تصميم نظام تناضح عكسي" تحديد نوع وعدد الاغشية"

تصميم وحدات التناضح العكسي "تحديد نوع وعدد الاغشية المطلوبة للوحدة

أولا إستكمالا لما بدأناه في المقال الاول حول إختيار وتحديد نوعية المعالجة الأولية ”pretreatment” يبقي لدينا الحديث عن "TOC" وهي مجموع المواد العضوية وأثرها السلبي على الأغشية وكيفية التخلص منها في المعالجة الاولية.

 أيضا قياس نسبة البكتريا وأثرها على الأغشية بالأضافة إلى أساليب التخلص منها قبل وحدة التناضح العكسي
وقبل أن نبدأ في تصميم وحدات التناضح العكسي نجد فكرة عامة عن التناضح العكسي"REVERSE OSMOSIS"  بالإضافة الى ما يجب ملاحظته في تحليل المياه لتصميم وحدات معالجة أولية مناسبة وذلك على مدونتي في اللينك التالي

تصميم وحدات تناضح عكسي المقال الاول 

TOC

مجموع المواد العضوية هو قيمة حضور المواد العضوية الذائبة والعالقة في مياه التغذية لوحدة التناضح العكسي
وتقاس بالملي جرام على اللتر وهي لها تاثير غير مرغوب فيه على أغشية التناضح العكسي حيث تسبب ترسبات
عضوية"organic fouling" على الأغشية تؤدي اإلى تقليل الإنتاج وفي بعض الأحيان تؤدي إلى زيادة ملوحة مياه الإنتاج وتصعب
إزالتها حتى مع الغسيل الكيميائي لذلك يجب التخلص منها قبل دخول المياه إلى وحدة التناضح العكسي
ويمكن التخلص منها بعدة طرق منفصلة أو متصلة , قد تكون وحدة فلترة رملية مع معامل تجلط كافية لتجمع
المواد العضوية العالقة وحجزها على الفلتر الرملي وهي أقل الطرق كفائة ولا تصلح مع المواد العضوية الذائبة.

يمكن أيضا التخلص منها بحقن نسبة من الكلورين"chlorine source "  على دخول الفلاتر فيعمل على تكسير المواد العضوية ومن ثم ترسيبها على سطح الفلتر.

أما أنسب الطرق في إزالة المواد العضوية العالقة وهو الفلتر الكربوني وهو فلتر يحتوي على طبقة من الكربون تمر
المياه من خلاله فتعمل حبيبات الكربون علي اضمصاص "حجز" المركبات العضوية علي سطحه .
لا يجب ان نقلق من المواد العضوية إلا لو زادت عن 3 جزء في المليون"3ppm"  عندها يجب التخلص منها أو خفضها
تحت 3 جزء في المليون. فيما بعد ستكون هناك مقالات عن تصميم فلاتر الكربون والفلاتر الرملية وأنواع ونسب
حقن معاملات التجلط والتجبن.

بكتريا"BACTERIA"

 يقاس عدد البكتريا بإختبار تحديد عدد البكتريا الكلي"total bacterial count" وهو إختبار مهم حيث يوضح إحتمالية تكون مستعمرات بكتيرية داخل وحدة التناضح العكسي أو حتي داخل مراحل المعالجة الاولية ومن ثم ننظر في طرق التخلص من
البكتريا في الخطوط لتجنب تكون الترسبات البكتيرية داخل الاغشية"bio fouling"
يستخدم الكلورين في التخلص من البكتريا حيث أن 1 جزء في المليون كفيلة بالقضاء نهائيا على البكتريا الموجوده في
المياه. ولكن الكلورين ايضا يستهلك في ترسيب المواد العضوية لذلك يمكن حساب معدل الكلورين المطلوب
لترسيب المواد العضوية والحديد والمنجنيز وغيرهم من المواد الذائبة التي يعمل الكلورين على أكسدتها وترسيبها
وذلك عن طريق تحديد ما يسمي بالمطلوب الكلوريني"chlorine demand" وأنا أرجو أن تُحفظ المصطلحات بمعناها بالانجليزية وذلك لنتماشي مع الفكر العام حيث أن المصطلح اصله إنجليزي لذلك سيكون له نفس المعني عند كل المتخصصين أما بالعربية فقد
لا يعرف البعض عما تتحدث. 

وسنتناول كيفية تحديد نسبة الكلورين المطلوبة في ذلك في مقال خاص عن التطهير والتعقيم فيما بعد

ومن ذلك كله يمكننا تحديد نسبة الحقن في المعالجة الاولية ودائما ما يكون حقن الكلورين في أول مراحل المعالجة الأولية ويفضل أن يكون على دخول خزان التجميع أو التغذية لتوفير وقت كافي لتفاعلات الكلورين المختلفة لضمان أكبر كفائة وتأثير.

