة تكلف الكثير من الجهد و المال.و تهدف هذه المرحلة إلى تقليل إمكانية فساد , تكلس و انحلال أغشية التناضح Membranes خلال فترات التشغيل, و يقوم غالب مصنعو الاغشية و من خلال نشرات علمية أو برامج حاسوبية بترشيد المصمم إلى مستلزمات المعالجة الأولية و تحديد أنواع المواد الكيميائية المطلوب استعمالها و كل ذلك بناء على تحاليل كيميائية تفصيلية لعينات من المياه الخام.تجدر الإشارة هنا إلى أن المياه الجوفية Ground Water تتميز عادة بثبات في المكونات و الحرارة و هذا يفيد في معالجة مبدئية اقل كلفة و تعقيدا من التي سوف تستعمل مع المياه السطحية Surface Water و التي تشهد تغييرات واضحة مع تبدل الفصول المناخية و العوامل الطبيعية.مؤشر كثافة الطمي Silt Density Index هو المنهج الذي سيحدد كمية الجسيمات في مياه التغذية Feed Water و بالتالي الوسائل التي يجب استخدامها في المعالجة المبدئية مثل الترويق Clarification , التصفية Filtration أو إضافة مواد تبلمر Polymer .و لآن وحدة المعالجة اللاحقة سينتج عنها دفق يحتوي على تركيز ملحي عال يتم فصله بواسطة الاغشية فأن المواد المذيبة للأملاح مثل :كالسيوم كاربونيت CaCO3 , :كالسيوم سولفايت CaSo4 , باريوم سولفايت BaSo4 , و السيليكا SiO2 يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار حيث يقوم المصمم System Designer بالاعتماد على الإجراءات التالية:· إزالة الكالسيوم بواسطة وحدة التليين بالتبادل الأيوني Softening Ion Exchange .· ضخ أو زرق مادة الحمض Acid.· ضخ أو زرق مادة مانعة للتكلس Antiscalant .· ضخ أو زرق مادتي الحمض و مانع التكلس معا.· تخفيض معدل الاسترداد Recovery.و مجددا نعيد التأكيد أن المصمم سوف يختار إمكانيات المعالجة المبدئية بناء على المعطيات الخاصة بكل مشروع , فإضافة مادة الحمض بدلا من مانع التكلس قد يكون خيارا ممتازا في حال الرغبة في التخلص أيضا من غاز سولفايد الهيدروجين و لكن قد يكون هذا الخيار نفسه سيئا في تطبيق آخر بسبب تشكل ديوكسايد الكربون الذي يستوجب تركيب نظام إضافي للتخلص منه و يدعى Polishing Ion Exchange Unit بعد مرحلة المعالجة أو التحلية.مرحلة المعالجة أو التحليةلمصنعي الاغشية في هذه المرحلة تأثير أساسي من خلال تحديد نوع الاغشية المستخدمة في المنظومة و عددها.أن معدل الجريان Flux Rate المثالي يقدر بنسبة 15 غالون بالقدم المربع \ يوم و اختصارا GFD و ذلك للمياه السطحية Surface Water .هذه النسبة قد تتغير إلى مقادير أخرى إذا كانت مياه التغذية من مصادر مثل مياه جوفية أو مياه بحر أو مياه مبتذلة.بعد حساب عدد الاغشية سيتم تحديد عدد الأنابيب الحاملة Vessels المطلوبة حيث تستخدم معظم المنظومات الصناعية أنابيب ضغطية Pressure Vessels تحتوي عل 6 أغشية, و لكن يمكن استعمال أنابيب ضغطية تحتوي ما بين 3 و 7 أغشية. - يبقى إن نشير إلى أن المساحة المخصصة لمنظومة التحلية تلعب أحيانا دورا في تحديد عدد الأنابيب الضغطية .المهمة التالية تتمحور حول الترتيب الأنسب لهذه الأنابيب الضغطية و ما بداخلها من أغشية, حيث يغلب ترتيب الشجرة في أكثر الأحيان , و هذا يعني أن المرحلة الأولى تحتوي على العدد الأكبر ثم المرحلة الثانية أقل ثم المرحلة الثالثة إن وجدت أقل عددا من الأوليين.إن الهدف من هذا الترتيب هو التخفيف من إمكانية فشل الاغشية بعد فترات طويلة من التشغيل.في المنظومات الصناعية التي تستخدم أنابيب حاملة 6 أغشية يتم الأخذ بالاعتبارات التالية فيما يتعلق بالاسترداد Recovery:المرحلة الأولى: من 45 إلى 55 بالمائة من الاستردادالمرحلة الثانية : من 70 إلى ثمانين بالمائة من الاستردادالمرحلة الثالثة: من 80 إلى 90 بالمائة من الاستردادأما التصميم النموذجي فيتوقف عند المرحلتين و باسترداد 75 % .استخدام برامج الكومبيوتر الخاصة بالتصميمإن البرامج الحاسوبية و التي يقوم مصنعو الاغشية بتوزيعها على شركات معالجة المياه مجانا أو بأسعار رمزية تهدف إضافة للتشجيع التسويقي إلى تقديم الخدمة المتطورة و الدعم الفني اللازم و إلى تخمين الأداء المتوقع للأغشية, كما تقدم التحذيرات للمصممين عند تخطيهم إرشادات المصنعين و توجهاتهم.كما تساعد هذه البرامج في تجربة الخيارات المتاحة للمصممين بسرعة و اتخاذ القرارات بشكل فعال و اقتصادي في آن واحد.المرحلة النهائية أو ما بعد المعالجةيتم في هذه المرحلة فحص المياه الناتجة Permeate من الاغشية و ضبط رقمها الهيدروجيني الذي ينخفض عادة نتيجة الضغط الاسموزي و يتم رفعه إلى حياديته مجددا أي 7.5 بإضافة مواد كيميائية مثل الصودا الكاوية أو غيرها.كما يتم إضافة مادة الكلور بنسبة تتراوح بين 0,1 و 0,5 جزء بالمليون إلى دفق المياه المتجه إلى التخزين أو التوزيع عبر الشبكات و ذلك تحصينا للمياه من البكتيريا عند تعرضها للعوامل الطبيعية و حماية للمستخدمين .أنواع أغشية التناضح العكسي و مميزات كل نوعيتوفر بشكل عام ثلاثة أنواع من أغشية التناضح العكسي و المستعملة في التحلية في زمننا هذا.
مراقبة الكلور لحماية أغشية التناضح العكسيكما سبق و تعرفنا إلى تقنيات التناضح العكسي فأن استمرار أداء عملية التحلية بشكل سليم يعتمد أساسا على مراعاة شروط تشغيل الاغشية. وجود الكلور قد يحط من بعض مواد الاغشية و لذلك يتم اللجوء إلى إزالة الكلور في المياه الخام قبل دخولها إلى الاغشية.عملية إزالة الكلور تتم بضخ او زرق مادة صوديوم بايسولفايت NaHSo3 أو بواسطة فلاتر امتصاص كربونية.ان استخدام الاغشية في تحلية المياه يعتبر استثمارا مكلفا و يجب أن يتلازم مع اجراءات حمايتها و هذه التكلفة الإضافية تعتبر بسيطة مقارنة بالخسائر التي قد تلحق من جراء تجاهلها. قد تحتوي المياه الخام على الكلور الحر Free Chlorine أو الكلور الكلي Total Chlorine و من الهام جدا تحديد نوع و شكل الكلور الموجود و اختيار الصنف الصحيح لجهاز المراقبة.اعتبارات هامة يجب الأخذ بها عند اختيار جهاز مراقبة الكلور :نوع الكلور الموجود في المياه الخام.ما هي الوسيلة المعتمدة لإزالة الكلور .. فلتر كربون أو مادة كيميائية.نسبة الكلور المسموح دخولها إلى الاغشية.أساسيات تشغيل و صيانة محطات تحلية المياه بالتناضح العكسيEssentials of operation and maintenance of R.O plantتتألف أعمال الصيانة الأساسية لمحطات تحلية المياه من التالي:· صيانة دورية و متابعة لوضع مضخات الدفع Booster pumps إضافة إلى تنظيفها و منع التسرب.· تزييت و تشحيم المضخات و المحركات في حال اللزوم و حسب البرنامج المعتمد من قبل المصنعين.· غسل و شطف فلاتر الرمل و الكربونMedia , sand & carbon filters بشكل يومي او أسبوعي حسب نوعية مياه التغذية الخام.· تبديل فلاتر الميكرون ( شمعات ) Cartridge Filters كل ثمانية أسابيع.· التأكد من قراءة أجهزة القياس و ضبطها إن لزم سواء بشكل ميكانيكي أو بمحاليل خاصة.· المحافظة على وجود كميات كافية من المواد الكيماوية في الخزانات لمرحلتي ما قبل المعالجة و ما بعدها Pre and Post treatment chemicals.· إجراء فحص مسباري دوري Probing Inspection للأغشية .· تسجيل القراءات و نتائج فحوص المياه بشكل يومي و عرضها على المختصين لفهم التغيرات و معالجة نقاط الضعف و استباق حصول أية مشاكل طارئة.· جرد المواد الكيماوية و المستهلكات و قطع الغيار و طلب ما ينقص منها.و نذكر أن توفر سجل دائم و كامل لعناوين و أرقام هاتف موردي قطع الغيار,المواد الكيماوية و أصحاب الخبرة في مجال التحلية أمر ضروري و حيوي لطلب المساعدة الفنية و المشورة عند اللزوم.أهم العدادات الموجود فى لوحة التحكم1- عدادات قياس الأس الهيدروجينى ph :والاس الهيدروجينى هو الرقم الذى يحدد مدى حمضية او قلوية الماءزيادة القلوية ( زيادة أيون oH- )H2oزيادة الحموضة ( زيادة ايون H+ )1470قلوىمتعادلحمضىH2o--------> H+ + OH-ملاحظات :1- زيادة الحموضة اى قلة الرقم الهيدروجينى يكون وسط مناسب لزيادة عملية التأكل للأستانلس2- زيادة القلوية اى زيادة الرقم الهيدروجينى يزيد الفرصة فى عملية الترسيب التى تساعد على انسداد المواسير .لذلك يجب ضبط الأس الهيدروجينى عند الحد المسموح به وهو ( 6.9 – 6.2 )2- عداد قياس درجة حرارة الماء المالح :يتم ضبط العداد بحيث اذا زادت درجة الحرارة عن 35 درجة مئوية يوقف المحطة حتى لاتؤثر درجة الحرارة على الاغشية .3- عداد قياس التوصيلية Conductivity :وهى مدى تويل المياه المنتجة للكهرباء ويركب الجهاز على خط خروج المياه المنتجة وهناك علاقة تقريبية بين التوصيلية وكمية الأملاح المذابة فى الماء وهى تقريباً T.D.S = ½ Conductivity 4- عداد قياس Redox :بعد اضافة الكلور فى خزات الماء المالح لقتل المواد العضوية يتبقى جزء منه فى الماء المالح ويقوم الفلتر الكربونى بالتخلص من الكلور الزائد حتى لايؤثر على الاغشية وعليه يكون مهمة هذا العداد قياس كمية الكلور فإذا ذادت عن 600 تتوقف المحطة اتوماتيكياً وكن فى العادى يعطى هذا العداد قراءات اقل من 600 وهذه الارقام لا تعنى مرور كلور حر ولكن هو قياس للكلور الغير حر الوجود فى حامض الهيدروكلوريك المضاف للماء المالح والكلور الموجود فى كلوريد الصوديم .هناك ثلاث قواطع للضغط على شبكة المديولات :الأول : خاص بضغط الماء المالح الداخل على طلمبة الضغط العالى ويتم ضبطه على 1.5 بار بحيث اذا قل الضغط عن ذلك فإن طلمبة الضغط العالى لا تعمل .الثانى : خاص بضغط الماء المالح الداخل على الاغشية ويتم صبطه على 75 بار بحيث اذا زاد عن ذلك يوقف المحطة اتوماتيكياً .الثالث : خاص بضط المياه المنتجة ويتم ضبطه على 1.5 بار فإذا زاد عن ذلك توقف المحطة .شروط المياه المالحة قبل دخولها المديولات:-1- خالية تماماً من الكلور فيجب الكشف عن الكلور الحر بعد الفلتر الكربونى ويكون الناتج صفر2- الضغط قبل طلمبة الضغط العالى لايقل عن 1.5 بار .3- الأس الهيدروجينى للمياه المالحة مابين ( 6.9-6.2) ph4- S.D.I تكون أقل من 1 وهو خاص بنسبة العكارة فى الماء المالح5- درجة حرارة الماء المالح لا تزيد عن 35 درجة مئوية6- ان يكون الماء خالى تماماً من الحديدالغسيل الكيميائى :-من الأسباب التى تؤدى الى غسل المديولات :1- بسبب التغير فى الطاقة الانتاجية2- بسبب ارتفاع ملوحة المياه المنتجة3- بسبب إرتفاع فرق الضغط على المديولات( فائدة الغشيل هو تعويض الاغشية عن خواص فقدتها بسبب طول فترة التشغيل )مكونات دورة الغسيل :-1- خزان مصنوع من البولى إثيلين وذلك لإعداد المحلول2- خلاط للمساعدة على مزج المحلول3- طلمبة الغسيل لضغط المحلول فى الاغشية4- فلنر وذلك لحجز الشوائب والأجزاء الصلبة- دوائر الغسيل :1- الغسيل بدائرة مفتوحة أثناء تشغيل المحطة (On line)2- الغسيل بدائرة مغلقة أثناء توقف المحطة (Closed circle)- كيماويات الغسيل :1- حامض الستريك citric acid (C6H8O7) الحالة صلبة واللون أبيض2- حامض التنيك (PT-B) Tanic acid (C76H52O46 ) الحالة صلبة واللون أصفر يميا الى البنى الخفيف ويتم معالجة المديولات (B-10) بواسطة هذا المركب اى انه يدخل فى التصنيع ومن فوائده ازالة الجلسرين وميتا بيكيريتات الصوديوم المترسبة على الأغشية اثناء عملية التخزين . ويستخدم اثناء الغسيل وذلك لتحسين عملية احتجاز الغشاء للاملاح .3- هيدروكسيد الأمنيوم Amonium Hydroxide (Nh4OH) الحالة سائلة وعديم اللون وهو يعمل علىزيادة قيمة PH ويكون معدل الإضافة 10 مليمتر لكل واحد متر مكعب .