كيفية تصميم نظام تناضح عكسي"المعالجة الاولية"

أولا. مدخل إلى تصميم وحدات التناضح العكسي

قد أتعجل في الدخول إلى تفاصيل التصميم ولكني أري أهمية تقديم نبذة علمية عن التناضح العكسي مع الحرص على أن تكون واضحه وسهلة وليست علمية معقدة لنتمكن جميعا من فهم العملية دون الدخول في تفاصيل قد لا تكون مطلوبة. وفور وضوح الصورة العامة عن عملية التناضح العكسي سنستطرض في دراسة تحليل عينة المياه المراد تحليتها لتحديد المعالجة الأولية  لعملية التناضح العكسي, حيث أن المياه المغذية لوحدة التناضح العكسي يجب أن تكون لها مواصفات خاصة بحيث لا يتضرر الجزء المعني بنزع الاملاح الذائبة بفعل عناصر ذائبة كالحديد والمنجنيز  أو صفات فيزيائية للمياه كالعكارة .

فكرة عامة عن التناضح العكسي

عملية التناضح العكسيRO"reverse osmosis" هي عملية يتم فيها ضغط المياه أثناء مرورها على سطح غشاء شبه منفذ “semipermeable membrane” فتنتقل المياه بتركيزقليل جدا من الأملاح”permeate”  خلال الغشاء مخلفة ورائها نسبة من المياه ولكن بتركيز مضاعف من الأملاح”reject or concentrate” كما هو موضح بالصورة التالية.

ما سبق كانت الفكرة العامة عن التناضح العكسي أما عمليا فهي تتم كالاتي:

•   الاغشية شبه المنفذة تكون دائرية الشكل قطرها متغير حسب قدرة الغشاء فكلما زاد القطر, زادت قدرة الغشاء وزادت كميه المياه التي يمكنها إنتاجها في الساعة, أما بالنسبة لطولها فالمتعارف عليه في الوحدات ذات القدرات الانتاجية من 100 لتر من المياه في الساعة وحتي أقصي معدل إنتاج, يكون طولها 40 إنش أو حوالي 1 متر

•     توضع الأغشية داخل وعاء ضغط“pressure vessels” من الإستانلس ستيل أو الفيبر جلاس يستوعب من 1 الي 7 أغشية متتالية ويكون طوله بحسب عدد الأغشية المطلوب إستيعابها داخله حسب التصميم, فعلي سبيل المثال لو كان عدد الأغشية 6 يكون طول الوعاء حوالي 6.5 متر, ويكون 0.5 متر الزائد لتركيب نهايات الوعاء.

•   ويكون الوعاء مصمم بحيث يتحمل الضغط الواقع عليه من مضخة الضغط العالي"high pressure pump" الخاصة بضغط المياه خلال الأغشية وكلما زاد الضغط المطلوب وزادت قدرة المضخة زاد سمك وعاء الضغط حسب العلاقة العلمية بين الضغط داخل وعاء والسمك المطلوب لتحمل هذه الضغط.

•     عدد الأغشية وعدد أوعية الضغط في المحطة طبعا يتوقف على عدة عوامل أهمها وأبرزها هو كمية المياه المطلوب إنتاجها في الساعة أو في اليوم. وقدرة المضخة”high pressure pump” من حيث معدل سريانها والضغط الحاصل منها يتم تحديدها من خلال التصميم كما سياتي.

ثانيا. مواصفات مياه التغذية لوحدة التناضح العكسي.

لضمان جودة الوحدة والحفاظ على كفائتها أطول وقت ممكن وتجنب معظم أعطال الأغشية واضمحلال قدرتها يجب الاهتمام بالمعالجة الاولية”pretreatment”  إهتماما يصل في أهميته إلى تصميم وحدة التناضح العكسي نفسها, فالمعالجة الأولية المناسبة والفعالة تضمن زيادة عمر الاغشية وكفائتها وتقلل من تكلفة التشغيل والصيانة كما سيتضح في المقالات الخاصة بمشكلات محطات التحلية والغسيل الكيميائي, ولكي نتمكن من تحديد المعالجة الأولية المناسبة فلنلقي نظرة علي الرسم التالي ثلاثي الابعاد -الذي قمت برسمه - لوحدة تناضح عكسي بقدرة 500 متر مكعب يوميا بمعدل انتاج 21 متر مكعب ساعة وهي قيد التنفيذ حاليا.