تأثير الكلورين على الأغشية خطير حيث أن نسبة 1 جزء في المليون خلال ساعة واحدة قد تسبب تلف في الأغشية
أو زيادة الأملاح بصورة غير قابلة للتحسين لذلك دائما يجب ان تتابع نسبة الكلورين في دخول مضخة الضغط
العالي وذلك بقياسها يدويا عن طريق الفني بجهاز قياس الكلورين أو أن تكون هناك وحدة قياس "ORP sensor" مثبتة على الخط وتعطي إشارة بفصل المحطة أوتوماتيكيا في حالة قياس أي نسبة للكلورين في دخول مياه التغذية وشطف الوحدة مباشرة بالماء المُحلي.

أفضل وأنسب الوسائل في التخلص من الكلورين علي دخول خط التغذية هو حقن مادة مختزلة تعمل على إختزال
الكلورين أو بمعني اوضح التخلص منه وهي "SMBS"  صوديوم ميتا باي سالفات وتكون نسبة الحقن دائما ثلاث أضعاف نسبة الكلورين التي يتم حقنها  في المعالجة الاولية.

تحديد نوع وعدد الأغشية

 أجد أن أهم المعلومات لتصميم وحدة تناضح عكسي هي مصدر المياه من حيث ان كانت  مياه أنهار أم مياه أبار جوفية أو مياه بحار
وأيضا نسبة الاملاح مقاسة بالملي جرام في اللتر أو بالجزء في المليون وكمية المياه المطلوب إنتاجها
توجد أنواع مختلفة ومتنوعة من الأغشية وبصفة عامة سنتحدث عما يهمنا من هذه الانواع في معظم أعمال وحدات التناضح
المتعارف عليها والمنتشرة في مصر والخليج, حيث نجد من حيث المقاس يوجد هناك أغشية بقطر 4" وطول 1 متر
," وأغشية بقطر 8" ونفس الطول السابق وفي القليل من المحطات ذات القدرات الفائقة نجد اغشية بقطر 16"
لاسباب اقتصادية إذا زاد معدل الإنتاج المطلوب عن 3 متر مكعب في الساعة تُستخدم الأغشية بمطر 8" وفي معدلات الإنتاج الأقل من ذلك يمكن إستخدام الأغشية بقطر 4"
من حيث الأملاح تنقسم الأغشية إلى ثلاث أنواع هي أغشية مياه السنبور "Tap-water membrane"وأغشية مياه قليلة الملوحة"brackish water membrane" وأغشية مياه البحر"sea water membrane"

أغشية مياه السنبور تستخدم مع مياه لا تتجاوز ملوحتها 1000 جزء في المليون
أغشية مياه الابار المالحة قليلا وهي تستخدم مع مياه لاتزيد ملحتها عن 12000 جزء في المليون
أغشية مياه البحر وهي تستخدم مع مياه ملوحتها تصل الي 50000 جزء في المليون
يجب قراءة كتيب بيانات الغشاء جيدا ولتسهيل فهم كتيب البيانات يجب الاحاطة ببعض المفاهيم المهمه للتصميم

FLUX

الغشاء كما تعرفنا من المقال الأول هو عبارة عن غشاء شبه منفذ ملفوف حول مخرج المياه المحلاه كما هو موضح بالصورة, وتقاس قدرة الغشاء بكمية المياه المنتجة من كل متر مربع من ذلك الغشاء في الساعة وذلك معني مصطلح الفلكس وهو كمية المياه المنتجة بالمتر مكعب لكل متر مربع من سطح الغشاء في الساعة .
وتختلف تلك القيمة بنوعية المياه وجودتها حيث تقل مع زيادة العكارة والسيلت"silt"  وزيادة الأملاح والعكس صحيح.

SDI

هي مؤشر عن الأجسام والعوالق الموجودة بالمياه المغذية لوحدة التناضح العكسي والتي تعطي مؤشر عام عن إحتمالية حدوث
ترسبات وتكتلات على سطح الغشاء ويمكن قياسها بجهاز قياس sdi ويجب ألا تزيد عن 5 .