أولاً : الغسيل بالدائرة المفتوحة :شروطه :اثتاء الغسيل يجب ان تكون Ph اقل من 5 لأنه اذا زادت عن 5 لا يذوب PT-B فى ماء البحر ويكون راسب بنى ومع ضغط الماء الداخل فإن هذا الراسي قد يسد الشعيرات الداخلية للمديولات . ويفضل ان تكون طلمبة الغسيل أقل فى السعة من الطلمبة التى تستخدم فى حالة الغسيل بواسطة الدائرة المغلقة .طريقة الغسيل : - يتم غسل خزان الكيماويات جيداً بماء خالى من الكلور ويتم ملئه من نفس الماء ويتم وضع الكمية المناسبة من حامض الستريك ويتم تشغيل الخلاط Mixer لمدة حوالى من 20-30 دقيقة ويتم اذابة PT-B فى اناء خارجى بواسطة ماء خالى من الكلور ثم نضيف هذا المحلول الى محلول حامض الستريك مع استمرار تشغيل الخلاط حتى يتم التأكد من تمام الذوبان ثم بعد ذلك نبداء عملية الغسيلإحتياطات عملية الغسيل :- يجب قياس درجة حرارة المحلول بإستمرار بحيث لا يجب ان تزيد عن 35 درجة مئوية وايضاً الـ Ph يجب ان تكون اقل من 5 ph حتى لايتكون راسب يتسبب فى انسداد الأغشية - ويجب ملاحظة لون المحلول فإذا كان أصفر فإن حامض الستريك تركيزه أكبر من تركيز الحديد فيستمر الغسيل- اما اذا كان لون المحلول يميل الى البنى فإن نسبة الحديد أكبر فيجب ان نوقف الغسيل ونطرد المحلول ويتم عمل دورة أخرى بواسطة حامض الستريك للتخلص من الحديد الموجود فى الاغشية – وبعد انتهاء عملية الغسيل يتم عمل نظافة لخزان الكيماويات ويتم إعادة ملئ الخزان بماء خالى من الكلور إحتياطى لأى ظرف طارئ .ثانياً " الغسيل بالدائرة المغلقة Closed Circle :-الطريقة :- كما سبق فى الطريقة السابقة يتم غسل خزان الكيماويات جيداً بماء خالى من الكلور ويتم ملئه من نفس الماء ويتم وضع الكمية المناسبة من حامض الستريك ويتم تشغيل الخلاط Mixer لمدة حوالى من 20-30 دقيقة ويتم اذابة PT-B فى اناء خارجى بواسطة ماء خالى من الكلور ثم نضيف هذا المحلول الى محلول حامض الستريك مع استمرار تشغيل الخلاط حتى يتم التأكد من تمام الذوبان ثم بعد ذلك نبداء عملية الغسيل – ثم يتم عمل Flushing للأغشية قبل اجراء عملية الغسيل ويتم قياس Ph للمحلول ويجب ان لاتقل عن 2.3 والا تزيد عن 11.9 فإذا قلت عن 2.3 يتكون احماض دهنية لها تأثير ضار على الاغشية وعند ذلك يجب اضافة هيدروكسيد الأمونيوم لزيادة قيمة الـPh ويكون معدل الاضافة 10 ملم لكل 1 متر مكعب مياه – ونبداء عملية الغسيل بحيث يكون الضغط بين 3.5 – 5.2 بار وتكون دورة الغسيل مابين ساعة الى ساعتين - يجب قياس درجة حرارة المحلول بإستمرار بحيث لا يجب ان تزيد عن 35 درجة مئوية وايضاً الـ Ph يجب ان تكون اقل من 5 ph حتى لايتكون راسب يتسبب فى انسداد الأغشية بعد انتهاء فترة الغسيل : - يتم طرد المحلول الى الخارج – يتم عمل Flushing لمدة 5 دقائق على الأقل لتطهير الأغشية من الكيماويات .التعقيم Sterilization:-أسباب عملية التعقيم :- عند توقف المحطة لأكثر من يوم وذلك لحمايتها من تكوين مواد بكتيرية أو بيولوجيه وعند تخزين المحطة.كيماويات التعقيم :الفورمالدهيد ( التورمالين ) formaldyhydeالرمز الكيميائى CH2O الحالة سائلة اللون عديم اللونالجلسرين Glycerineالحالة سائلة اللون أصفر شاحبمتيلبيكبريتات الصوديوم Sodium Bisulfiteالرمز الكيميائى NaHSO3 الحالة سائلة اللون أصفر شاحب اللونإذا كان الغرض من التعقيم هو تخزين المديولات فإننا نستخدم ميتا بيكبريتات الصوديوم مع ( الجلسرين أو الفورمالين )وإذا كلن التعقيم بسبب خطأ بيولوجى فى المديول أو نتيجة خطأ فى التشغيل ونريد ايقاف المحطة لحين الاصلاح نستخدم الفورمالين فقطوفى هذه الحالة تتم كما يلى :-يتم تجهيز المحلول – نضيف الفورمالين على ماء خالى من الكلور بنسبة 1% الى 2% اى اذا كان الخزان يسع 1000 لتر نضيف من 10 الى 20 لتر من الفورمالين .يتم عمل دائرة مغلقة بعد طرد 20% من المحلول وهى تعادل كمية المياه الموجودة بالمديولات حتى لا تتسبب فى تخفيف تركيز المحلول ويعد ذلك نكمل الدورة المغلقة لمدة ربع ساعة .يتم قياس درجة الحرارة أثناء عملية الغسيل ويجب الا تزيد عن 35 درجة مئوية .مشاكل التحلية بواسطة التناضح العكسى :-من اكبر المشاكل التى تحدث فى محطات التحلية هو تأكل المواسير الأستانلسويعرف التأكل على انه هو هدم البناء البلورى للمعدن كنتيجة مباشرة للتفاعل الكيميائى أو الكهروكيميائى بين المعدن والبيئة المحيطة به .التفسير العام لحدوث التأكل :-معدن الحديد مثل كل المعادن عندما يوضع فى الماء أو أى محلول اخر فإنه يتأين الى ايونات الحديدوز (fe++) ولكن حيث أن المحلول يميل دائماً الى ان يبقى متعادلاً من الناحية الكهربائية فإن ايونات الحديدوز الموجبة تسطيع أن تدخل الى المحلول فقط عندما يخرج من هذا المحلول ايونات موجبة مساوية فى العدد لأيونات الحديدوز الذائبة فى الماء – وفى الحالات العادية حيث يغمر معدن الحديد فى الماء فإن ايونات الحديد تدخل الى المحلول تزيح من المحلول ايونات الهيدروجين الوجبة (H+) التى تغطى سطح المعدن بغشاء رقيق غير مرئى من زرات الهيدروجين ويطلق على هذه الظاهرة ظاهرة استقطاب المعدن (Metal surface polarization)Fe + 2h+ " fe++ + 2hولكى تتم عملية التأكل فإنه يلزم ازالة الغشاء الهيدروجينى بأى طريقة ويحدث هذا بطريقتين :-1- يتحد الهيدروجين الذائب فى الماء مكونا جزيئات من الماء 2H + O" H2O 2- تتحد ذرات الهيدروجين بعضها مع بعض مكوناً جزيئات من غاز الهيدروجين الذى ينطلق من المحلول على هيئة فقاعات غازية .H + H " H2 # gasويحدث خروج الهيدروجين وانطلاقه من المحلول على هيئة غاز فى المحليل الحمضية وهذا يفسر ان التأكل يكون سريعاً كلما كان المحلول أكثر حمضية .وبصفة عامة فإن الحديد الذى يذوب فى المحلول يترسب فوراً على هيئة هيدروكسيد الحديديك Fe(oh)3 فى وجود الأكسجين وهذا يؤثر على معدلات التأكل.- ترسيب الحديد على هيئة هيدروكسيد الحديديك من المحلول يساعد على ذوبان كمية اخرى من ايونات معدن الحديد التى تترك سطح المعدن وتذوب فى المحلول أى انه يحدث تنشيطاً لعملية التأكل- عندما تكون كمية الأكسجين الذائبة فىالماء محدودة ( خاصة فى الدوائر النغلقة ) فإنها تنقص بإستمرار نتيجة إتحاد الاكسجين مع ايونات الحديدوز Fe++ والهيدروجين H+ الموجود فىالماء حيث يختفى الأكسجين تماماً وبالتالى تقل فرصة حدوث مزيد من عملية التأكل .الحقائق العامة التى تحكم عملية التأكل ( خاصة فى معدن الحديد) :-1- عند درجات الحرارة العادية لا يتأكل الا فى وجود الرطوبة2- لابد من وجود غاز الأكسجين فى المياه حتى يحدث التأكل فى درجات الحرارة العادية .3- يكون التأكل فى الوسط الحمضى أكبر بكثير من التأكل فى الوسط القاعدى .4- يتكون نتيجة التأكل هيدروكسيد الحديدوز الأسود أو الأخضر على سحط المعدن مباشرة ثم يتكون فوق هيدروكسيد الحديديك الأحمر على سطح المعدن وهذا ما يطلق عليه الصدأ .5- فى معظم الأحوال التى يحدث فيها التأكل يكون معدل حدوث التأكل سريعاً فى البداية عنه بعد فترة من الزمن وذلك بسبب تكون طبقة من الصدأ وتكون مصحوبة ببعض الأملاح .6- يزداد معدل التأكل عند درجات الحرارة العادية بزيادة التركيز .7- يزداد معدل التأكل بإرتفاع درجات الحرارة .8- قد تؤدى بعض انواع البكتريا الى الزيادة فى معدل التأكل الكهروكيميائى وذلك فى عدم وجود غاز الأكسجين مثل بكتريا اخنزال الكبريتات وبكترا ترسيب الحديد .9- معدلات التأكل بالنسبة الى المعادن النقية أقل منها بالنسبة للسبائك وذلك لأن معظم السبائك تتركب من أكثر من معدن يختلف الجهد الكهروكيميائى فيها وأيضاً تختلف قدرة كل منها على توصيل الكهرباء .طرق التحكم فى التأكل أو منعه :-1- التخلص من الغازات الذائبة :يعتبر غاز الأكسجين الذائب فى مياه البحر وغاز ثانى أكسيد الكربون الحر من العوامل المؤثرة على زيادة معدلات التأكل ويستخدم نازع الغازات الذى يعمل بطرق التفريغ للتخلص من الأكسجين وثانى اكسيد الكربون الذائبان فى المياه المالحة .2- اختيار المعادن والسبائك المناسبة3- الحماية بتغطية سطح المعدن : وتعتبر هذه الطريقة من الطرق الشائعة لحماية معادن المنشأت المختلفة من أخطار التأكل ومن المواد العازلة والمعروفه والمستخدمه لحماية أسطح المعادن المعرضة للماء الطلاء بأكسيد الرصاص الاحمر واكسيد الحديد الأحمر والزنك والكروم أما فى احواض المياه فعادة ما تبطن بالرصاص أو تدهن بالبيتومين أو الأسفلت الطبيعى .
مرسلة بواسطة ashrafelsawy في 06:14 م
تحلية المياه المالحة
تحلية المياه المالحةتعريف تحلية المياه :هي تحويل المياه المالحة إلى مياه نقية من الأملاح صالحة للاستخدام .ويتم ذلك عبر طرق عديدة للتحلية .عوامل اختيار الطريقة المناسبة للتحلية:أولا : نوعية مياه البحر ( تركيز الأملاح الذائبة الكلية) :تصل كمية الأملاح الكلية المذابة في المياه الخليج العربي إلى حوالي 56000 جزء من المليون في الخبر كما أنها تتراوح ما بين 38000 إلى 43000 جزء من المليون في مياه البحر الأحمر بمدينه جده .ثانياً : درجة حرارة مياه البحر والعوامل الطبية المؤثرة فيه :ويجب مراعاة ذلك عند تصميم المحطات حيث أن المحطة تعطي الإنتاج المطلوب عند درجة الحرارة المختارة للتصميم بحيث لو زادت أو انخفضت درجة الحرارة عن هذا المعدل فإن ذلك يؤثر على كمية المنتج بالزيادة أو النقصان أما العوامل الطبيعية المؤثرة فتشمل المد والجزر وعمق البحر وعند مأخذ المياه وتلوث البيئة .ثالثاً : تكلفة وحدة المنتج من ماء وكهرباء :وذلك بمتابعة أحدث التطورات العالمية في مجال التحلية وتوليد الطاقة للوصول إلى أفضل الطرق من الناحية الاقتصادية من حيث التكلفة الرأسمالية وتكاليف التشغيل والصيانة .وصف مبسط لمحطة تحلية:يبدأ دخول مياه البحر إلى مآخذ مياه البحر من خلال مصافي وذلك لمنع الشوائب من الدخول إلى مضخات مياه البحر التي تقوم بدورها بضخ مياه البحر إلى المبخرات . هذا ويتم حقن مياه البحر بمحلول هيبوكلوريد الصوديوم عند مآخذ مياه البحر أي قبل دخولها المبخرات وذلك لمعالجتها من المواد البيولوجية العالقة بها . ويتم تجهيز هذا المحلول في خزانات ومن ثم يتم حقنه خلال مضخات بمعدلات حسب الطلب .يوجد بمآخذ مياه البحر لوحات توزيع القوى الكهربائية التي تغذي المضخات وغيرها بالكهرباء ، كما يوجد أيضا أجهزة القياس والتحكم اللازمة لهذه المعدات . هذا ويتم انتقال مياه البحر بعد ذلك إلى المبخرات والتي تتكون من عدة مراجل يتم خلالها تبخير مياه البحر ومن ثم تكثيفها وتجميعها .وبالنظر إلى ما يحدث للعمليات المتتابعة المياه لحظة دخولها المبخرات وحتى الحصول على المياه العذبة نجد أنه يتم إضافة بعض الكيماويات منها ( البولي فوسفات ) إلى مياه البحر قبل دخولها المبخرات وذلك لمنع الترسبات (القشور SCALES ) داخل أنابيب المكثفات والمبادلات الحرارية كما نجد أن مياه البحر هذه تمرر على أجهزة تسمى بنوازع الهواء وذلك للتخلص من الغازات المذابة بمياه البحر كما يتم تسخين مياه البحر بواسطة مبادلات حرارية تعمل بالبخار وتسمى ( مسخنات المياه المالحة ) . هذا ويلزم للمبخرات أنواع متعددة من المضخات منها ما يلزم لتدوير الماء الملحي داخل المبخرات ومنها ما يلزم لتصريف الرجيع الملحي إلى قناة الصرف ومنها ما يلزم لضخ الماء المنتج إلى محطة المعالجة الكيماوية .
