حل تحلية مياه البحر SWRO ---- نظام تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي لتنقية المياه
الماء هو مصدر الحياة، وهو مورد طبيعي ثمين لا يمكن تعويضه بالنسبة للبشر، وهو شريان الحياة للتنمية الاجتماعية والاقتصادية. لقد أصبح نقص الموارد المائية وتلوث المياه الخطير بشكل متزايد بمثابة عنق الزجاجة الذي يقيد التقدم الاجتماعي والتنمية الاقتصادية. وبالإضافة إلى الإدارة العلمية والتخصيص الأمثل للموارد المائية، من المهم جدًا أيضًا إطلاق العنان لدور الوسائل عالية التقنية في إعادة استخدام المياه. تعد تحلية مياه البحر نظامًا مهمًا لحل مشكلة نقص الموارد المائية. حتى الآن، هناك العشرات من طرق تحلية مياه البحر، بما في ذلك بشكل رئيسي التقطير وطريقة الغشاء وطريقة التحليل الكهربائي وطريقة التجميد. من بينها، طريقة التناضح العكسي (SWRO) للطريقة الغشائية هي الأسرع تطورًا، وأقل استثمار، والأكثر توفيرًا للطاقة، وأقل تكنولوجيا لتحلية المياه تكلفة. نظام التناضح العكسي هو تكنولوجيا معالجة مياه فعالة وصديقة للبيئة، ويستخدم على نطاق واسع في تحلية مياه البحر، ومعالجة المياه الصناعية، وتنقية مياه الشرب وغيرها من المجالات.
يعتمد مبدأ العمل لنظام تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي بشكل أساسي على تكنولوجيا فصل الغشاء. تقنية فصل الغشاء هي نوع من التكنولوجيا لفصل وتنقية المواد المختلفة عن طريق المرور بشكل انتقائي عبر أفلام البوليمر. في أنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي، يكون فيلم البوليمر عبارة عن بنية غير متماثلة تتكون من قشرة كثيفة وطبقة داعمة فضفاضة. القشرة الكثيفة هي الطبقة المرشحة للغشاء ولها حجم مسام على مستوى ميكرومتر يمنع معظم المواد المعلقة والمواد الذائبة والكائنات الحية الدقيقة من المرور. طبقة الدعم السائبة هي الطبقة الداعمة للغشاء، والتي لها قطر مسام كبير ويمكن أن تضمن القوة الميكانيكية الشاملة للغشاء.
عملية تحلية مياه البحر بنظام التناضح العكسي أصبحت أنظمة تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي (SWRO) تقنية مهمة في مجال تحلية مياه البحر، مما يوفر حلاً مستدامًا لمشكلة نقص المياه العالمية المتزايدة الخطورة. تتضمن عملية التناضح العكسي لمياه البحر عدة خطوات رئيسية لضمان إنتاج مياه شرب عالية الجودة من مياه البحر. إن فهم معدل التدفق لنظام التناضح العكسي أمر بالغ الأهمية لفهم كفاءة تحلية المياه وفوائدها. تتضمن عملية النظام الخطوات التالية: 1. الترشيح الأولي: تمر مياه البحر الخام أولاً عبر الفلتر الأولي لإزالة الجزيئات الكبيرة والمواد الصلبة العالقة وبعض الشوائب بشكل فعال. تعتبر هذه الخطوة ضرورية لإعداد مياه البحر لمزيد من المعالجة، مما يضمن أن المعالجة اللاحقة أكثر كفاءة.
2. الترشيح الثانوي: يمر الماء الأولي المفلتر عبر مرشح الكربون المنشط للترشيح الثانوي. الغرض من هذه المرحلة هو إزالة المواد الضارة مثل المواد العضوية وبقايا الكلور، ومواصلة تنقية مياه البحر، والاستعداد للمرحلة التالية من المعالجة. 3. الترشيح الدقيق: يتم بعد ذلك تصفية الماء بدقة من خلال مرشح دقيق لإزالة الجزيئات والبكتيريا والشوائب الأخرى. وتضمن هذه الخطوة تنقية المياه بشكل كامل قبل دخولها إلى قلب عملية التناضح العكسي. 4. غشاء التناضح العكسي: يتم بعد ذلك توجيه المياه المفلترة بدقة من خلال غشاء التناضح العكسي، والذي يعد مكونًا رئيسيًا للنظام. تساعد أغشية التناضح العكسي على فصل وإزالة الأملاح والمواد العضوية والمعادن الثقيلة وغيرها من المواد لإنتاج مياه نقية ومحلاة. 5. التطهير والتخزين: بعد مرور الماء عبر غشاء التناضح العكسي، يتم تطهيره للقضاء على أي كائنات دقيقة متبقية. ويتم بعد ذلك تخزين المياه النقية في خزانات جاهزة للتوزيع والاستخدام.