وفي الرسم نجد من اليمين فلترين رمليين متطابقين يعملان بالتوازي في نفس لوقت لتغذية فلترين خرطوشيين مثبتين علي شاسيه وحدة التناضح العكسي ثم نجد مضخة الضغط العالي “HIGH PRESSURE PUMP “ أفقية مثبتة على الشاسيه ناحية اليسار ومنها يتم تغذية عدد 5 أوعية ضغط يحتوي كل منها على عدد 6 اغشية بقطر 8 بوصة. والخزان الموجود خلف الشاسيه هو خزان الشطف ومضخة الشطف غير ظاهرة”FLUSHING SYSTEM” ووظيفة نظام الشطف هي غسل الاغشية بمياه الإنتاج بعد توقف المحطة لطرد المياه المالحة من النظام لكي لا تتراكم علي الاغشية أثناء توقف المحطة وتسبب حدوث ترسبات ملحية عليها.

وفي هذا المقال سننظر في تحديد نوعية المعالجة الاولية المطلوبة بناءا علي دراسة تحليل عينة المياه المراد تحليتها وذلك تمهيدا لدراسة تصميم وحدة التناضح العكسي , أما تصميم وحدات المعالجة الاولية كالفلاتر الرملية والكربونية وغيرها سيكون لها مقالات منفصلة لشرحها تفصيليا.

 لتفاصيل أشمل عن المعالجة الأولية والفلاتر الرملية والبيرم والجرين ساند وميسربخصم 70%
دورة تصميم الفلاتر الرملية وفلاتر إزالة الحديد والميسرات والمبادل الأيوني والتناضح العكسي بخصم 70% على اللينك التالي

اولا يجب أن نعرف ما هي البيانات المطلوبة لتصميم المعالجة الأوليه في وحده تناضح عكسي, ,وسنجدها واضحة في تحليل العينة وأهمها الاتي

العكارة”turbidiy” 

ووحدة NTU  هي وحدة قياس العكارة الشائعة وتوجد وحدات أخري غير شائعة. وهذا القياس يدل على شفافية المياه مما يدل على قلة أو زيادة المواد العالقة بها.والمواد العالقة “TSS” وهي إختصار “TOTAL SUSPENDED SOLIDS”  يمكن أن تتراكم على الأغشية وتؤدي الى إنسداد مسام الأغشية فينتج عن ذلك نقص الإنتاج

وإن لم يكن هناك وسيلة لقياس TSS مباشرة تكون لدينا قياس العكارة كمؤشر للمواد العالقة.

وفي حالة ارتفاع العكارة عن 1.5NTU يجب تركيب فلتر رملي ويتناسب تصميم الفلتر مع زيادة أو نقص نسبة العكارة في العينة كما سنوضح في مقال تصميم الفلتر الرملي. 

PHالاس الهيدروجيني 

مطلوب لقياس حامضية المياه حيث أن معدل الاس الهيدروجيني الذي تتحمله الاغشية المتاحة أو معظمها يتراوح بين 2 -11  

أيضا الأس الهيدروجيني مطلوب لقياس ميول المياه الكيميائية لحدوث ترسيب للأملاح وخاصة املاح الكالسيوم داخل الاغشية ويتم حسابها بطريقة كيميائية يمكن تناولها فيما بعد.

