-2 - مرحلة المعالجة أو التحلية :
لمصنعي الأغشية في هذه المرحلة تأثير أساسي من خلال تحديد نوع الأغشيةالمستخدمة في المنظومة و عددها.
إن معدل الجريان Flux Rate المثالي يقدر بنسبة 15 غالون بالقدم المربع / يوم وذلك للمياه السطحية Surface Water .
هذه النسبة قد تتغير إلى مقادير أخرى إذا كانت مياه التغذية من مصادر مثلمياه جوفية أو مياه بحر أو مياه مبتذلة.
بعد حساب عدد الأغشية سيتم تحديد عددالأنابيب الحاملة Vessels المطلوبة حيث تستخدم معظم المنظومات الصناعية أنابيب ضغطية Pressure Vessels تحتوي على 6 أغشية, و لكنيمكن استعمال أنابيب ضغطية تحتوي ما بين 3 و 7أغشية.
يبقى إن نشير إلى أن المساحة المخصصة لمنظومة التحلية تلعب أحيانا دورا فيتحديد عدد الأنابيب المضغوطة .
المهمة التالية تتمحور حول الترتيب الأنسب لهذه الأنابيبالمضغوطة و ما بداخلها من أغشية, حيث يغلب ترتيب الشجرة في أكثر الأحيان , و هذايعني أن المرحلة الأولى تحتوي على العدد الأكبر ثم المرحلة الثانية أقل ثم المرحلةالثالثة إن وجدت أقل عددا من الأوليين.
إن الهدف من هذا الترتيب هو التخفيف منإمكانية فشل الأغشية بعد فترات طويلة من التشغيل.
في المنظومات الصناعية التي تستخدم أنابيب حاملة 6 أغشية يتم الأخذبالاعتبارات التالية فيما يتعلق بالاسترداد Recovery :
- المرحلة الأولى: من 45 إلى 55 بالمائة من الاسترداد
- المرحلة الثانية : من 70 إلى 80 بالمائة من الاسترداد
- المرحلة الثالثة: من 80 إلى 90 بالمائة من الاسترداد
أما التصميم النموذجي فيتوقف عند المرحلتين و باسترداد 75 % .
- استخدام برامج الكومبيوترالخاصة بالتصميم :
إن البرامج الحاسوبية و التي يقوم مصنعو الأغشية بتوزيعهاعلى شركات معالجة المياه مجانا أو بأسعار رمزية تهدف إضافة للتشجيع التسويقي إلىتقديم الخدمة المتطورة و الدعم الفني اللازم و إلى تخمين الأداء المتوقع للأغشية, كما تقدم التحذيرات للمصممين عند تخطيهم إرشادات المصنعين وتوجهاتهم
كما تساعد هذه البرامج في تجربة الخيارات المتاحة للمصممينبسرعة و اتخاذ القرارات بشكل فعال و اقتصادي في آنواحد.
3- المرحلة النهائية أو ما بعد المعالجة:
يتم في هذه المرحلة فحص المياه الناتجة Permeate من الأغشية و ضبط رقمها الهيدروجينيالذي ينخفض عادة نتيجة الضغط الإسموزي و يتم رفعه إلى حياديته مجددا أي 7.5 بإضافةمواد كيميائية مثل الصودا الكاوية أو غيرها.
كما يتم إضافة مادة الكلور بنسبة تتراوحبين 0,1 و 0,5 جزء بالمليون إلى دفق المياه المتجه إلى التخزين أو التوزيع عبرالشبكات و ذلك تحصينا للمياه من البكتيريا عند تعرضها للعوامل الطبيعية و حمايةللمستخدمين .
هذا وتتوفر وحدات التناضح العكسي بقياسات مختلفة, فمنها الصغير جداللاستعمال المنزلي و التي يتراوح طاقة إنتاجها بين 100 و 300 ليتر يوميا وصولا إلىالاستعمالات الضخمة لتغذية المصانع و القرى و المدن حيث تصل طاقة الإنتاج في بعضهاإلى أكثر من مائة ألف متر مكعب يوميا.
تشغيل و صيانة منظومة التناضح العكسي:
1- نقاء المياه المنتجة:
إن 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 %.
- الثاني: نسبة الأملاح في مياه التغذية.
اذا قلنا ان نسبة النبذ في غشاء هو 95 % فهذا يعني أن تسربا للأملاح و قدره 5 % سيعبر مع المياه المنتجة وبالأرقام يصبح لدينا التالي:
مياه التغذية مع 200 ppm سينتج عنها مياه نقية مع املاح 10 ppm.
أما إذا استعملنا أغشية مع نسبة نبذ 99 % فسوف نحصل على مياه منتجة مع أملاح تقارب 2 ppm.
نشير إلى أن عمر الاغشية يلعب دورا في ازدياد أملاح المياه المنتجة وبالتالي غسيل الاغشية يؤدي إلى تغيرات واضحة في مواصفات الاغشية و تهبط نسبة النبذإلى 90 % .