مزايا أنظمة التناضح العكسي في تحلية مياه البحر كثيرة. يتميز النظام بخصائص الكفاءة العالية وحماية البيئة وتوفير الطاقة والسلامة. يمكن لتقنية التناضح العكسي إزالة أكثر من 99% من المواد الضارة مثل الملح والمواد العضوية والمعادن الثقيلة وغيرها، مما يضمن إنتاج المياه النقية من مياه البحر وحل الحاجة الملحة لموارد المياه العذبة. الفوائد البيئية لأنظمة التناضح العكسي مهمة أيضًا. وعلى عكس طرق تحلية مياه البحر التقليدية، فإن أنظمة التناضح العكسي لا تتطلب كمية كبيرة من المواد الكيميائية، ولا تنتج مياه الصرف الصحي، كما أنها صديقة للبيئة. ويتوافق هذا النهج المستدام لتحلية المياه مع الجهود العالمية الرامية إلى تعزيز الحلول الصديقة للبيئة لمعالجة المياه والحفاظ عليها.
بالإضافة إلى الفوائد البيئية، فإن أنظمة التناضح العكسي منخفضة الصيانة، وسهلة التشغيل، ومناسبة لمجموعة متنوعة من ظروف المياه. هذه الخصائص تجعل أنظمة التناضح العكسي خيارًا عمليًا وموثوقًا لتحلية المياه، خاصة في المناطق ذات إمدادات المياه العذبة المحدودة. باختصار، تتكون عملية نظام التناضح العكسي في تحلية المياه من سلسلة من الخطوات الأساسية التي تؤدي في النهاية إلى إنتاج مياه الشرب النقية من مياه البحر. وبفضل الكفاءة والفوائد البيئية والقدرة على التكيف، تعد أنظمة التناضح العكسي تقنية رئيسية لمعالجة نقص المياه وضمان الوصول المستدام إلى موارد المياه العذبة.
التناضح العكسي هو عملية التناضح العكسي. النفاذية هي ظاهرة طبيعية. سوف تنتشر جزيئات الماء في المحلول المخفف عبر الغشاء شبه المنفذ إلى جانب المحلول المركز بسرعة كبيرة نسبيًا. كما هو موضح في الشكل، سيستمر مستوى السائل في جانب الماء العذب في الانخفاض، مما يؤدي إلى اختلاف الضغط الهيدروستاتيكي. ويسمى الفرق في الضغط الهيدروستاتيكي عند هذه النقطة بالضغط الاسموزي (يبلغ الضغط الاسموزي بين مياه البحر والمياه العذبة حوالي 2.4 ميجا باسكال).
عملية التناضح العكسي هي عكس ذلك تماما. في عملية SWRO، يؤدي الضغط الأكبر من الضغط الأسموزي لمياه البحر على جانب واحد إلى مرور جزيئات الماء الموجودة في مياه البحر عبر الغشاء وسيتم احتجاز الملح. من الناحية النظرية، كلما زاد الضغط الخارجي، كلما زادت سرعة التناضح العكسي لجزيئات الماء في مياه البحر. المكون الأساسي لعملية التناضح العكسي هو غشاء اصطناعي شبه منفذ يسمح بمرور جزيئات الماء فقط تقريبًا. يحتاج الغشاء المسطح لغشاء التناضح العكسي إلى تكوين معين قبل استخدامه في هندسة معالجة المياه. في الوقت الحاضر، في تحلية مياه البحر، يتم استخدام عنصر غشاء لفائف البولياميد العطري بشكل رئيسي.