هذا وبعد ضخ الماء المنتج إلى محطة الكيماوية والتي يتم فيها معالجة المياه المنتجة بالمواد المختلفة مثل الكلور وثاني أكسيد الكربون والجير حتى يصبح حسب المواصفات المطلوبة عالمياً يتم نقله من محطة المعالجة الكيماوية إلى الخزانات الكبيرة التي تمد الشبكة بالماء الصالح للشرب.إنتاج الطاقة الكهربائية في محطات التحلية:عادة ما يتم استغلال جزء من البخار المنتج من محطات التحلية في عملية انتاج الطاقة الكهربائية لتغذية احتياجات محطة التحلية والمجمع السكني ومحطات الضخ ، وعليه يتم تصدير باقي الطاقة المنتجة من هذه المحطة إلى الشبكة الكهربائية .وبالنظر إلى محطة توليد الكهرباء نجد أنها تتكون أساساً من مجموعة من الغلايات تقوم بتحميص البخار المنتج من محطة التحلية والتوربينات البخارية الموصلة بالمولدات التي تنتج الطاقة الكهربائية . هذا وتشتمل المحطة على بعض المعدات المساعدة ومضخات وزانات وقود وأنظمة مكافحة الحريق وبطاريات كهربائية لإمداد الأجهزة الضرورية بالطاقة عند حدوث إي خلل بالشكة ، هذا بالإضافة إلى الحاسب الآلي الذي بواسطته يمكن السيطرة على جميع أجهزة القياس والتحكم والمراقبة لكافة معدات المشروع .طرق تحلية المياه المالحةأولا : تحلية المياه بطرق التقطيرثانياً: تحلية المياه بطريقة الديلزه الكهربائبيةثالثاً : تحلية المياه بطريقة البلورة أو التجميد .رابعاً : التحلية باستخدام طرق الأغشيةأولا : تحلية المياه بطرق التقطيرالفكرة الأساسية لعمليات التقطير تكمن في رفع درجة حرارة المياه المالحة الى درجة الغليان وتكوين بخار الماء الذي يتم تكثيفه بعد ذلك الى ماء ومن ثم معالجته ليكون ماء صالحا للشرب أو الري .طرق التقطير : نذكر منها بعض الطرق المهمة :1- التقطير العادي :يتم غلي الماء المالح في خزان ماء بدون ضغط . ويصعد بخار الماء الى أعلى الخزان ويخرج عبر مسار موصل الى المكثف الذي يقوم بتكثيف بخار الماء الذي تتحول الى قطرات ماء يتم تجميعها في خزان الماء المقطر . وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الصغيرة.2- التقطير الومضي متعدد المراحل :اعتماداً على الحقيقة التي تقرر أن درجة غليان السوائل تتناسب طردياً مع الضغط الواقع عيها فكلما قل الضغط الواقع على السائل انخفضت درجة غليانه . وفي هذه الطريقة تمر مياه البحر بعد تسخينها إلى غرف متتالية ذات ضغط منخفض فتحول المياه إلى بخار ماء يتم تكثيفه على أسطح باردة ويجمع ويعالج بكميات صالحة للشرب . وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الكبيرة (30000 متر مكعب أي حوتاي 8 ملايين جلون مياه يوميا ) .3- التقطير بمتعدد المراحل ( متعدد التأثير ):تقوم المقطرات المتعددة التأثيرات بالاستفادة من الأبخرة المتصاعدة من المبخر الأول للتكثف في المبخر الثاني . وعليه ، تستخدم حرارة التكثف في غلي ماء البحر في المبخر الثاني ، وبالتالي فإن المبخر الثاني يعمل كمكثف للأبخرة القادمة من المبخر الأول ،وتصبح هذه الأبخرة في المبخر الثاني مثل مهمة بخار التسخين في المبخر الأول. وبالمثل ، فإن المبخر الثالث يعمل كمكثف للمبخر الثاني وهكذا ويسمى كل مبخر في تلك السلسة بالتأثير.4-التقطير باستخدام الطاقة الشمسية :تعتمد هذه الطريقة على الاستفادة من الطاقة الشمسية في تسخين مياه البحر حتى درجة التبخر ثم يتم تكثيفها على أسطح باردة وتجمع في مواسير .5-التقطير بطريقة البخار المضغوط .:بينما تستخدم وحدات التقطير متعدد التأثير والتبخير الفجائي مصدر بخار خارجي للتسخين كمصدر أساسي للحرارة ، فإن التقطير بانضغاط البخار – والذي يختصر عادة إلى التقطير بالانضغاط –يستخدم بخاره الخاص كمصدر حراري بعدما يضغط هذا البخار . وفي هذه الطريقة ، يمكن الحصول على اقتصادية عالية للطاقة . ولكن ، من الضروري الحصول على الطاقة الميكانيكية باستخدام ضاغط ( أو أي شكل للطاقة المستفادة بأجهزة أخرى مثل ضاغط الطارد البخاري steam-ejector compressor). وبرغم اختلاف هذه العملية للتقطير عن العملية المثالية فأنه يلزم التنويه بأن مصادر حرارية كم هو الحال في عمليات التقطير الأخرى والتي نوقشت في الفصل الحالي.يسخن ماء البحر مبدئيا في مبادل حراري أنبوبي مستخدما كلا من الماء الملح والماء المطرود والماء العذب الخارجي من الوحدة ثم يغلى ماء البحر داخل أنابيب المقطر . وتضغط الأبخرة ، ثم ترجع الى المقطر حيث تتكثف خارج الأنابيب مما يوفر الحرارة اللازمة لعملية الغليان . وتسحب الغازات غير القابلة للتكثيف من حيز البخار والتكثيف بوساطة مضخة سحب أو طارد بخاري أيهما يلائم.ويعتبر الضاغط هو قلب وحدة التقطير. فإذا لم تضغط الأبخرة فإنه لا يمكنها التكثف على الأنابيب الحاملة لماء البحر المغلي لأن درجة حرارة تكثيف البخار النقي عند ضغط معين تقل عن درجة حرارة غليان الماء الملح عند هذا الضغط . فمثلا ، إذا كان ضغط البخار 1 ضغط جوي ، فإن بخار الماء يتكثف عند درجة 100 م ، ولكن ماء البحر بتركيز مضاعف يغلي عند حوالي 101م . وحتى يتسنى للأبخرة التكثف عند درجة حرارة 101م ، فإنه يلزم على الأقل لهذه الأبخرة أن تضغط الى ضغط 1.03 ضغط جوي.ثانياً -الفرز الغشائي الكهربائي (الديلزة):عُرفت الديلزة الكهربائية تجارياً منذ الستينات ، أي عشر سنوات قبل التناضح العكسي . أسلوب تكلفة فعال لتحلية مياه الآبار المالحة وفسح المجال للاهتمام في هذا الشأن .وتعتمد تقنية الديلزة الكهربائية على الأسس العامة التالية .أغلب الأملاح الذائبة في الماء متأينة إيجابيا (CATHODIC) أو سلبياً ( IONIC) .هذه الأيونات تنجذب نحو القطب الكهربائي ( ELECTROD) حسبما تحمله من شحنة كهربائية ( ELETRIC CHARGE ) .يمكن إنشاء أغشية تسمح انتقائياً بمرور الأيونات حسب شحنتها الكهربائية ( سالبة أو موجبة ) .إن محتويات الأيونات الذائبة في المحلول الملحي مثل الصوديوم ( +) الكلور أيد (-) الكالسيوم (++) والكربونات (--) تظل منتشرة في الماء لتتولى معادلة شحناتها الخاصة . وعند توصيل الأقطاب الكهربائية إلى مصدر تيار خارجي ، مثل البطارية المتصلة بالماء ، فإن الأيونات تتجه نحو الشحنات المعاكسة لشحناتها والموجودة في المحلول ، وذلك ممن خلال التيار الكهربائي الساري في المحلول سعياً وراء التحييد ( NEUTRALIZATION ) . ولتتم تحلية المياه المالحة من خلال هذه الظواهر فإن الأغشية التي تسمح بمرور أيونات من نوع واحد فقط ( وليس النوعين ) توضع بين قطبين كهربائيين ، على أن يتم وضع هذه الأغشية بطريقة متعاقبة ،أي غشاء واحد لانتقاء الأيونات ذات الشحنة الموجبة السالبة ، مع ضع لوح فاصل بين كل غشاءين يسمح بانسياب الماء بينهما ويشكل أحد اللوحين الفاصلين قناة تحمل مياه التغذية والمياه المنتجة ، بينهما يشكل اللوح الفاصل الأخر قناة تحمل مياه الرجيع . وحيث أن الأقطاب الكهربائية مشحونة وتناسب مياه التغذية المالحة عبر اللوح الفاصل بزاوية مستقيمة على القطب ، فإن الأيونات تنجذب وتتجه القطب الإيجابي . وهذا يؤدي تركيز أملاح قناة الماء المنتج . وتمر الأيونات ذات الشحنة السالبة خلال الغشاء الانتقائي لها ولكنها لا تستطيع أن تمر خلال الغشاء الخاص بالأيونات الموجبة والذي يقفل خطها وتبقي للأيونات السالبة في الماء المالح ( الرجيع ) . وبالمثل فإن الأيونات الموجبة تحت تأثير القطب السلبي تتحرك في الاتجاه المعاكس من خلال الغشاء المنتقي للأيونات الموجبة إلى القناة ذات الماء المركز في الجانب الآخر ، وهنا يتم اصطياد الأيونات الموجبة حيث أن الغشاء التالي ينتقي الأيونات السالبة ويمنع أي تحرك نحو القطب . وبهذا الأسلوب يتم إيجاد محلولين أحدهما مُركز والآخر قليل التركيز بين الغشاءين المتعاقبين المتجاورين. وهذان الفراغان المحتويان من قبل الغشاءين ( واحد للأيونات السالبة ولآخر للموجبة ) يسميان خلية . ويتكون زوج الخلية من خليتين حيث يهاجر من إحداهما الأيونات ( الخلية المخففة للمياه المنتجة ) وفي الأخرى تتركز الأيونات ( الخلية المركزة لمياه الرجيع ) .وتتكون وحدة الديلزة الكهربائية من عدة مئات من أزواج الخلايا مربوطة مع بعضها البعض بأقطاب كهربائية تسمى مجمع الأغشية . وتمر مياه التغذية متحاذية في آن واحد عبر ممرات من خلال الخلايا لتوفير انسياب المياه المنتجة المحلاة كما يمر الماء المركز من المجمع .واستناداً على تصميم النظام فإنه يمكن إضافة المواد الكيمائية في المجمع لتخفيف الجهد الكهربائي ومنع تكوين القشور .وتتكون وحدة الديلزة الكهربائية من العناصر الأساسية التالية .مرفق المعالجة الأولية .مجمع الأغشية .مضخة تدوير ذات ضغط منخفض .إمداد طاقة للتيار المباشر ( مقوم – RECTIFIER ) .معالجة نهائية .يجب معالجة مياه التغذية منذ البداية لمنع المواد التي تعرق الأغشية أو تسد القنوات الضيقة في الخلايا من الدخول إلى مجمع الأغشية . ويتم تدوير مياه التغذية من خلال المجمع بواسطة مضخة ذات ضغط ضئيل للتغلب على مقاومة المياه أثناء عبورها للممرات الضيقة . وغالباً ما يركب مقوم لتحويل التيار المتذبذب إلى تيار مباشر يتم تزويده للأقطاب من خارج مجمعات الأغشية .وتشمل المعالجة النهائية ( الأخيرة) تثبيت الماء وتجهيزه للتوزيع ، والتي ربما تتضمن إزالة الغازات مثل سلفايد الهيدروجين أو تعديل درجة القلوية .تقنية الديلزة الكهربائية المعكوسةمنذ مطلع السبعينات قدمت إحدى الشركات الأمريكية علمية الديلزة الكهربائية المعكوسة على أساس تجاري . وتقوم وحدة الديلزة الكهربائية المعكوسة عموماً على الأسس ذاتها التي تقوم عليها وحدة الديلزة الكهربائية ، غير أن كلاً من قناتي الماء المنتج والماء المركز متطابقتان في التركيب الإنشائي ، وعلى فترات متعددة من الساعة الواحدة تنعكس قطبية الأقطاب كما ينعكس الانسياب آنياً بحيث تصبح القناة المنتجة هي قناة المياه المركزة وقناة المياه المركزة هي قناة المياه المنتجة ، والمنتجة هي المعاكس عبر مجمع الأغشية وبمجرد انعكاس القطبية والانسياب فإن كمية وافية من المياه المنتجة تنصرف حتى يتم غسيل خطوط مجمع الأغشية ويتم الحصول على نوعية المياه المرغوبة . وتستغرق عملية الغسيل هذه ما بين 1-2 دقيقة ثم تستأنف عملية إنتاج المياه . ويفيد انعكاس العملية في تحريك وغسيل القشور والمخلفات الأخرى في الخلايا قبل تراكمها وتسببها لبعض المعضلات ( الانسداد مثلا ) . والغسيل يسمح للوحدة بالتشغيل بقليل من المعالجة الأولية ويقلل اتساخ الأغشية .ثالثاً : تحلية المياه بطريقة البلورة أو التجميد .الفكرة الأساسيةتعتمد عملية إزالة ملوحة المياه بالتجميد على الحقيقة الثابتة أن بلورات الثلج المتكونة بتبريد ماء ملح تكون خالية من الملح ، مما يجعل هناك تشابها بين هذه العملية وعملية التقطير التي تنتج بخارا خاليا من الأملاح من محلول من الماء الملح.