2- منع إنسداد الأغشية :
تتم في هذه العملية ازالة الترسبات على أغشية التناضح العكسي Scaling in Reverse Osmosis Membranes))
فعلى الرغم من سهولة تحلية المياه بأغشية التناضح العكسي وانخفاض تكاليف إنتاجها وعدم احتياجها إلى كفاءات مدربة تدريبا خاصا إلاأنها تعاني من بعض المشكلات التي وقفت طويلاً دون انتشارها كطريقة فعالة لتحليةالمياه في الفترة السابقة ومن أهم تلك المشاكل هي الترسبات على الأغشية وهي تمثلمشكلة تشغيلية وذلك لأن الأملاح المترسبة على الأغشية تسد مسامها وتقلل من معدلسريان المياه خلالها ومن أهم المواد المترسبة كربونا الكالسيوم CaCO3 , كبريتاتالكالسيوم CaSO4 , والمعادن كالحديد والألمنيوم و المواد الغروية والسيليكا , والبكتريا , وغيرها.
أما طرق إزالة ومنع الترسبات يتم على خطوتين :
1-الخطوة الأولى تعتمد على منع الترسبات قبل الوصول إلى الأغشية : ومنع الترسبات هنا يعتمدعلى مراحل المعالجة الأولية وهي كما يلي:
- ينتج عن عملية التبريد والتهويةزيادة في نسبة الأكسجين الذئب في الماء مما يؤدي إلى أكسد الحديد وتحويله إلى أكسيد الحديديك Fe2O3 الذي يترسب على جدران المبردات وكذلك يتم في هذه المرحلة أكسدة كلمن المنجنيز وكبريتيد الهيدروجين H2S والتخلص منه نهائياً.
- بعد خروج المياهمن أبراج التبريد يتم إضافة مادة ألومينات الصوديوم بهدف إزالة السيليكا .
- يتم تجميع المواد الغروية Colloidal Substances في المرسبات والمرشحات الرملية والتخلص منها.
- قبل دخول المياه إلى مضخات التناضح العكسي يتم إضافة حمض الكبريتيك الثانوي لخفض الرقمالهيدروجيني من 6.5 إلى 5.5 بهدف منع ترسبات كربونات الكالسيوم.
- إضافة مادة كيميائية مضادة للتكلس Antiscalant و ترسب الأملاح في خط تغذية مضخة الضغط العالي قبل وحدة التناضح العكسي حيث تضاف ماده هكسميتا فوسفات بهدف منع ترسب كبريتات الكالسيوم
الخطوة الثانية تتم بإزالة الترسبات من الأغشية بعد ترسبها , تتم هذه العملية مره كل ستة أشهر وتعرف بالغسيل وهي تتم باستعمال مضخة خاصة تغذىب المحاليل المستخدمة في الغسيل , والمحاليل هي :
- أ- الغسيل بمحلول حمض الستريك (PH=4)(%2) :ويستخدم ند حدوث الترسبات للأكاسيد المعدنية (Al,Fe) وكذلك يستخدم عند حدوث ترسبات لكربونات الكالسيوم.
- الغسيل بمحلول حمض الستريك (PH=8)(%2) :ويستخدم عندحدوث ترسبات لكبريتات الكالسوم.
- الغسيل بمحلول الصوديوم ميتاسلفيت %(0.5-0.25) :ويستعمل عن حدوث نمووتكاثر بكتيري.
- الغسيل بمحلول الهيدروكلوريك (%0.5): يستخدم عند حدوث ترسبات لكربونات الكالسيوم.
- الغسيلبالمنظفات %(0.5) (BIZ) (DETERGENT) : يستخدم لغسيل الأغشي عند حدوث رواسب غروية .
- الغسيل بمحلول ذو رقم هيدروجيني عالي PH (11.5-12) :يستخدم لغسيل الأغشية عند حدوث رواسب عضوية وكذلك عند حدوث رواسب للسيليكا .
3-غسيل الأغشية:
مبدأ العملية سهل جدا رغم أنها تتطلب بعض اللوازم مثل مضخة و خزان و خراطيم مياه إضافة إلى مواد كيميائية معينة أواستبدالها بالأسيد لغسيل الرقم الهيدروجيني المنخفض حوالي 4 أو إضافة كوستيك صود الغسيل الرقم الهيدروجيني العالي 12 .
و تتم العملية عبر تدوير السائل المطلوبإلى داخل أنبوب الأغشية و منها إلى الخزان و لمدة لا تقل عن ساعة, يتم بعدها غسيل الأغشية بمياه نظيفة و إعادة التوصيلات و تشغيل المحطة مجددا.
الرسم في الأسفل يوضح طريقة التوصيلات الأساسية لغسيل الاغشية.
وبشكل عام تدوم الأغشية لعدة سنوات و من النادر أن تخفقجميعها في نفس الوقت و لكنها تبدأ بالفشل تدريجيا حتى تصل إلى مرحلة يلزم فيها تبديلها كليا مع العلم أنه يوجد أغشية قيد الاستعمال منذ أكثر من عشرين سنة
4-منع نمو البكتريا:
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.
5-أساسيات تشغيل و صيانة محطات لتناضح العكسي:
تتألف أعمال الصيانة الأساسية لمحطات تحلية المياه من التالي:
- صيانة دورية و متابعة لوضع مضخات الدفع Booster pumps إضافة إلى تنظيفها و منع التسرب.