يتم إدخال الحجاب الحاجز المنتج للمياه بين قطعتي الغشاء المسطح، ويتم لصق طبقة الغشاء معًا على طول الحواف الثلاثة لطبقة الغشاء، ثم يتم دمجها مع حاجز مدخل الماء معًا وجرحها على الأنبوب المركزي المسامي. أخيرًا، يتم تثبيت الغطاء النهائي المثقوب على كلا الطرفين وتغليفه لصنع عنصر الغشاء المدلفن. تأتي عناصر غشاء التناضح العكسي التجارية بمجموعة متنوعة من المواصفات، حيث يبلغ قطر عنصر الغشاء الأكثر استخدامًا في تحلية المياه 200 مم وطول قياسي يبلغ 1000 مم.
يتم إدخال الحجاب الحاجز المنتج للمياه بين قطعتي الغشاء المسطح، ويتم لصق طبقة الغشاء معًا على طول الحواف الثلاثة لطبقة الغشاء، ثم يتم دمجها مع حاجز مدخل الماء معًا وجرحها على الأنبوب المركزي المسامي. أخيرًا، يتم تثبيت الغطاء النهائي المثقوب على كلا الطرفين وتغليفه لصنع عنصر الغشاء المدلفن. تأتي عناصر غشاء التناضح العكسي التجارية بمجموعة متنوعة من المواصفات، حيث يبلغ قطر عنصر الغشاء الأكثر استخدامًا في تحلية المياه 200 مم وطول قياسي يبلغ 1000 مم.
يتكون SWRO من مضخة الضغط العالي، وعاء الضغط، وجهاز استعادة الطاقة. بعد معالجة مياه البحر وضغطها في وعاء الضغط لوحدة التناضح العكسي بواسطة مضخة الضغط العالي، تمر مياه البحر أولاً عبر عنصر الغشاء الأول وتتدفق في قناة حاجز المدخل لعنصر الغشاء الذي يتم جرحه حلزونيًا. تحت ضغط أعلى، يخترق جزء من جزيئات الماء الغشاء بشكل مستمر ويدخل إلى الأنبوب المركزي لعنصر الغشاء الملتف من خلال قناة التدفق لحاجز إنتاج الماء، مما يولد ماء المنتج. يستمر باقي الماء الوارد في التدفق على طول اتجاه التدفق إلى عنصر الغشاء التالي. يتم تنفيذ هذه العملية بدورها. عندما يمر الماء المتدفق عبر عنصر الغشاء التالي، يزداد تركيز الماء المتدفق. وعندما يتدفق خلال العنصر الغشائي الأخير، يصبح الماء المتدفق ماءً مركزًا.
وبخلاف الطريقة الحرارية، لا تحتوي عملية SWRO على عملية تحويل الطور للتبخر والتكثيف. استهلاك الطاقة الرئيسي لـ SWRO هو طاقة الضخ ذات الضغط العالي لتحقيق عملية التناضح العكسي، مما يجعل تكلفة إنتاج المياه بالتناضح العكسي أقل من تكلفة الطريقة الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع الطريقة الحرارية، فإن معداتها تتميز أيضًا بخصائص الهيكل المعياري ومرونة المعالجة العالية. لا يمكن أن يؤثر تعليق وصيانة المرافق المحلية على تشغيل بقية النظام بأكمله. ومع ذلك، يتطلب SWRO عملية معالجة مسبقة معقدة ودقيقة، ولدى الشركات المصنعة للأغشية التجارية المختلفة متطلبات صارمة بشأن SDI، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والكلور المتبقي ومؤشرات أخرى لغشاء التناضح العكسي من مادة البولي أميد. عندما لا تصل المعالجة المسبقة إلى المستوى القياسي، سيتم تسريع التلوث وتقشير سطح الغشاء، وسيتأثر عمر الخدمة واستهلاك الطاقة وجودة مياه المنتج لوحدة الغشاء أثناء التشغيل، وبالتالي زيادة تكلفة إنتاج المياه .