هذا التشابه يظهر فقط من ناحية خلو الناتج في كلتا العمليتين من الأملاح ولكنهما بالطبع يختلفان من الناحية العملية حيث تتم عملية التقطير عند درجة حرارة أعلى من الدرجة المحيطة بينما تتم عملية التجميد عند درجة حرارة أقل من الدرجة المحيطة . هذا الاختلاف في درجة حرارة التشغيل ، في كلتا العمليتين ، يؤثر على تصميم الأجهزة والمعدات الخاصة بكل عملية، إذ يراعي في تصميم عملية التقطير تقليل كمية الحرارة المفقودة من وحدة التقطير الى الجو المحيط ، بينما يراعي في تصميم عملية إزالة الملوحة بالتجميد التقليل من كمية الحرارة المكتسبة بوحدة التجميد من الجو المحيط . وأهم عيوب إزالة ملوحة المياه بالتجميد هي المشاكل الناجمة عن نقل وتنقية الثلج ، وأهم مميزاتها التقليل من الترسب والتآكل إذ يتم التشغيل عند درجات حرارة منخفضة نسبيا .وتعتمد عملية إزالة ملوحة المياه بالتجميد – وتصميم معداتها – على القواعد الأساسية المعروفة والأجهزة الخاصة بتنقية التبريد ، ولكن بعد تعديلها لتناسب إزالة ملوحة المياه بالتجميد .وتنقسم عملية إزالة ملوحة المياه بالتجميد الى طريقتين : التجميد المباشر والتجميد غير المباشر .التجميد المباشر :يبين شكل (7 – 1) الفكرة الأساسية لعملية التجميد المباشر والذي يعرف بعملية زارشين Zarchin process (أيضا يعرف بعملية التفريغ والتبخير الفجائي Vacuum-flash process). ولقد تم إجراء الكثير من التعديلات على هذه الطريقة بشركة كولت إندستريز Colt Industries بمدينة بلويت بولاية ويسكونسون الأمريكية. وفي هذه العملية ، يدخل ماء البحر بعد تبريده في المبادل الحراري الى برج التجميد (المبلور crystallizer) حيث يكون الضغط داخل البرج ما بين 3و4 مم زئبق ( حوالي 0.005 ضغط جوي ) مما يسبب التبخير الفجائي لجزء من ماء البحر . وتسحب الحرارة اللازمة للتبخير من الجزء المتبقي من ماء البحر ، مما يسبب هذا الجزء ( درجة التجميد حوالي –1,9 درجة مئوية لماء البحر النقي وحوالي 3,8 درجة مئوية لما البحر ذي التركيز ضعف التركيز العادي). وتعطى المجمدات الحديثة معدلات بلورة في حدود من 1 الى 1,5 طن من الثلج لكل ساعة ولكل متر مكعب من حجم المبلور .ومن دراسة احتياجات الطاقة الحرارية ، يتضح أن إزالة ملوحة المياه بالتجميد تحتاج الى حوالي 80 سعرا حراريا لإنتاج كيلو جرام واحد من الثلج ، بينما تحتاج إزالة ملوحة المياه بالتبخير الى حوالي 600 سعر حراري لإنتاج كيلو جرام واحد من البخار . وعليه ، فإن الحرارة المستخدمة لإنتاج كيلو جرام واحد من البخار تكفي لإنتاج 7,5 كيلو جرام من الثلج . ولكن يراعى في حالة الإعذاب بالتجميد ضرورة غسل الثلج الناتج للتخلص من الأملاح الدقيقة المصحوبة مع البلورات ، والتي قد تمثل 50% من وزن البلورات .وتعتبر طريقة غسلالثلج بتمريرة عكس تيار من ماء الغسيل يسري الى اسفل , من أكفأ الطرق لغسل البلورات من الملح إذ تفقد كمية محدودة جدا من المياه العذبة أثناء عملية الغسيل . ويوجد حاليا أعمدة غسيل ذات كفاءه عالية وحجم صغير , حيث تتم عملية الغسيل في عمود ذي ضغط عال نسبيا ومغمور كليا بالسائل . ويتم سريان كل من الماء الملح المركز والماء العذب خلال مبادل حراري لتبريد ماء البحر مبدئيا .التجميد غير المباشرتستخدم هذه الطريقة مبردا ذا ضغط جزئي أعلى بكثير من الضغط الجزئي للماء ، حتى يمكن التغلب على العيوب الناتجة من انخفاض الضغط الجزئي للماء عند درجة التجمد ، مما يسبب انخفاض كثافة بخار الماء ، وبالتالي يزداد حجم البخار الذي يلزم إزاحته ، هذا بالإضافة الى الحاجة الى جهاز محكم للتفريغ . وبالطبع ، يجب أن يختار المبرد بحيث لا يكون ذوابا في الماء حتى تسهل عملية الفصل . وتتوافر هذه الصفات في مبردات مختلفة تستعمل في هذا المجال مثل البيوتان والمواد العظوية المفلورة fluorinated organics ، مثل فريون 114 . ويبين شكل (7-3) رسما توضيحيا لعملية التجميد غير المباشر باستخدام البيوتان . وتبلغ درجة حرارة غليان البيوتان عند الضغط الجوي –0.5 م مما يجعلها قريبة جدا من درجة حرارة تجمد الماء . ويدخل كل من سائل البيوتان وماء التغذية الى المجمد ، حيث الضغط أقل بقليل من الضغط الجوي ، مما يسبب غليان البيوتان بعد أن يأخذ الحرارة اللازمة للتبخير من الماء بتحويلة الى ثلج . ويتكون 1.15 طن من الثلج بتبخير طن واحد من البيوتان ( الحرارة اللازمة لتبخير البيوتان عند درجة –3م حوالي 91 سعر / كجم ) . ويتم غسل مزيج الثلج والماء الملح بكمية صغيرة من تيار معاكس من الماء العذب ، بينما يذهب معظم بخار البيوتان الى الضاغط رقم 1 حيث يضغط الى ضغط أعلى من الضغط الجوي بقليل . وفي المصهر ، يتم التلامس ما بين البيوتان من الضاغط والثلج ، مما يسبب انصهار الثلج مع تكثف بخار البيوتان الى سائل البيوتان ، ثم يتم فصل الماء عن البيوتان في المصفق decanter نتيجة لاختلاف الكثافة ( 1 و 0.6 على التوالي ) . ويتم إرجاع سائل البيوتان الى المجمد ، بينما يخرج الماء العذب من وحدة إزالة الملوحة بعد استخدامه لتبريد ماء البحر في مبادل حراري . وتستخدم عملية الفريون 114 طريقة الانصهار غير المباشر بدلا من الانصهار بالتلامس المباشر ( التي يستخدمها البيوتان ) مما يقلل تلوث الثلج المذاب بسائل التبريد. ويمر جزء صغير من بخار البيوتان الى الضاغط رقم 2 حيث يضغط الى ضغط أعلى من الضغط الناتج من الضاغط رقم 1 . ويمرر البخار الناتج من الضاغط رقم 2 الى مكثف بالمياه حيث يتكثف بخار البيوتان الى سائل ويعود الى المجمد . وتعتبر هذه الدورة الإضافية للبيوتان بمثابة التبريد المساعد اللازم لتعويض الحرارة المتسربة الى وحدة إزالة الملوحة حتى يمكن المحافظة على درجات حرارة باردة متواصلة .
التناضح العكسي Reverse Osmosisفى السنوات القليلة الماضية أمكن الوصول الى طريقة لمعالجة المياه المالحة بإستخدام نظرية التناضح العكسى (R.O) وأمكن بها الحصول على مياه على درجة عالية من النقاوة بالنسبة لمواصفات مياه الشرب .· مميزات تحلية المياه بواسطة التناضح العكسى1- قلة استهلاك الطاقة2- قلة تكاليف التشغيل والصيانة3- سرعة تركيب المحطة وسهولة تشغيلها4- لاتشغل المحة حيز مساحى كبير5- امكانية عمل توسعات للمحطة فى اى وقت6- تستخدم فى تحلية المياه المالحة حتى تركيز 60000 جزء فى المليونأى ان هذه الطريقة تستخدم فى تحلية مياه الأبار المالحة (Brackish Water) ومياه البحار (See Water)· خصائص مياه البحر الكيميائية :-تعتبر مياه البحر محلولاً ملحياً موصلاً جيداً للكهرباء وتتحدد الخواص الطبيعية والكيميائية لهذه المياه طبقا لمحتوياتها من الاملاح المختلفة .هناك سبع أيونات مختلفة موجودة فى مياه البحر بنسبة 99.5% من المواد الذائبة الكلية فى هذه المياه وهذه الأيونات هى :الصوديوم (Na+) البوتاسيوم (K+)
المغنسيوم (Mg++) الكالسيوم (Ca++)الكلوريدات (Cl-) الكبريتات (So4) الكربونات (Co3--)
قبل الشروع في تفسير عملية التناضح العكسي و التي يتم بها تحلية المياه , يلزم أولا تقديم هذا الشرح البسيط لظاهرة التناضح مؤيدة ببعض الرسوم التوضيحية.التناضح هو قوة فيزيائية و نزعة طبيعية للمياه مع تركيز عالي لذرات ذائبة معينة حيث تتحرك خلال غشاء نصف نافذ Semi-permeable إلى منطقة مياه ذات تركيز منخفض بالذرات الذائبة .سوف تعمل المياه على إيجاد توازن على جهتي الغشاء أي بمعنى آخر أن المياه على طرفي الغشاء سوف تصبح ذات تركيز واحد للذرات الذائبة.عملية التناضح العكسي تستلزم دفع المياه و بضغط مرتفع يسمح لها بتخطي الغشاء باتجاه عكسي لما هو حاصل في الحياة الطبيعية يؤدي إلى نفاذ المياه النقية عبر الغشاء و تحصر بذلك الذرات المالحة في منطقة ملوحة عالية.التحلية هي عملية فصل تستعمل لخفض نسبة الأملاح الذائبة في المياه المالحة إلى مستوى تصبح معه هذه المياه قابلة للاستعمال و الشرب.شرح لنظرية التناضح العكسى (R.O)تعتمد هذه الطريقة أساسا على إمرار المياه المراد معالجتها خلال غشاء شبه نفاذ حيث يتم الحصول على تيار من المياه النقية وتيار من المياه الملحة المركزة نتيجة لفصل الأملاح من المياه التى تمت تنقيتها .ومن خصائص الغشاء انه يسمح بمرور الماء العذب بسهولة ولكن الماء المالح لاينفذ الا بصعوبة .وتعتمد طريقة التناضح العكسى على نظرية الضغط الأسموزىشرح نظرية الضغط الأسموزى :عندما يفصل بين محلول ملحى ومياه نقية (عذبة) بغشاء شبه نفاذ فإن المياه النقية تنفذ من خلال الغشاء وتعمل على تخفيف المحلول حتى يصل تركيز المحلول لدرجة معينة تسمى بالتعادل الأسموزى ويعرف الضغط الذى يؤدى الى نفاذ المياه النقية خلال الغشاء شبه النفاذ لتخفيف المحلول الملحى وحتى الوصول الى التعادل الأسموزى بأنه الضغط الأسموزى .وعندما يرفع ضغط المحلول الملحى الى درجة كبيرة أكبر من الضغط الاسموزى فإنه يمكن عكس سريان المياه خلال الغشاء شبه النفاذ أى ان المياه النقية المحتواه بالمحلول الملحى ستنفذ خلال الغشاء الى ناحية الماء العذب فى اتجاه معاكس لإتجاه الضغط الأسموزى .وتكون الأغشية شبه المنفذه على شكل غشاء رقيق أو ألياف دقيقه مفرغة القلب وهى ذات نفاذية عالية للمياه العذبة وتتحمل ضغوط عمليات التناضح العكسى والتى قد تصل لماء البحر حوالى 60 ضغط جوى وذلك للتغلب على الضغط الأسموزى لمياه البحر وهو 25 ضغط جوى .وينتج من طريقة التناضح العكسى مياه على درجة عالية من النقاوة حسب مواصفات مياه الشربفي المناطق الجغرافية التي تفتقر إلى المصادر الطبيعية للمياه النقية و الصالحة للشرب مثل الأنهار , الينابيع و السيول, تعتمد المجتمعات الموجودة على أنظمة تحلية المياه لأنها مصدر موثوق لا ينضب للمياه و لا سيما مع بداية العام 1950 ميلادية الذي شهد انطلاقة أنظمة التحلية بأسعار اقتصادية و تقنيات مبسطة تعمل في شتى الظروف البيئية.و تم تحديد الأملاح الذائبة في المياه المحلاة بنسبة 500 جزء بالمليون لتكون النسبة المسموح بها دوليا للمياه لجميع الاستعمالات المنزلية, الصناعية و الزراعية.تعتمد تقنية التناضح العكسي على أربعة مراحل أساسية من المعالجات هي:مرحلة ما قبل المعالجةيتم معالجة دفق مياه التغذية لتصبح منسجمة مع شروط عمل الأغشية و لتكون خالية من العوالق الصلبة عبر الفلترة الرملية Multimedia Filter و وحدات خراطيش ميكرونية Cartridge Filters, ضبط الرقم الهيدروجيني Ph Adjustment , إضافة مواد كيميائية Chemicals Dosing لكبح أية تكلسات لاحقة من مواد مختلفة مثل كالسيوم سولفايت.الضغط يتم في هذه المرحلة رفع ضغط الدفق المعالج أوليا إلى مستوى ضغط يناسب الاغشية و حسب نسبة الأملاح في المياه الخام.الفصل بواسطة الأغشيةفي هذه المرحلة تسمح الأغشية القابلة للنفاذ للمياه العذبة فقط من العبور أما الأملاح الذائبة فلا تتمكن من ذلك و يتم تحويلها إلى خط الصرف ذات التركيز الملحي العالي, علما أن نسبة مئوية قليلة جدا تبقى في دفق المياه العذبة و هذا يعود لعدم كمال الأغشية التي تسمح بعبور هذه النسب القليلة.