التوصيلية الكهربية”CONDUCTIVITY”

مطلوبة لتصميم وحدة التناضح العكسي ومعها TDS مجموع الاملاح الذائبة وسنتناولها بالتفصيل في مقال تصميم وحدة التناضح العكسي

العسر الكلي”Total hardness”

هو مجموع أملاح الكالسيوم والماغنسيوم وهو سبب رئيسي في وجود رواسب غير قابلة للتنظيف داخل الاغشية ويمكن التغلب عليه بإحدي طريقتين 

1- وحدة ميسر water softener 
وقد تناولت الحديث عنها بالتفصيل من حيث النظرية والتصميم في المقالين التاليين
تصميم ميسرsoftener 1 
تصميم ميسر softener 2 
تصميم ميسر softener 3 

2- استخدام مانع ترسيب”antiscalent” 
مادة كيميائية يتم حقنها علي خط المياه تمنع ترسيب أملاح الكالسيوم والماغنسيوم على الأغشية فهي تعمل على عدم إستقرارها وطردها مع مياه “reject” وتستخدم في معظم وحدات التناضح العكسي لتبسيط عملية المعالجة الأولية حيث ليس كل من يدير محطة تحلية يمكنه إدارة وحدة ميسر

وفي أي من الطريقتين فإن موضع نظام معالجة العسر يكون بعد الفلتر الرملي إن وجد وقبل الفلاتر الخرطوشية

الحديد الكلي والمنجنيز”total iron& Mn”

الحديد والمنجنيز من العناصر الخطيرة على الأغشية حيث أنها بمجرد احتكاكها بالأكسجين الذائب في المياه تتحول إلى رواسب كيميائية تؤدي إلى ترسبات ملحية على الأغشية فمن الضروي التخلص منها قبل وصول المياه الى الاغشية أو الحفاظ على المياه خالية من الاكسجين الذائب وخاصة لو كانت مياه آبار جوفية فهي غالبا تكون خالية من الاكسجين الذائب وتحصل المياه على الأكسجين الذائب عند دخولها خزان تجميع قبل تغذية المحطة لذا يجب أن تكون التغذية مباشرة من الابار إلى المحطة دون المرور على خزان تجميع بالاضافة إلى حقن مادة مختزلة “reducing agent” لإختزال والتخلص من اي أكسجين ذائب. ولا يمكن تنفيذ فكرة حقن مادة مختزلة إذا وجد خزان تجميع حيث أن نسبة الاكسجين التي تذوب في الماء تكون كبيرة جدا ومن غير الاقتصادي التخلص منها بمادة مختزلة.

إما أن  لم يكن مصدر مياه التغذية بئر او إن وجد خزان تجميع فإنه يتوجب وجود وحدة نزع الحديد والمنجنيز مثل فلتر بيرمbirm filter او فلتر جرين ساند green sand filter وسنتناول تفاصيل تصميمه في مقالات منفصلة.

التفاصيل الكاملة لتصميم وحدة إزالة الحديد والمنجنيز ، إشترك في دورة بخصم 70%
دورة تصميم أنظمة معالجة وتحلية المياه بخصم 70% على موقع يوديني في اللينك التالي

ونسبة الحديد والمنجنيز يجب أن تكون شبه معدومة في مياه التغذية حيث تكون نسبة الحديد لا تزيد عن 0.05 ملي جرام/لتر ونسبة المنجنيز أقل منها.

في المقال القادم الخاص بتصميم أنظمة التناضح العكسي سنتناول الآتي:

1- وسائل التخلص من البكتريا في مياه التغذية لوحدة التناضح العكسي 
2- وسائل التخلص من المواد العضوية الذائبة "TOC"والعالقة في مياه التغذية لتجنب حدوث ترسبات عضوية"Organic fouling" على الأغشية تؤدي إلى نقص كفاءة الأغشية
3-تحديد عدد الأغشية المطلوبة لإنتاج كمية محددة من المياه وتحديد كمية مياه التغذية المطلوبة والضغط المطلوب بالإضافة إلى مناقشة أهم مفاهيم وحدات التناضح العكسي مثل"recovery, flux and rejection "الي اخره من المفاهيم المهمة في انظمة التناضح العكسي