وبخلاف الطريقة الحرارية، لا تحتوي عملية SWRO على عملية تحويل الطور للتبخر والتكثيف. استهلاك الطاقة الرئيسي لـ SWRO هو طاقة الضخ ذات الضغط العالي لتحقيق عملية التناضح العكسي، مما يجعل تكلفة إنتاج المياه بالتناضح العكسي أقل من تكلفة الطريقة الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع الطريقة الحرارية، فإن معداتها تتميز أيضًا بخصائص الهيكل المعياري ومرونة المعالجة العالية. لا يمكن أن يؤثر تعليق وصيانة المرافق المحلية على تشغيل بقية النظام بأكمله. ومع ذلك، يتطلب SWRO عملية معالجة مسبقة معقدة ودقيقة، ولدى الشركات المصنعة للأغشية التجارية المختلفة متطلبات صارمة بشأن SDI، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والكلور المتبقي ومؤشرات أخرى لغشاء التناضح العكسي من مادة البولي أميد. عندما لا تصل المعالجة المسبقة إلى المستوى القياسي، سيتم تسريع التلوث وتقشير سطح الغشاء، وسيتأثر عمر الخدمة واستهلاك الطاقة وجودة مياه المنتج لوحدة الغشاء أثناء التشغيل، وبالتالي زيادة تكلفة إنتاج المياه .
جهاز استعادة الطاقة هو جهاز رئيسي آخر. ويعزى التطور السريع لـ SWRO إلى استخدام جهاز استعادة الطاقة مع زيادة الكفاءة في نظام التناضح العكسي بالإضافة إلى التحسين المستمر للمواد الغشائية ومكونات الغشاء. واليوم، يمكن لوحدات استعادة الضغط من النوع PX عالية الكفاءة استرداد أكثر من 95% من الطاقة الموجودة في المياه المركزة وضغطها في مياه البحر، مما يقلل من استهلاك الطاقة في عملية التناضح العكسي بمقدار النصف تقريبًا. تبلغ نسبة المواد الصلبة الذائبة (TDS) من مياه الصرف الصحي بالتناضح العكسي الأولي حوالي 300-500 ملجم / لتر، وهو ما يلبي المتطلبات المحدودة لمنظمة الصحة العالمية لمؤشر TDS لمياه الشرب (500 ملجم / لتر). تم استخدام SWRO لإمدادات مياه الشرب على نطاق واسع في المناطق التي تعاني من شح المياه. في الثمانينات، بدأت عملية SWRO في التنافس مع العملية الحرارية التقليدية. نظرًا لمزايا الاستثمار المنخفض في المعدات، ودورة البناء القصيرة، وانخفاض استهلاك الطاقة والعديد من المزايا الأخرى، فقد تطورت عملية SWRO بسرعة وأصبحت العملية الأكثر أهمية في سوق تحلية المياه العالمية. حاليًا، يتم استخدام SWRO الأولي في الغالب في الصناعة البلدية، وهذا هو السبب في أن قدرة عملية التناضح العكسي تنمو بسرعة. ستركز الأبحاث المستقبلية حول عملية التناضح العكسي على تطوير المزيد من مكونات غشاء التناضح العكسي الجديدة الموفرة للطاقة والمتينة، وتقليل استهلاك طاقة التشغيل وتكاليف الصيانة، وتقليل تكلفة إنتاج المياه.
ومن الناحية العملية، أصبح نظام التناضح العكسي تقنية مهمة في مجال معالجة المياه. على سبيل المثال، في مجال تحلية مياه البحر، يمكن لأنظمة التناضح العكسي إزالة أكثر من 99% من الملح والمواد الضارة الأخرى من مياه البحر بشكل فعال، مما يحقق تحلية مياه البحر بكفاءة. في مجال معالجة المياه الصناعية، يمكن لنظام التناضح العكسي توفير مياه معالجة عالية الجودة، وتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج. في مجال تنقية مياه الشرب، يمكن لنظام التناضح العكسي إزالة المواد الضارة المختلفة في الماء وتوفير مياه الشرب الآمنة والصحية. باختصار، يعد نظام التناضح العكسي تقنية معالجة مياه فعالة وصديقة للبيئة مع مجموعة واسعة من آفاق التطبيق. مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، سيستمر نظام التناضح العكسي في التحسين والتحسين، لتوفير مياه شرب ومياه صناعية ذات جودة أفضل للبشر.