تأتي الأغشية في عدة أنواع و أهمها الأغشية الحلزونية Spiral Wound و أغشية الأنسجة ذات التجويفات الدقيقة Hollow Fine Fiber .جميع هذه الأغشية تصنع من مادة Cellulose Acetate , Aromatic Polyamids أو كما هو الحال في هذه الأيام من مركبات Film Polymer.إن نوعي الأغشية الوارد اسميهما سابقا يستعملان في المياه ذات الملوحة المنخفضة Brackish او الملوحة العالية Seawater كمياه البحار مع الأخذ باعتبارات نسب الملوحة و الضغوط اللازمة و هذا متوفر بالتفصيل لدى المصنعين العالميين.كما تعمل هذه الأغشية على إزالة أكثر من 75 بالمائة من الأملاح إضافة إلى معظم أنواع العضويات ,الحميات Virus , الجراثيم و غيرها من الملوثات الكيميائية.تتراوح قياس مسامات الأنواع المختلفة من الأغشية بين اقل من 10 انغستروم الى 100 ميكرون.مرحلة التثبيت أو ما بعد المعالجةالمياه العذبة والمنتجة من الأغشية يلزمها ضبط للرقم الهيدروجيني للمياه PH Adjustment و يتم هذا عبر رفعها من حوالي 5 إلى 7.5 .كما يتم تزويده أيضا بنسبة معينة من الكلور لتحصينها إثناء التخزين و الضخ إلى الشبكة من أية يكتيريات قد تدخل إليها.رسم توضيحي للمراحل الأساسية التي تمر بها المياه الخام خلال عملية المعالجة بالتناضح العكسيتتوفر وحدات التناضح العكسي بقياسات مختلفة, فمنها الصغير جدا للاستعمال المنزلي و التي يتراوح طاقة إنتاجها بين 100 و 300 ليترا يوميا وصولا إلى الاستعمالات الضخمة لتغذية المصانع و القرى و المدن حيث تصل طاقة الإنتاج في بعضها إلى أكثر من مائة ألف متر مكعب يوميا.وحدة معالجة لزوم مصانع أو فنادقمشهد من وحدة معالجة لزوم استعمال بلدة أو مدينةاستعمالات مياه التحليةتستعمل مياه التحلية لعدة غايات حياتية نوجزها بالتالي:مياه الشرب: حيث يتم الاعتماد شبه الكلي عليها في البلاد التي تفتقر إلى مصادر طبيعية أو التي تعاني من نسب تلوث عالية في مياه مصادرها الطبيعية, كما تعتمد على هذه المنظومات المجمعات السياحية و الفنادق و عدد كبير عالميا من شركات تعبئة مياه الشرب. الصناعات: حيث تتطلب بعض الصناعات مياه صافية و نقية Pure Water مثل صناعة المكونات الالكترونية,الأطعمة و المواد الغذائية, الأدوية و المستحضرات الطبية و غيرها.الزراعة:في إطار التطور في المجال الزراعي يتم الاعتماد على أنظمة التناضح العكسي لتوفير مياه خالية من الملوثات و التي تسهم في التحكم بالأوبئة الزراعية حيث أفيد عن ارتفاع كمية إنتاج الخيار لدى احد المزارعين في الولايات المتحدة من 4000 دزينة يوميا إلى 7000 دزينة.التناضح العكسي أسئلة و أجوبةFrequently Asked Questions Reverse Osmosisهنالك العديد من الأسئلة البسيطة التي يتم طرحها باستمرار و لكنها غاية في الأهمية و الإجابة عليها تشكل مدخلا هاما لمعرفة هذا النوع من التحلية و المستخدمة على نطاق واسع في عالمنا العربي.قياسات مختلفة من أغشية تناضح 2 , 4 و 8 أنشهل يلزم معالجة أولية قبل التحلية بالتناضح العكسي؟يوجد عدة أنواع للمعالجة المبدئية و التي تسبق تحلية المياه بالتناضح العكسي و اختيار ها يعتمد في الأساس على الإمكانيات, الخبرة و القدرات الفنية لطاقم العمل حيث يمكن التأكيد انه كلما ازدادت جدارة تطبيقات الصيانة الوقائية يمكن الحصول على معالجة مبدئية كيميائية سليمة, فيما عمليات الفلترة الرملية أو إزالة العسرة تتطلب قدر اقل من الصيانة اليومية.مياه التغذية يجب أن تحتوي على قدر قليل من الشوائب الصلبةSolids و الطمي Silt و ذلك حفاظا عل الاغشية من الانسداد و هذا يمكن إنجازه بإزالة هذه الشوائب أو تعليقهم و التقاطهم خلال مرورهم بأحد مراحل المعالجة الأولية مثل التنقية الرملية أو بخراطيش الترسيب Sediment Cartridge مما يحمي الاغشية و يساهم في حسن أدائها لفترة زمنية طويلة.فلتر رمل من القياس الصغير \ تشكيلة من وحدات الفلترة و التصفيةعندما تمر المياه خلال أغشية التناضح العكسي,ترتفع نسبة الايونات في مكونات الدفق المنبوذ Reject Flow و هذا يؤدي حتما إلى ارتفاع نسبة الأملاح الذائبة TDS و لا سيما الكالسيوم و المغنيزيوم و ترسيب جزء منها داخل الاغشية, و على الرغم من إمكانية إزالة الكالسيوم و المغنيزيوم او بإضافة مادة كيميائية لابقائهما مسيلين إلا أن الكثير من خبراء معالجة المياه ينصح بضرورة استعمال وحدة إزالة عسرة Softener في خط المياه قبل دخولها الاغشية و استبدال ايوناتها بايونات صوديوم.أيضا الكلور يلزم إزالته كليا عند استعمال أغشية Thin Film او تخفيض نسبته مع أغشية CTA , و يتم ذلك باستعمال وحدة فلترة كربون و هذا ما يشجع عليه خبراء معالجة المياه, أما ضخ مادة صوديوم ميتابايسولفايت فهي فعالة و لكنها تساهم في نمو البكتيريا التي تسد الاغشية أيضا و تقلل من أدائها.هل يلزم ضبط الرقم الهيدروجيني PH قبل وصول المياه إلى الاغشية ؟المحطات الكبيرة مجهزة بشكل إلزامي بلوازم تعديل PH ما بين 5.5 و 6.5 و هذا يساعد في نظافة الاغشية و منع انسدادهاما هو المطلوب لتركيب و استعمال منظومة تناضح عكسي ؟منظومة التناضح العكسي سهلة و بسيطة و تتألف من مجموعة أنابيب تتحمل ضغوط عالية و تحتوي في داخلها على أغشية التناضح العكسي و التي تقوم بعملية فصل ايونات المياه نتيجة ضغط المياه بواسطة مضخة.ينتج عن العملية تدفقين للمياه , الأول و هو المياه المنتجة ذات الأملاح المنخفضة و التي لا تتجاوز 4% من أملاح مياه التغذية.أما الدفق الثاني فهو ذات التركيز الملحي العالي و الذي يتم رميه عموما و أحيانا يعاد إدخاله إلى أول المنظومة و للمرور في مرحلة ثانية من الاغشية مما يسمح برفع كفاءة المنظومة و قدرتها على الإنتاج.ما هو الضغط المطلوب لتحقيق عملية التحلية ؟يعتمد الضغط المطلوب لعملية التحلية على نسبة التركيز الملحي للمياه في خط النبذ Concentrate و للتوضيح زيادة فان ملوحة على خط النبذ قدرها 1100 بي بي م تتطلب ضغطا اكبر من 200 بي اس أي.اما مياه البحر ذات الملوحة العالية 33000 و أكثر ( 42000 بي بي ام في البحر الأحمر خلال الصيف و تنخفض الى 38000 بي بي ام شتاء) تتطلب ضغطا اكبر من 800 بي اس أي.وحدات التحلية المنزلية المعروفة باسم Under Sink R.O و التي يتراوح انتاجها اليومي بين 30 ليترا و 300 ليترا فلا يزيد ضغطها على 70 بي اس أي.كم ستكون المياه المنتجة نقية و صافية ؟نقاء المياه المنتجة يحدده أمران أساسيان و هما :الأول: و هو نسبة النبذ في الغشاء المستعمل Reject Ratio و الذي يتراوح بين 92 و 99.5 بالمائة.الثاني: نسبة الأملاح في مياه التغذية.اذا قلنا ان نسبة النبذ في غشاء هو 95 % فهذا يعني ان تسربا للاملاح و قدره 5 % سيعبر مع المياه المنتجة و بالأرقام يصبح لدينا التالي:مياه التغذية مع 200 بي بي ام سينتج عنها مياه نقية مع املاح 10 بي بي ام.أما إذا استعملنا أغشية مع نسبة نبذ 99 % فسوف نحصل على مياه منتجة مع أملاح تقارب 2 بي بي أم.نشير إلى أن عمر الاغشية يلعب دورا في ازدياد أملاح المياه المنتجة و بالتالي غسيل الاغشية يؤدي إلى تغيرات واضحة في مواصفات الاغشية و تهبط نسبة النبذ إلى 90 % .كيف نمنع انسداد الاغشية ؟من حيث المبدأ يمكن تطبيق ذلك من خلال تنقية المياه و تصفيتها لإزالة الشوائب الدقيقة و المواد الغروية Colloidal Substances , و بعد ذلك يوجد طريقتين لخفض حظوظ انسداد الاغشية.الطريقة الأولى عبر إضافة مادة كيميائية مضادة للتكلسAntiscalant و ترسب الأملاح في خط تغذية مضخة الضغط العالي قبل وحدة التناضح العكسي.أما الطريقة الثانية فهي بإزالة عسرة المياه في المعالجة الأولية.كيف يتم غسيل الاغشية ؟مبدأ العملية سهلة جدا رغم أنها تتطلب بعض اللوازم مثل مضخة و خزان و خراطيم مياه إضافة إلى مواد كيميائية معينة أو استبدالها بالاسيد لغسيل الرقم الهيدروجيني المنخفض حوالي 4 أو إضافة كوستيك صودا لغسيل الرقم الهيدروجيني العالي 12 .و تتم العملية عبر تدوير السائل المطلوب إلى داخل أنبوب الاغشية و منها إلى الخزان و لمدة لا تقل عن ساعة, يتم بعدها غسيل الاغشية بمياه نظيفة و إعادة التوصيلات و تشغيل المحطة مجددا.الرسم يوضح طريقة التوصيلات الأساسية لغسيل الاغشية.كم تحتاج المحطة من أعمال صيانة يومية ؟هذا الموضوع مرتبط مبدئيا بحجم المحطة و طاقتها و لكن نورد مجموعة من الأعمال الضرورية مثل:غسيل الفلاتر الرملية, فلاتر الكربون, ملء خزانات المواد الكيماوية في حال نقصهاو بالكميات المحددة ,تسجيل قراءات أجهزة القياس و العدادات و ساعات الضغط و حفظها من اجل مراقبة أدائها.( لمزيد من المعلومات يمكن الرجوع إلى قسم أعمال التشغيل و الصيانة في موقعنا لاحقا )ما هو العمر للافتراضي للأغشية بعد التشغيل ؟تدوم الاغشية لعدة سنوات و من النادر أن تخفق جميعها في نفس الوقت و لكنها تبدأ بالفشل تدريجيا حتى تصل إلى مرحلة يلزم فيها تبديلها كليا مع العلم انه يوجد أغشية قيد الاستعمال منذ أكثر من عشرين سنة.هل تنمو البكتيريا في المياه المنتجة إثناء التخزين ؟نعم , يمكن للبكتيريا أن تنمو في المياه المخزنة و هنا تبدو أهمية ضخ مادة الكلور في المياه المنتجة لتحصينها و منع نمو أية جراثيم فيها.كما ينصح بطلاء جدران الخزانات بألوان كامدة مثل الأسود و غيره و ذلك لمنع ظهور الطحالب عليها.الاعتبارات الأساسية في تصميم منظومة تناضح عكسي صناعيةإن الاعتبار الأساسي لتصميم منظومة تناضح عكسي صناعية Industrial Reverse Osmosis System تتمثل في تحديد كمية و نوعية المياه المطلوبة مما يضمن تصميما ناجحا يتطابق مع متطلبات المستخدم الأخيرEnd User .تتألف منظومة التناضح العكسي الصناعية من ثلاثة مراحل رئيسة و هي :المرحلة المبدئية أو ما قبل المعالجة Pre-Treatmentمرحلة المعالجة أو التحلية Treatment Or Desalinationالمرحلة النهائية أو ما بعد المعالجة Post-Treatment Or Adjustmentالمرحلة المبدئية أو ما قبل المعالجةيتم اختيار مكونات هذه المرحلة بعناية فائقة و هي تلعب دورا هاما في وقاية المرحلة اللاحقة من أضرار جسيمة تكلف الكثير من الجهد و المال.و تهدف هذه المرحلة إلى تقليل إمكانية فساد , تكلس و انحلال أغشية التناضح Membranes خلال فترات التشغيل, و يقوم غالب مصنعو الاغشية و من خلال نشرات علمية أو برامج حاسوبية بترشيد المصمم إلى مستلزمات المعالجة الأولية و تحديد أنواع المواد الكيميائية المطلوب استعمالها و كل ذلك بناء على تحاليل كيميائية تفصيلية لعينات من المياه الخام.تجدر الإشارة هنا إلى أن المياه الجوفية Ground Water تتميز عادة بثبات في المكونات و الحرارة و هذا يفيد في معالجة مبدئية اقل كلفة و تعقيدا من التي سوف تستعمل مع المياه السطحية Surface Water و التي تشهد تغييرات واضحة مع تبدل الفصول المناخية و العوامل الطبيعية.مؤشر كثافة الطمي Silt Density Index هو المنهج الذي سيحدد كمية الجسيمات في مياه التغذية Feed Water و بالتالي الوسائل التي يجب استخدامها في المعالجة المبدئية مثل الترويق Clarification , التصفية Filtration أو إضافة مواد تبلمر Polymer .و لآن وحدة المعالجة اللاحقة سينتج عنها دفق يحتوي على تركيز ملحي عال يتم فصله بواسطة الاغشية فأن المواد المذيبة للأملاح مثل :كالسيوم كاربونيت CaCO3 , :كالسيوم سولفايت CaSo4 , باريوم سولفايت BaSo4 , و السيليكا SiO2 يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار حيث يقوم المصمم System Designer بالاعتماد على الإجراءات التالية:· إزالة الكالسيوم بواسطة وحدة التليين بالتبادل الأيوني Softening Ion Exchange .· ضخ أو زرق مادة الحمض Acid.· ضخ أو زرق مادة مانعة للتكلس Antiscalant .· ضخ أو زرق مادتي الحمض و مانع التكلس معا.· تخفيض معدل الاسترداد Recovery.و مجددا نعيد التأكيد أن المصمم سوف يختار إمكانيات المعالجة المبدئية بناء على المعطيات الخاصة بكل مشروع , فإضافة مادة الحمض بدلا من مانع التكلس قد يكون خيارا ممتازا في حال الرغبة في التخلص أيضا من غاز سولفايد الهيدروجين و لكن قد يكون هذا الخيار نفسه سيئا في تطبيق آخر بسبب تشكل ديوكسايد الكربون الذي يستوجب تركيب نظام إضافي للتخلص منه و يدعى Polishing Ion Exchange Unit بعد مرحلة المعالجة أو التحلية.مرحلة المعالجة أو التحليةلمصنعي الاغشية في هذه المرحلة تأثير أساسي من خلال تحديد نوع الاغشية المستخدمة في المنظومة و عددها.أن معدل الجريان Flux Rate المثالي يقدر بنسبة 15 غالون بالقدم المربع \ يوم و اختصارا GFD و ذلك للمياه السطحية Surface Water .هذه النسبة قد تتغير إلى مقادير أخرى إذا كانت مياه التغذية من مصادر مثل مياه جوفية أو مياه بحر أو مياه مبتذلة.بعد حساب عدد الاغشية سيتم تحديد عدد الأنابيب الحاملة Vessels المطلوبة حيث تستخدم معظم المنظومات الصناعية أنابيب ضغطية Pressure Vessels تحتوي عل 6 أغشية, و لكن يمكن استعمال أنابيب ضغطية تحتوي ما بين 3 و 7 أغشية. - يبقى إن نشير إلى أن المساحة المخصصة لمنظومة التحلية تلعب أحيانا دورا في تحديد عدد الأنابيب الضغطية .المهمة التالية تتمحور حول الترتيب الأنسب لهذه الأنابيب الضغطية و ما بداخلها من أغشية, حيث يغلب ترتيب الشجرة في أكثر الأحيان , و هذا يعني أن المرحلة الأولى تحتوي على العدد الأكبر ثم المرحلة الثانية أقل ثم المرحلة الثالثة إن وجدت أقل عددا من الأوليين.إن الهدف من هذا الترتيب هو التخفيف من إمكانية فشل الاغشية بعد فترات طويلة من التشغيل.في المنظومات الصناعية التي تستخدم أنابيب حاملة 6 أغشية يتم الأخذ بالاعتبارات التالية فيما يتعلق بالاسترداد Recovery:المرحلة الأولى: من 45 إلى 55 بالمائة من الاستردادالمرحلة الثانية : من 70 إلى ثمانين بالمائة من الاستردادالمرحلة الثالثة: من 80 إلى 90 بالمائة من الاستردادأما التصميم النموذجي فيتوقف عند المرحلتين و باسترداد 75 % .استخدام برامج الكومبيوتر الخاصة بالتصميمإن البرامج الحاسوبية و التي يقوم مصنعو الاغشية بتوزيعها على شركات معالجة المياه مجانا أو بأسعار رمزية تهدف إضافة للتشجيع التسويقي إلى تقديم الخدمة المتطورة و الدعم الفني اللازم و إلى تخمين الأداء المتوقع للأغشية, كما تقدم التحذيرات للمصممين عند تخطيهم إرشادات المصنعين و توجهاتهم.كما تساعد هذه البرامج في تجربة الخيارات المتاحة للمصممين بسرعة و اتخاذ القرارات بشكل فعال و اقتصادي في آن واحد.المرحلة النهائية أو ما بعد المعالجةيتم في هذه المرحلة فحص المياه الناتجة Permeate من الاغشية و ضبط رقمها الهيدروجيني الذي ينخفض عادة نتيجة الضغط الاسموزي و يتم رفعه إلى حياديته مجددا أي 7.5 بإضافة مواد كيميائية مثل الصودا الكاوية أو غيرها.كما يتم إضافة مادة الكلور بنسبة تتراوح بين 0,1 و 0,5 جزء بالمليون إلى دفق المياه المتجه إلى التخزين أو التوزيع عبر الشبكات و ذلك تحصينا للمياه من البكتيريا عند تعرضها للعوامل الطبيعية و حماية للمستخدمين .أنواع أغشية التناضح العكسي و مميزات كل نوعيتوفر بشكل عام ثلاثة أنواع من أغشية التناضح العكسي و المستعملة في التحلية في زمننا هذا.