فيما يلي جدول مقارنة بين معدل flux و SDI لغشاء 8" من إنتاج شركة DOW filmetic 

نظام متعدد المراحل"multistage"

هو نظام نستخدم فيه مياه الصرف ذات الملوحة المضاعفة في تغذية مرحلة ثانية من الأغشية والهدف منها زيادة الإنتاج

نظام متعدد المسارات"permeate staged system" 

وهو نظام نستخدم فيه المياه المحلاه من المسار الأول في تغذية مسار ثاني وذلك لزيادة جودة المياه المنتجة ومن نتائجها نقص
الإنتاج

تابعوني في دورة تصميم وتركيب وتشغيل الفلاتر الرملية والميسرات وفلاتر البيرم والجرين ساند على موقع WWW.UDEMY.COM على اللينك التالي:

دورة تصميم الفلاتر الرملية وفلاتر إزالة الحديد والميسرات والمبادل الأيوني والتناضح العكسي بخصم 70% على اللينك التالي

RECOVERY

هي النسبة بين المياه المنتجة المحلاه الي المياه المغذية ويطلب تحديدها من البداية لاكمال التصميم ويتم تحديدها علي حسب
مواصفة المياه من حيث الملوحة ومصدر المياه
في المياه ذات ملوح تصل الي 12000 يمكن رفع recovery الي 75 % اما في ملوحة مياه البحر وهي 35000 جزء في
المليون لا يمكن ان تزيد recovery عن 50 % وفي الملوحة من 13000 الي 30000 جزء في المليون تكون recovery من
% %45 الي 55%
وهناك مقياس اخر لاختيار recovery وهو عدد الاغشية المتتالية في وعاء الضغط فكلما زاد عدد الاغشية امكن زيادةrecovery وفي الكتيب الفني لأغشية فلمتك نجد جدول اختيار recovery لأغشية المياه قليلة الملوحة وأغشية مياه البحر التي
تبدا من 35000 جزء في المليون

 

خطوات تصميم وتحديد عدد الاغشية

 1-  تحديد نوع الغشاء كما تم شرحه ويمكن المقارنة بين العلامات التجارية commercial brandsالمتوفرة لنفس النوع من خلال اجراء خطوات التصميم الاتية -
لكل علامة تجارية لنري في النهاية أيهم يحقق أعلي طرد للاملاح وتوفير للكهرباء من خلال الاحتياج الي مضخة ضغط عالي
ذات تصرف وضغط منخفضين بالاضافة الي اي العلامات التجارية سيحقق الغشاء الخاص بها اقل تكلفة للاغشية من خلال
ارخص سعر واقل عدد مطلوب  للمحطة ولكن مع الحفاظ علي كفاءة المحطة من خلال التصميم الامن واختيار نوع
وعلامة تجارية موثوق بها.
2- اختيار Flux -
كل غشاء تختلف قدرته والفلكس الخاص به حسب ملوحة ومصدر وجودة المياه من الجداول المرفقة يمكن اختيار الفلكس
المناسب
3 تحديد العدد المطلوب -
يتم تحديد عدد الاغشية المطلوب من المعادلة الاتي

عدد الاغشية = معدل السريان المطلوب انتاجه  من المياه المحلاه مقسوم علي حاصل ضرب الفلاكس في مساحة سطح الغشاء

4- توقع عدد اوعية الضغط المطلوبة لاستيعاب الاغشية

يمكن استنتاج عدد الاوعية بشكل مؤقت حيث اننا لن نتيقن من عدد الاوعية ولا حتي من عدد الاغشية بشكل نهائي الا بعد اجراء التصميم علي البرنامج المحاسبي الخاص بذلك الغشاء وذلك لأن كمية المياه وضغطها علي أول غشاء في الوعاء لن تكون مساوية لاخر غشاء والبرنامج يحسب تلك الامور بالنيابة عنا ولكن ما نفعله هو تقريب المسافات علي انفسنا ولتسهيل التوصل الي نتائج ناجحة في اسرع وقت

ويمكن حساب عدد الاوعية ومقاسها من حيث عدد الاغشية التي يمكن استيعابها كالاتي

نحدد عدد المراحل في المحطة وهي عادة في المياه المالحة حتي 12000 جزء في المليون تتراوح من مرحلة الي مرحلتين ويمكن اختبار التصميم في الحالتين, اما في المياه المالحة حتي 50000 جزء في المليون فلن يزيد عد المراحل عن مرحلة واحدة قد تزيد عدد المسارات لتحسين جودة المياه المنتجة ولكن ليست المراحل والفرق بينهم تم توضيحه من قبل.

نحدد ايضا عدد الاغشية المطلوب استيعابها بسهولة حيث كلما اردنا تحقيق recovery اعلي نزيد من سعة الوعاء للاغشية المتتالية والتي يمكن ان تصل الي 7 اغشية والمتوفر من الاوعية غالبا تكون من 1 الي 6 اغشية كقدرة استيعابية للوعاء من الاغشية

بعد ذلك نستخدم المعادلة الاتية

 

عدد اوعية الضغط = عدد الاغشية مقسوم علي الطاقة الاستيعابية للوعاء من الاغشية

سنتناول في المقال القادم مراحل اختبار التصميم علي برنامج التصميم الخاص ب شركة داو ونختبر النتائج لتحديد الضغط المطلوب ومعدل سريان المياه المطلوب للتغذية والمطلوب لتصميم مضخة الضغط العالي والمعالجة الاولية.