- تزييت وتشحيم المضخات و المحركات في حال اللزوم و حسب البرنامج المعتمد من قبلالمصنعين
- غسل و شطف فلاتر الرمل والكربونMedia , sand & carbon filters بشكل يومي اوأسبوعي حسب نوعية مياه التغذية الخام
- تبديل فلاتر الميكرون (شمعات) Cartridge Filters كل ثمانية أسابيع.
- التأكد من قراءة أجهزة القياس و ضبطها إنلزم سواء بشكل ميكانيكي أو بمحاليل خاصة.
- المحافظة علىوجود كميات كافية من المواد الكيماوية في الخزانات لمرحلتي ما قبل المعالجة و مابعدها 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.
وهنا نذكر أن توفر سجل دائم و كامل لعناوين و أرقام هاتفموردي قطع الغيار,المواد الكيماوية و أصحاب الخبرة في مجال التحلية أمر ضروري وحيوي لطلب المساعدة الفنية و المشورة عنداللزوم.
2-الفرز الغشائي الكهربائي (الديلزة)
عُرفت الديلزة الكهربائية قبل التناضح , فقد بدأ تطبيق طريقةالديلزة الكهربائية (الفرز الكهربائي) على المستوى التجاري منذ الستينات, وتستخدمفي تحلية المياه قليلة الملوحةفهو يستعمل التّحليل الكهربائيّ بشكل رئيسي لتحلية الماء الجوفيّ نصف المالح. ويفوق الانتاج اليومي للماء العذب باستخدام هذه التقنية 1،1 مليون متر مكعب (أكثر من 250 مليون غالون امبراطوري) اي ما يمثل 5% منجملة الانتاج العالمي لجميع طرق التحلية.
ويستخدم في التّحليل الكهربائيّ حجرة واسعة مقسمّة إلى عدد من الحجيرات بوساطة حوائط من صفائح البلاستيك الرّقيقة تسمّى الأغشية 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 )
وبالتالي فان هاذا تعرض الماء المالح الى مرور تيار كهربائي مستمر فيه، فان الايونات ذات الشحنات الموجبة سوف تنجذب وتتحرك نحو القطب الكهربائي السالب، وبالعكس فان الايونات ذات الشحنات السالبة سوف تنجذب وتتحرك نحو القطب الكهربائي الموجب.يمكن إنشاء أغشية تسمح انتقائياً بمرور الأيونات حسب شحنتها الكهربائية ( سالبة أو موجبة) إن محتويات الأيونات الذائبة في المحلول الملحي مثل الصوديوم ( +) الكلور (-) الكالسيوم (++) والكربونات (–) تظل منتشرة في الماء لتتولى معادلة شحناتها الخاصة . وعند توصيل الأقطاب الكهربائية إلىمصدر تيار خارجي ، مثل البطارية المتصلة بالماء ، فإن الأيونات تتجه نحو الشحنات المعاكسة لشحناتها والموجودة في المحلول ، وذلك من خلال التيار الكهربائي الساريفي 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 وضع 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 .
فمثلا اذا كان الغشاء من النوع الذي يسمح بمرور الأيونات ذات الشحنات السالبة، فان هذه الايونات سوف تنتقل في الاتجاه نحو القطب الموجب، وبالتالي سوف يقل تركيزها في الماء الموجود على جانب القطب السالب. فإذا تم وضع غشاء انتقائي اخر من النوع المعاكس الذي يسمح بمرور الأيونات ذات الشحنات الموجبة بين الغشاء الاول والقطب السالب فان الايوناتذات الشحنات الموجبة سوف تتحرك في اتجاه نحو القطب السالب تاركة الماء المتجمع بين الغشائين وقد نقص فيه تركيز الايونات بنوعيها في حين يزداد تركيز الايونات ذات الشحنات الموجبة في الجهة الاخرى من الغشاء.
وبتعاقب وضع الاغشية الانتقائية تبادليا يمكن الحصول على مسارين احدهما للماء العذب ذي تركيز منخفض للأيونات والآخر للماء الرجيع ذي تركيز عال للأيونات وحيث أن الأقطاب الكهربائية مشحونة وتناسب مياه التغذية المالحة عبر اللوح الفاصل بزاوية مستقيمة على القطب ، فإن الأيونات تنجذب وتتجه القطب الإيجابي . وهذا يؤديتركيز 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 أيتحرك 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 .
مكونات وحدة الديلزة
وتتكون وحدة الديلزة الكهربائية من العناصر الأساسية التالية .
1 ــ مرفق المعالجة الأولية.
2 ــ مجمع الأغشية.
3 ــ مضخة تدوير ذات ضغط منخفض.
4 ــ إمداد طاقة للتيار المباشر ( مقوم – RECTIFIER ) .
5 ــ معالجة نهائية .
يجب معالجة مياه التغذية منذالبداية 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 ضغطضئيل 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 ، والتيربما تتضمن إزالة الغازات مثل سلفايد الهيدروجين أو تعديل درجة القلوية .