مراقبة الكلور لحماية أغشية التناضح العكسيكما سبق و تعرفنا إلى تقنيات التناضح العكسي فأن استمرار أداء عملية التحلية بشكل سليم يعتمد أساسا على مراعاة شروط تشغيل الاغشية. وجود الكلور قد يحط من بعض مواد الاغشية و لذلك يتم اللجوء إلى إزالة الكلور في المياه الخام قبل دخولها إلى الاغشية.عملية إزالة الكلور تتم بضخ او زرق مادة صوديوم بايسولفايت NaHSo3 أو بواسطة فلاتر امتصاص كربونية.ان استخدام الاغشية في تحلية المياه يعتبر استثمارا مكلفا و يجب أن يتلازم مع اجراءات حمايتها و هذه التكلفة الإضافية تعتبر بسيطة مقارنة بالخسائر التي قد تلحق من جراء تجاهلها. قد تحتوي المياه الخام على الكلور الحر Free Chlorine أو الكلور الكلي Total Chlorine و من الهام جدا تحديد نوع و شكل الكلور الموجود و اختيار الصنف الصحيح لجهاز المراقبة.اعتبارات هامة يجب الأخذ بها عند اختيار جهاز مراقبة الكلور :نوع الكلور الموجود في المياه الخام.ما هي الوسيلة المعتمدة لإزالة الكلور .. فلتر كربون أو مادة كيميائية.نسبة الكلور المسموح دخولها إلى الاغشية.أساسيات تشغيل و صيانة محطات تحلية المياه بالتناضح العكسيEssentials of operation and maintenance of R.O plantتتألف أعمال الصيانة الأساسية لمحطات تحلية المياه من التالي:· صيانة دورية و متابعة لوضع مضخات الدفع Booster pumps إضافة إلى تنظيفها و منع التسرب.· تزييت و تشحيم المضخات و المحركات في حال اللزوم و حسب البرنامج المعتمد من قبل المصنعين.· غسل و شطف فلاتر الرمل و الكربونMedia , sand & carbon filters بشكل يومي او أسبوعي حسب نوعية مياه التغذية الخام.· تبديل فلاتر الميكرون ( شمعات ) Cartridge Filters كل ثمانية أسابيع.· التأكد من قراءة أجهزة القياس و ضبطها إن لزم سواء بشكل ميكانيكي أو بمحاليل خاصة.· المحافظة على وجود كميات كافية من المواد الكيماوية في الخزانات لمرحلتي ما قبل المعالجة و ما بعدها Pre and Post treatment chemicals.· إجراء فحص مسباري دوري Probing Inspection للأغشية .· تسجيل القراءات و نتائج فحوص المياه بشكل يومي و عرضها على المختصين لفهم التغيرات و معالجة نقاط الضعف و استباق حصول أية مشاكل طارئة.· جرد المواد الكيماوية و المستهلكات و قطع الغيار و طلب ما ينقص منها.و نذكر أن توفر سجل دائم و كامل لعناوين و أرقام هاتف موردي قطع الغيار,المواد الكيماوية و أصحاب الخبرة في مجال التحلية أمر ضروري و حيوي لطلب المساعدة الفنية و المشورة عند اللزوم.أهم العدادات الموجود فى لوحة التحكم1- عدادات قياس الأس الهيدروجينى ph :والاس الهيدروجينى هو الرقم الذى يحدد مدى حمضية او قلوية الماءزيادة القلوية ( زيادة أيون oH- )H2oزيادة الحموضة ( زيادة ايون H+ )1470قلوىمتعادلحمضىH2o--------> H+ + OH-ملاحظات :1- زيادة الحموضة اى قلة الرقم الهيدروجينى يكون وسط مناسب لزيادة عملية التأكل للأستانلس2- زيادة القلوية اى زيادة الرقم الهيدروجينى يزيد الفرصة فى عملية الترسيب التى تساعد على انسداد المواسير .لذلك يجب ضبط الأس الهيدروجينى عند الحد المسموح به وهو ( 6.9 – 6.2 )2- عداد قياس درجة حرارة الماء المالح :يتم ضبط العداد بحيث اذا زادت درجة الحرارة عن 35 درجة مئوية يوقف المحطة حتى لاتؤثر درجة الحرارة على الاغشية .3- عداد قياس التوصيلية Conductivity :وهى مدى تويل المياه المنتجة للكهرباء ويركب الجهاز على خط خروج المياه المنتجة وهناك علاقة تقريبية بين التوصيلية وكمية الأملاح المذابة فى الماء وهى تقريباً T.D.S = ½ Conductivity 4- عداد قياس Redox :بعد اضافة الكلور فى خزات الماء المالح لقتل المواد العضوية يتبقى جزء منه فى الماء المالح ويقوم الفلتر الكربونى بالتخلص من الكلور الزائد حتى لايؤثر على الاغشية وعليه يكون مهمة هذا العداد قياس كمية الكلور فإذا ذادت عن 600 تتوقف المحطة اتوماتيكياً وكن فى العادى يعطى هذا العداد قراءات اقل من 600 وهذه الارقام لا تعنى مرور كلور حر ولكن هو قياس للكلور الغير حر الوجود فى حامض الهيدروكلوريك المضاف للماء المالح والكلور الموجود فى كلوريد الصوديم .هناك ثلاث قواطع للضغط على شبكة المديولات :الأول : خاص بضغط الماء المالح الداخل على طلمبة الضغط العالى ويتم ضبطه على 1.5 بار بحيث اذا قل الضغط عن ذلك فإن طلمبة الضغط العالى لا تعمل .الثانى : خاص بضغط الماء المالح الداخل على الاغشية ويتم صبطه على 75 بار بحيث اذا زاد عن ذلك يوقف المحطة اتوماتيكياً .الثالث : خاص بضط المياه المنتجة ويتم ضبطه على 1.5 بار فإذا زاد عن ذلك توقف المحطة .شروط المياه المالحة قبل دخولها المديولات:-1- خالية تماماً من الكلور فيجب الكشف عن الكلور الحر بعد الفلتر الكربونى ويكون الناتج صفر2- الضغط قبل طلمبة الضغط العالى لايقل عن 1.5 بار .3- الأس الهيدروجينى للمياه المالحة مابين ( 6.9-6.2) ph4- S.D.I تكون أقل من 1 وهو خاص بنسبة العكارة فى الماء المالح5- درجة حرارة الماء المالح لا تزيد عن 35 درجة مئوية6- ان يكون الماء خالى تماماً من الحديدالغسيل الكيميائى :-من الأسباب التى تؤدى الى غسل المديولات :1- بسبب التغير فى الطاقة الانتاجية2- بسبب ارتفاع ملوحة المياه المنتجة3- بسبب إرتفاع فرق الضغط على المديولات( فائدة الغشيل هو تعويض الاغشية عن خواص فقدتها بسبب طول فترة التشغيل )مكونات دورة الغسيل :-1- خزان مصنوع من البولى إثيلين وذلك لإعداد المحلول2- خلاط للمساعدة على مزج المحلول3- طلمبة الغسيل لضغط المحلول فى الاغشية4- فلنر وذلك لحجز الشوائب والأجزاء الصلبة- دوائر الغسيل :1- الغسيل بدائرة مفتوحة أثناء تشغيل المحطة (On line)2- الغسيل بدائرة مغلقة أثناء توقف المحطة (Closed circle)- كيماويات الغسيل :1- حامض الستريك citric acid (C6H8O7) الحالة صلبة واللون أبيض2- حامض التنيك (PT-B) Tanic acid (C76H52O46 ) الحالة صلبة واللون أصفر يميا الى البنى الخفيف ويتم معالجة المديولات (B-10) بواسطة هذا المركب اى انه يدخل فى التصنيع ومن فوائده ازالة الجلسرين وميتا بيكيريتات الصوديوم المترسبة على الأغشية اثناء عملية التخزين . ويستخدم اثناء الغسيل وذلك لتحسين عملية احتجاز الغشاء للاملاح .3- هيدروكسيد الأمنيوم Amonium Hydroxide (Nh4OH) الحالة سائلة وعديم اللون وهو يعمل علىزيادة قيمة PH ويكون معدل الإضافة 10 مليمتر لكل واحد متر مكعب .أولاً : الغسيل بالدائرة المفتوحة :شروطه :اثتاء الغسيل يجب ان تكون Ph اقل من 5 لأنه اذا زادت عن 5 لا يذوب PT-B فى ماء البحر ويكون راسب بنى ومع ضغط الماء الداخل فإن هذا الراسي قد يسد الشعيرات الداخلية للمديولات . ويفضل ان تكون طلمبة الغسيل أقل فى السعة من الطلمبة التى تستخدم فى حالة الغسيل بواسطة الدائرة المغلقة .طريقة الغسيل : - يتم غسل خزان الكيماويات جيداً بماء خالى من الكلور ويتم ملئه من نفس الماء ويتم وضع الكمية المناسبة من حامض الستريك ويتم تشغيل الخلاط Mixer لمدة حوالى من 20-30 دقيقة ويتم اذابة PT-B فى اناء خارجى بواسطة ماء خالى من الكلور ثم نضيف هذا المحلول الى محلول حامض الستريك مع استمرار تشغيل الخلاط حتى يتم التأكد من تمام الذوبان ثم بعد ذلك نبداء عملية الغسيلإحتياطات عملية الغسيل :- يجب قياس درجة حرارة المحلول بإستمرار بحيث لا يجب ان تزيد عن 35 درجة مئوية وايضاً الـ Ph يجب ان تكون اقل من 5 ph حتى لايتكون راسب يتسبب فى انسداد الأغشية - ويجب ملاحظة لون المحلول فإذا كان أصفر فإن حامض الستريك تركيزه أكبر من تركيز الحديد فيستمر الغسيل- اما اذا كان لون المحلول يميل الى البنى فإن نسبة الحديد أكبر فيجب ان نوقف الغسيل ونطرد المحلول ويتم عمل دورة أخرى بواسطة حامض الستريك للتخلص من الحديد الموجود فى الاغشية – وبعد انتهاء عملية الغسيل يتم عمل نظافة لخزان الكيماويات ويتم إعادة ملئ الخزان بماء خالى من الكلور إحتياطى لأى ظرف طارئ .ثانياً " الغسيل بالدائرة المغلقة Closed Circle :-الطريقة :- كما سبق فى الطريقة السابقة يتم غسل خزان الكيماويات جيداً بماء خالى من الكلور ويتم ملئه من نفس الماء ويتم وضع الكمية المناسبة من حامض الستريك ويتم تشغيل الخلاط Mixer لمدة حوالى من 20-30 دقيقة ويتم اذابة PT-B فى اناء خارجى بواسطة ماء خالى من الكلور ثم نضيف هذا المحلول الى محلول حامض الستريك مع استمرار تشغيل الخلاط حتى يتم التأكد من تمام الذوبان ثم بعد ذلك نبداء عملية الغسيل – ثم يتم عمل Flushing للأغشية قبل اجراء عملية الغسيل ويتم قياس Ph للمحلول ويجب ان لاتقل عن 2.3 والا تزيد عن 11.9 فإذا قلت عن 2.3 يتكون احماض دهنية لها تأثير ضار على الاغشية وعند ذلك يجب اضافة هيدروكسيد الأمونيوم لزيادة قيمة الـPh ويكون معدل الاضافة 10 ملم لكل 1 متر مكعب مياه – ونبداء عملية الغسيل بحيث يكون الضغط بين 3.5 – 5.2 بار وتكون دورة الغسيل مابين ساعة الى ساعتين - يجب قياس درجة حرارة المحلول بإستمرار بحيث لا يجب ان تزيد عن 35 درجة مئوية وايضاً الـ Ph يجب ان تكون اقل من 5 ph حتى لايتكون راسب يتسبب فى انسداد الأغشية بعد انتهاء فترة الغسيل : - يتم طرد المحلول الى الخارج – يتم عمل Flushing لمدة 5 دقائق على الأقل لتطهير الأغشية من الكيماويات .التعقيم Sterilization:-أسباب عملية التعقيم :- عند توقف المحطة لأكثر من يوم وذلك لحمايتها من تكوين مواد بكتيرية أو بيولوجيه وعند تخزين المحطة.كيماويات التعقيم :الفورمالدهيد ( التورمالين ) formaldyhydeالرمز الكيميائى CH2O الحالة سائلة اللون عديم اللونالجلسرين Glycerineالحالة سائلة اللون أصفر شاحبمتيلبيكبريتات الصوديوم Sodium Bisulfiteالرمز الكيميائى NaHSO3 الحالة سائلة اللون أصفر شاحب اللونإذا كان الغرض من التعقيم هو تخزين المديولات فإننا نستخدم ميتا بيكبريتات الصوديوم مع ( الجلسرين أو الفورمالين )وإذا كلن التعقيم بسبب خطأ بيولوجى فى المديول أو نتيجة خطأ فى التشغيل ونريد ايقاف المحطة لحين الاصلاح نستخدم الفورمالين فقطوفى هذه الحالة تتم كما يلى :-يتم تجهيز المحلول – نضيف الفورمالين على ماء خالى من الكلور بنسبة 1% الى 2% اى اذا كان الخزان يسع 1000 لتر نضيف من 10 الى 20 لتر من الفورمالين .يتم عمل دائرة مغلقة بعد طرد 20% من المحلول وهى تعادل كمية المياه الموجودة بالمديولات حتى لا تتسبب فى تخفيف تركيز المحلول ويعد ذلك نكمل الدورة المغلقة لمدة ربع ساعة .يتم قياس درجة الحرارة أثناء عملية الغسيل ويجب الا تزيد عن 35 درجة مئوية .مشاكل التحلية بواسطة التناضح العكسى :-من اكبر المشاكل التى تحدث فى محطات التحلية هو تأكل المواسير الأستانلسويعرف التأكل على انه هو هدم البناء البلورى للمعدن كنتيجة مباشرة للتفاعل الكيميائى أو الكهروكيميائى بين المعدن والبيئة المحيطة به .التفسير العام لحدوث التأكل :-معدن الحديد مثل كل المعادن عندما يوضع فى الماء أو أى محلول اخر فإنه يتأين الى ايونات الحديدوز (fe++) ولكن حيث أن المحلول يميل دائماً الى ان يبقى متعادلاً من الناحية الكهربائية فإن ايونات الحديدوز الموجبة تسطيع أن تدخل الى المحلول فقط عندما يخرج من هذا المحلول ايونات موجبة مساوية فى العدد لأيونات الحديدوز الذائبة فى الماء – وفى الحالات العادية حيث يغمر معدن الحديد فى الماء فإن ايونات الحديد تدخل الى المحلول تزيح من المحلول ايونات الهيدروجين الوجبة (H+) التى تغطى سطح المعدن بغشاء رقيق غير مرئى من زرات الهيدروجين ويطلق على هذه الظاهرة ظاهرة استقطاب المعدن (Metal surface polarization)Fe + 2h+ " fe++ + 2hولكى تتم عملية التأكل فإنه يلزم ازالة الغشاء الهيدروجينى بأى طريقة ويحدث هذا بطريقتين :-1- يتحد الهيدروجين الذائب فى الماء مكونا جزيئات من الماء 2H + O" H2O 2- تتحد ذرات الهيدروجين بعضها مع بعض مكوناً جزيئات من غاز الهيدروجين الذى ينطلق من المحلول على هيئة فقاعات غازية .H + H " H2 # gasويحدث خروج الهيدروجين وانطلاقه من المحلول على هيئة غاز فى المحليل الحمضية وهذا يفسر ان التأكل يكون سريعاً كلما كان المحلول أكثر حمضية .وبصفة عامة فإن الحديد الذى يذوب فى المحلول يترسب فوراً على هيئة هيدروكسيد الحديديك Fe(oh)3 فى وجود الأكسجين وهذا يؤثر على معدلات التأكل.- ترسيب الحديد على هيئة هيدروكسيد الحديديك من المحلول يساعد على ذوبان كمية اخرى من ايونات معدن الحديد التى تترك سطح المعدن وتذوب فى المحلول أى انه يحدث تنشيطاً لعملية التأكل- عندما تكون كمية الأكسجين الذائبة فىالماء محدودة ( خاصة فى الدوائر النغلقة ) فإنها تنقص بإستمرار نتيجة إتحاد الاكسجين مع ايونات الحديدوز Fe++ والهيدروجين H+ الموجود فىالماء حيث يختفى الأكسجين تماماً وبالتالى تقل فرصة حدوث مزيد من عملية التأكل .الحقائق العامة التى تحكم عملية التأكل ( خاصة فى معدن الحديد) :-1- عند درجات الحرارة العادية لا يتأكل الا فى وجود الرطوبة2- لابد من وجود غاز الأكسجين فى المياه حتى يحدث التأكل فى درجات الحرارة العادية .3- يكون التأكل فى الوسط الحمضى أكبر بكثير من التأكل فى الوسط القاعدى .4- يتكون نتيجة التأكل هيدروكسيد الحديدوز الأسود أو الأخضر على سحط المعدن مباشرة ثم يتكون فوق هيدروكسيد الحديديك الأحمر على سطح المعدن وهذا ما يطلق عليه الصدأ .5- فى معظم الأحوال التى يحدث فيها التأكل يكون معدل حدوث التأكل سريعاً فى البداية عنه بعد فترة من الزمن وذلك بسبب تكون طبقة من الصدأ وتكون مصحوبة ببعض الأملاح .6- يزداد معدل التأكل عند درجات الحرارة العادية بزيادة التركيز .7- يزداد معدل التأكل بإرتفاع درجات الحرارة .8- قد تؤدى بعض انواع البكتريا الى الزيادة فى معدل التأكل الكهروكيميائى وذلك فى عدم وجود غاز الأكسجين مثل بكتريا اخنزال الكبريتات وبكترا ترسيب الحديد .9- معدلات التأكل بالنسبة الى المعادن النقية أقل منها بالنسبة للسبائك وذلك لأن معظم السبائك تتركب من أكثر من معدن يختلف الجهد الكهروكيميائى فيها وأيضاً تختلف قدرة كل منها على توصيل الكهرباء .طرق التحكم فى التأكل أو منعه :-1- التخلص من الغازات الذائبة :يعتبر غاز الأكسجين الذائب فى مياه البحر وغاز ثانى أكسيد الكربون الحر من العوامل المؤثرة على زيادة معدلات التأكل ويستخدم نازع الغازات الذى يعمل بطرق التفريغ للتخلص من الأكسجين وثانى اكسيد الكربون الذائبان فى المياه المالحة .2- اختيار المعادن والسبائك المناسبة3- الحماية بتغطية سطح المعدن : وتعتبر هذه الطريقة من الطرق الشائعة لحماية معادن المنشأت المختلفة من أخطار التأكل ومن المواد العازلة والمعروفه والمستخدمه لحماية أسطح المعادن المعرضة للماء الطلاء بأكسيد الرصاص الاحمر واكسيد الحديد الأحمر والزنك والكروم أما فى احواض المياه فعادة ما تبطن بالرصاص أو تدهن بالبيتومين أو الأسفلت الطبيعى .
مرسلة بواسطة ashrafelsawy في 06:14 م
تحلية المياه المالحة
تحلية المياه المالحةتعريف تحلية المياه :هي تحويل المياه المالحة إلى مياه نقية من الأملاح صالحة للاستخدام .ويتم ذلك عبر طرق عديدة للتحلية .عوامل اختيار الطريقة المناسبة للتحلية:أولا : نوعية مياه البحر ( تركيز الأملاح الذائبة الكلية) :تصل كمية الأملاح الكلية المذابة في المياه الخليج العربي إلى حوالي 56000 جزء من المليون في الخبر كما أنها تتراوح ما بين 38000 إلى 43000 جزء من المليون في مياه البحر الأحمر بمدينه جده .ثانياً : درجة حرارة مياه البحر والعوامل الطبية المؤثرة فيه :ويجب مراعاة ذلك عند تصميم المحطات حيث أن المحطة تعطي الإنتاج المطلوب عند درجة الحرارة المختارة للتصميم بحيث لو زادت أو انخفضت درجة الحرارة عن هذا المعدل فإن ذلك يؤثر على كمية المنتج بالزيادة أو النقصان أما العوامل الطبيعية المؤثرة فتشمل المد والجزر وعمق البحر وعند مأخذ المياه وتلوث البيئة .ثالثاً : تكلفة وحدة المنتج من ماء وكهرباء :وذلك بمتابعة أحدث التطورات العالمية في مجال التحلية وتوليد الطاقة للوصول إلى أفضل الطرق من الناحية الاقتصادية من حيث التكلفة الرأسمالية وتكاليف التشغيل والصيانة .وصف مبسط لمحطة تحلية:يبدأ دخول مياه البحر إلى مآخذ مياه البحر من خلال مصافي وذلك لمنع الشوائب من الدخول إلى مضخات مياه البحر التي تقوم بدورها بضخ مياه البحر إلى المبخرات . هذا ويتم حقن مياه البحر بمحلول هيبوكلوريد الصوديوم عند مآخذ مياه البحر أي قبل دخولها المبخرات وذلك لمعالجتها من المواد البيولوجية العالقة بها . ويتم تجهيز هذا المحلول في خزانات ومن ثم يتم حقنه خلال مضخات بمعدلات حسب الطلب .يوجد بمآخذ مياه البحر لوحات توزيع القوى الكهربائية التي تغذي المضخات وغيرها بالكهرباء ، كما يوجد أيضا أجهزة القياس والتحكم اللازمة لهذه المعدات . هذا ويتم انتقال مياه البحر بعد ذلك إلى المبخرات والتي تتكون من عدة مراجل يتم خلالها تبخير مياه البحر ومن ثم تكثيفها وتجميعها .وبالنظر إلى ما يحدث للعمليات المتتابعة المياه لحظة دخولها المبخرات وحتى الحصول على المياه العذبة نجد أنه يتم إضافة بعض الكيماويات منها ( البولي فوسفات ) إلى مياه البحر قبل دخولها المبخرات وذلك لمنع الترسبات (القشور SCALES ) داخل أنابيب المكثفات والمبادلات الحرارية كما نجد أن مياه البحر هذه تمرر على أجهزة تسمى بنوازع الهواء وذلك للتخلص من الغازات المذابة بمياه البحر كما يتم تسخين مياه البحر بواسطة مبادلات حرارية تعمل بالبخار وتسمى ( مسخنات المياه المالحة ) . هذا ويلزم للمبخرات أنواع متعددة من المضخات منها ما يلزم لتدوير الماء الملحي داخل المبخرات ومنها ما يلزم لتصريف الرجيع الملحي إلى قناة الصرف ومنها ما يلزم لضخ الماء المنتج إلى محطة المعالجة الكيماوية .
هذا وبعد ضخ الماء المنتج إلى محطة الكيماوية والتي يتم فيها معالجة المياه المنتجة بالمواد المختلفة مثل الكلور وثاني أكسيد الكربون والجير حتى يصبح حسب المواصفات المطلوبة عالمياً يتم نقله من محطة المعالجة الكيماوية إلى الخزانات الكبيرة التي تمد الشبكة بالماء الصالح للشرب.إنتاج الطاقة الكهربائية في محطات التحلية:عادة ما يتم استغلال جزء من البخار المنتج من محطات التحلية في عملية انتاج الطاقة الكهربائية لتغذية احتياجات محطة التحلية والمجمع السكني ومحطات الضخ ، وعليه يتم تصدير باقي الطاقة المنتجة من هذه المحطة إلى الشبكة الكهربائية .وبالنظر إلى محطة توليد الكهرباء نجد أنها تتكون أساساً من مجموعة من الغلايات تقوم بتحميص البخار المنتج من محطة التحلية والتوربينات البخارية الموصلة بالمولدات التي تنتج الطاقة الكهربائية . هذا وتشتمل المحطة على بعض المعدات المساعدة ومضخات وزانات وقود وأنظمة مكافحة الحريق وبطاريات كهربائية لإمداد الأجهزة الضرورية بالطاقة عند حدوث إي خلل بالشكة ، هذا بالإضافة إلى الحاسب الآلي الذي بواسطته يمكن السيطرة على جميع أجهزة القياس والتحكم والمراقبة لكافة معدات المشروع .طرق تحلية المياه المالحةأولا : تحلية المياه بطرق التقطيرثانياً: تحلية المياه بطريقة الديلزه الكهربائبيةثالثاً : تحلية المياه بطريقة البلورة أو التجميد .رابعاً : التحلية باستخدام طرق الأغشيةأولا : تحلية المياه بطرق التقطيرالفكرة الأساسية لعمليات التقطير تكمن في رفع درجة حرارة المياه المالحة الى درجة الغليان وتكوين بخار الماء الذي يتم تكثيفه بعد ذلك الى ماء ومن ثم معالجته ليكون ماء صالحا للشرب أو الري .طرق التقطير : نذكر منها بعض الطرق المهمة :1- التقطير العادي :يتم غلي الماء المالح في خزان ماء بدون ضغط . ويصعد بخار الماء الى أعلى الخزان ويخرج عبر مسار موصل الى المكثف الذي يقوم بتكثيف بخار الماء الذي تتحول الى قطرات ماء يتم تجميعها في خزان الماء المقطر . وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الصغيرة.2- التقطير الومضي متعدد المراحل :اعتماداً على الحقيقة التي تقرر أن درجة غليان السوائل تتناسب طردياً مع الضغط الواقع عيها فكلما قل الضغط الواقع على السائل انخفضت درجة غليانه . وفي هذه الطريقة تمر مياه البحر بعد تسخينها إلى غرف متتالية ذات ضغط منخفض فتحول المياه إلى بخار ماء يتم تكثيفه على أسطح باردة ويجمع ويعالج بكميات صالحة للشرب . وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الكبيرة (30000 متر مكعب أي حوتاي 8 ملايين جلون مياه يوميا ) .3- التقطير بمتعدد المراحل ( متعدد التأثير ):تقوم المقطرات المتعددة التأثيرات بالاستفادة من الأبخرة المتصاعدة من المبخر الأول للتكثف في المبخر الثاني . وعليه ، تستخدم حرارة التكثف في غلي ماء البحر في المبخر الثاني ، وبالتالي فإن المبخر الثاني يعمل كمكثف للأبخرة القادمة من المبخر الأول ،وتصبح هذه الأبخرة في المبخر الثاني مثل مهمة بخار التسخين في المبخر الأول. وبالمثل ، فإن المبخر الثالث يعمل كمكثف للمبخر الثاني وهكذا ويسمى كل مبخر في تلك السلسة بالتأثير.4-التقطير باستخدام الطاقة الشمسية :تعتمد هذه الطريقة على الاستفادة من الطاقة الشمسية في تسخين مياه البحر حتى درجة التبخر ثم يتم تكثيفها على أسطح باردة وتجمع في مواسير .5-التقطير بطريقة البخار المضغوط .:بينما تستخدم وحدات التقطير متعدد التأثير والتبخير الفجائي مصدر بخار خارجي للتسخين كمصدر أساسي للحرارة ، فإن التقطير بانضغاط البخار – والذي يختصر عادة إلى التقطير بالانضغاط –يستخدم بخاره الخاص كمصدر حراري بعدما يضغط هذا البخار . وفي هذه الطريقة ، يمكن الحصول على اقتصادية عالية للطاقة . ولكن ، من الضروري الحصول على الطاقة الميكانيكية باستخدام ضاغط ( أو أي شكل للطاقة المستفادة بأجهزة أخرى مثل ضاغط الطارد البخاري steam-ejector compressor). وبرغم اختلاف هذه العملية للتقطير عن العملية المثالية فأنه يلزم التنويه بأن مصادر حرارية كم هو الحال في عمليات التقطير الأخرى والتي نوقشت في الفصل الحالي.يسخن ماء البحر مبدئيا في مبادل حراري أنبوبي مستخدما كلا من الماء الملح والماء المطرود والماء العذب الخارجي من الوحدة ثم يغلى ماء البحر داخل أنابيب المقطر . وتضغط الأبخرة ، ثم ترجع الى المقطر حيث تتكثف خارج الأنابيب مما يوفر الحرارة اللازمة لعملية الغليان . وتسحب الغازات غير القابلة للتكثيف من حيز البخار والتكثيف بوساطة مضخة سحب أو طارد بخاري أيهما يلائم.ويعتبر الضاغط هو قلب وحدة التقطير. فإذا لم تضغط الأبخرة فإنه لا يمكنها التكثف على الأنابيب الحاملة لماء البحر المغلي لأن درجة حرارة تكثيف البخار النقي عند ضغط معين تقل عن درجة حرارة غليان الماء الملح عند هذا الضغط . فمثلا ، إذا كان ضغط البخار 1 ضغط جوي ، فإن بخار الماء يتكثف عند درجة 100 م ، ولكن ماء البحر بتركيز مضاعف يغلي عند حوالي 101م . وحتى يتسنى للأبخرة التكثف عند درجة حرارة 101م ، فإنه يلزم على الأقل لهذه الأبخرة أن تضغط الى ضغط 1.03 ضغط جوي.ثانياً -الفرز الغشائي الكهربائي (الديلزة):عُرفت الديلزة الكهربائية تجارياً منذ الستينات ، أي عشر سنوات قبل التناضح العكسي . أسلوب تكلفة فعال لتحلية مياه الآبار المالحة وفسح المجال للاهتمام في هذا الشأن .وتعتمد تقنية الديلزة الكهربائية على الأسس العامة التالية .أغلب الأملاح الذائبة في الماء متأينة إيجابيا (CATHODIC) أو سلبياً ( IONIC) .هذه الأيونات تنجذب نحو القطب الكهربائي ( ELECTROD) حسبما تحمله من شحنة كهربائية ( ELETRIC CHARGE ) .يمكن إنشاء أغشية تسمح انتقائياً بمرور الأيونات حسب شحنتها الكهربائية ( سالبة أو موجبة ) .إن محتويات الأيونات الذائبة في المحلول الملحي مثل الصوديوم ( +) الكلور أيد (-) الكالسيوم (++) والكربونات (--) تظل منتشرة في الماء لتتولى معادلة شحناتها الخاصة . وعند توصيل الأقطاب الكهربائية إلى مصدر تيار خارجي ، مثل البطارية المتصلة بالماء ، فإن الأيونات تتجه نحو الشحنات المعاكسة لشحناتها والموجودة في المحلول ، وذلك ممن خلال التيار الكهربائي الساري في المحلول سعياً وراء التحييد ( NEUTRALIZATION ) . ولتتم تحلية المياه المالحة من خلال هذه الظواهر فإن الأغشية التي تسمح بمرور أيونات من نوع واحد فقط ( وليس النوعين ) توضع بين قطبين كهربائيين ، على أن يتم وضع هذه الأغشية بطريقة متعاقبة ،أي غشاء واحد لانتقاء الأيونات ذات الشحنة الموجبة السالبة ، مع ضع لوح فاصل بين كل غشاءين يسمح بانسياب الماء بينهما ويشكل أحد اللوحين الفاصلين قناة تحمل مياه التغذية والمياه المنتجة ، بينهما يشكل اللوح الفاصل الأخر قناة تحمل مياه الرجيع . وحيث أن الأقطاب الكهربائية مشحونة وتناسب مياه التغذية المالحة عبر اللوح الفاصل بزاوية مستقيمة على القطب ، فإن الأيونات تنجذب وتتجه القطب الإيجابي . وهذا يؤدي تركيز أملاح قناة الماء المنتج . وتمر الأيونات ذات الشحنة السالبة خلال الغشاء الانتقائي لها ولكنها لا تستطيع أن تمر خلال الغشاء الخاص بالأيونات الموجبة والذي يقفل خطها وتبقي للأيونات السالبة في الماء المالح ( الرجيع ) . وبالمثل فإن الأيونات الموجبة تحت تأثير القطب السلبي تتحرك في الاتجاه المعاكس من خلال الغشاء المنتقي للأيونات الموجبة إلى القناة ذات الماء المركز في الجانب الآخر ، وهنا يتم اصطياد الأيونات الموجبة حيث أن الغشاء التالي ينتقي الأيونات السالبة ويمنع أي تحرك نحو القطب . وبهذا الأسلوب يتم إيجاد محلولين أحدهما مُركز والآخر قليل التركيز بين الغشاءين المتعاقبين المتجاورين. وهذان الفراغان المحتويان من قبل الغشاءين ( واحد للأيونات السالبة ولآخر للموجبة ) يسميان خلية . ويتكون زوج الخلية من خليتين حيث يهاجر من إحداهما الأيونات ( الخلية المخففة للمياه المنتجة ) وفي الأخرى تتركز الأيونات ( الخلية المركزة لمياه الرجيع ) .وتتكون وحدة الديلزة الكهربائية من عدة مئات من أزواج الخلايا مربوطة مع بعضها البعض بأقطاب كهربائية تسمى مجمع الأغشية . وتمر مياه التغذية متحاذية في آن واحد عبر ممرات من خلال الخلايا لتوفير انسياب المياه المنتجة المحلاة كما يمر الماء المركز من المجمع .واستناداً على تصميم النظام فإنه يمكن إضافة المواد الكيمائية في المجمع لتخفيف الجهد الكهربائي ومنع تكوين القشور .وتتكون وحدة الديلزة الكهربائية من العناصر الأساسية التالية .مرفق المعالجة الأولية .مجمع الأغشية .مضخة تدوير ذات ضغط منخفض .إمداد طاقة للتيار المباشر ( مقوم – RECTIFIER ) .معالجة نهائية .يجب معالجة مياه التغذية منذ البداية لمنع المواد التي تعرق الأغشية أو تسد القنوات الضيقة في الخلايا من الدخول إلى مجمع الأغشية . ويتم تدوير مياه التغذية من خلال المجمع بواسطة مضخة ذات ضغط ضئيل للتغلب على مقاومة المياه أثناء عبورها للممرات الضيقة . وغالباً ما يركب مقوم لتحويل التيار المتذبذب إلى تيار مباشر يتم تزويده للأقطاب من خارج مجمعات الأغشية .وتشمل المعالجة النهائية ( الأخيرة) تثبيت الماء وتجهيزه للتوزيع ، والتي ربما تتضمن إزالة الغازات مثل سلفايد الهيدروجين أو تعديل درجة القلوية .تقنية الديلزة الكهربائية المعكوسةمنذ مطلع السبعينات قدمت إحدى الشركات الأمريكية علمية الديلزة الكهربائية المعكوسة على أساس تجاري . وتقوم وحدة الديلزة الكهربائية المعكوسة عموماً على الأسس ذاتها التي تقوم عليها وحدة الديلزة الكهربائية ، غير أن كلاً من قناتي الماء المنتج والماء المركز متطابقتان في التركيب الإنشائي ، وعلى فترات متعددة من الساعة الواحدة تنعكس قطبية الأقطاب كما ينعكس الانسياب آنياً بحيث تصبح القناة المنتجة هي قناة المياه المركزة وقناة المياه المركزة هي قناة المياه المنتجة ، والمنتجة هي المعاكس عبر مجمع الأغشية وبمجرد انعكاس القطبية والانسياب فإن كمية وافية من المياه المنتجة تنصرف حتى يتم غسيل خطوط مجمع الأغشية ويتم الحصول على نوعية المياه المرغوبة . وتستغرق عملية الغسيل هذه ما بين 1-2 دقيقة ثم تستأنف عملية إنتاج المياه . ويفيد انعكاس العملية في تحريك وغسيل القشور والمخلفات الأخرى في الخلايا قبل تراكمها وتسببها لبعض المعضلات ( الانسداد مثلا ) . والغسيل يسمح للوحدة بالتشغيل بقليل من المعالجة الأولية ويقلل اتساخ الأغشية .ثالثاً : تحلية المياه بطريقة البلورة أو التجميد .الفكرة الأساسيةتعتمد عملية إزالة ملوحة المياه بالتجميد على الحقيقة الثابتة أن بلورات الثلج المتكونة بتبريد ماء ملح تكون خالية من الملح ، مما يجعل هناك تشابها بين هذه العملية وعملية التقطير التي تنتج بخارا خاليا من الأملاح من محلول من الماء الملح.هذا التشابه يظهر فقط من ناحية خلو الناتج في كلتا العمليتين من الأملاح ولكنهما بالطبع يختلفان من الناحية العملية حيث تتم عملية التقطير عند درجة حرارة أعلى من الدرجة المحيطة بينما تتم عملية التجميد عند درجة حرارة أقل من الدرجة المحيطة . هذا الاختلاف في درجة حرارة التشغيل ، في كلتا العمليتين ، يؤثر على تصميم الأجهزة والمعدات الخاصة بكل عملية، إذ يراعي في تصميم عملية التقطير تقليل كمية الحرارة المفقودة من وحدة التقطير الى الجو المحيط ، بينما يراعي في تصميم عملية إزالة الملوحة بالتجميد التقليل من كمية الحرارة المكتسبة بوحدة التجميد من الجو المحيط . وأهم عيوب إزالة ملوحة المياه بالتجميد هي المشاكل الناجمة عن نقل وتنقية الثلج ، وأهم مميزاتها التقليل من الترسب والتآكل إذ يتم التشغيل عند درجات حرارة منخفضة نسبيا .وتعتمد عملية إزالة ملوحة المياه بالتجميد – وتصميم معداتها – على القواعد الأساسية المعروفة والأجهزة الخاصة بتنقية التبريد ، ولكن بعد تعديلها لتناسب إزالة ملوحة المياه بالتجميد .وتنقسم عملية إزالة ملوحة المياه بالتجميد الى طريقتين : التجميد المباشر والتجميد غير المباشر .التجميد المباشر :يبين شكل (7 – 1) الفكرة الأساسية لعملية التجميد المباشر والذي يعرف بعملية زارشين Zarchin process (أيضا يعرف بعملية التفريغ والتبخير الفجائي Vacuum-flash process). ولقد تم إجراء الكثير من التعديلات على هذه الطريقة بشركة كولت إندستريز Colt Industries بمدينة بلويت بولاية ويسكونسون الأمريكية. وفي هذه العملية ، يدخل ماء البحر بعد تبريده في المبادل الحراري الى برج التجميد (المبلور crystallizer) حيث يكون الضغط داخل البرج ما بين 3و4 مم زئبق ( حوالي 0.005 ضغط جوي ) مما يسبب التبخير الفجائي لجزء من ماء البحر . وتسحب الحرارة اللازمة للتبخير من الجزء المتبقي من ماء البحر ، مما يسبب هذا الجزء ( درجة التجميد حوالي –1,9 درجة مئوية لماء البحر النقي وحوالي 3,8 درجة مئوية لما البحر ذي التركيز ضعف التركيز العادي). وتعطى المجمدات الحديثة معدلات بلورة في حدود من 1 الى 1,5 طن من الثلج لكل ساعة ولكل متر مكعب من حجم المبلور .ومن دراسة احتياجات الطاقة الحرارية ، يتضح أن إزالة ملوحة المياه بالتجميد تحتاج الى حوالي 80 سعرا حراريا لإنتاج كيلو جرام واحد من الثلج ، بينما تحتاج إزالة ملوحة المياه بالتبخير الى حوالي 600 سعر حراري لإنتاج كيلو جرام واحد من البخار . وعليه ، فإن الحرارة المستخدمة لإنتاج كيلو جرام واحد من البخار تكفي لإنتاج 7,5 كيلو جرام من الثلج . ولكن يراعى في حالة الإعذاب بالتجميد ضرورة غسل الثلج الناتج للتخلص من الأملاح الدقيقة المصحوبة مع البلورات ، والتي قد تمثل 50% من وزن البلورات .وتعتبر طريقة غسلالثلج بتمريرة عكس تيار من ماء الغسيل يسري الى اسفل , من أكفأ الطرق لغسل البلورات من الملح إذ تفقد كمية محدودة جدا من المياه العذبة أثناء عملية الغسيل . ويوجد حاليا أعمدة غسيل ذات كفاءه عالية وحجم صغير , حيث تتم عملية الغسيل في عمود ذي ضغط عال نسبيا ومغمور كليا بالسائل . ويتم سريان كل من الماء الملح المركز والماء العذب خلال مبادل حراري لتبريد ماء البحر مبدئيا .التجميد غير المباشرتستخدم هذه الطريقة مبردا ذا ضغط جزئي أعلى بكثير من الضغط الجزئي للماء ، حتى يمكن التغلب على العيوب الناتجة من انخفاض الضغط الجزئي للماء عند درجة التجمد ، مما يسبب انخفاض كثافة بخار الماء ، وبالتالي يزداد حجم البخار الذي يلزم إزاحته ، هذا بالإضافة الى الحاجة الى جهاز محكم للتفريغ . وبالطبع ، يجب أن يختار المبرد بحيث لا يكون ذوابا في الماء حتى تسهل عملية الفصل . وتتوافر هذه الصفات في مبردات مختلفة تستعمل في هذا المجال مثل البيوتان والمواد العظوية المفلورة fluorinated organics ، مثل فريون 114 . ويبين شكل (7-3) رسما توضيحيا لعملية التجميد غير المباشر باستخدام البيوتان . وتبلغ درجة حرارة غليان البيوتان عند الضغط الجوي –0.5 م مما يجعلها قريبة جدا من درجة حرارة تجمد الماء . ويدخل كل من سائل البيوتان وماء التغذية الى المجمد ، حيث الضغط أقل بقليل من الضغط الجوي ، مما يسبب غليان البيوتان بعد أن يأخذ الحرارة اللازمة للتبخير من الماء بتحويلة الى ثلج . ويتكون 1.15 طن من الثلج بتبخير طن واحد من البيوتان ( الحرارة اللازمة لتبخير البيوتان عند درجة –3م حوالي 91 سعر / كجم ) . ويتم غسل مزيج الثلج والماء الملح بكمية صغيرة من تيار معاكس من الماء العذب ، بينما يذهب معظم بخار البيوتان الى الضاغط رقم 1 حيث يضغط الى ضغط أعلى من الضغط الجوي بقليل . وفي المصهر ، يتم التلامس ما بين البيوتان من الضاغط والثلج ، مما يسبب انصهار الثلج مع تكثف بخار البيوتان الى سائل البيوتان ، ثم يتم فصل الماء عن البيوتان في المصفق decanter نتيجة لاختلاف الكثافة ( 1 و 0.6 على التوالي ) . ويتم إرجاع سائل البيوتان الى المجمد ، بينما يخرج الماء العذب من وحدة إزالة الملوحة بعد استخدامه لتبريد ماء البحر في مبادل حراري . وتستخدم عملية الفريون 114 طريقة الانصهار غير المباشر بدلا من الانصهار بالتلامس المباشر ( التي يستخدمها البيوتان ) مما يقلل تلوث الثلج المذاب بسائل التبريد. ويمر جزء صغير من بخار البيوتان الى الضاغط رقم 2 حيث يضغط الى ضغط أعلى من الضغط الناتج من الضاغط رقم 1 . ويمرر البخار الناتج من الضاغط رقم 2 الى مكثف بالمياه حيث يتكثف بخار البيوتان الى سائل ويعود الى المجمد . وتعتبر هذه الدورة الإضافية للبيوتان بمثابة التبريد المساعد اللازم لتعويض الحرارة المتسربة الى وحدة إزالة الملوحة حتى يمكن المحافظة على درجات حرارة باردة متواصلة .