كيف يتم اختيار الغشاء المناسب لمحطة معالجة المياه

اختيار الغشاء المناسب لمحطة معالجة المياه من أهم خطوات تصميم محطة معالجة المياه الخاصة بك. تعرف على بعض العوامل التي تؤثر على اختيارك أو اطلب المشورة من خبراء رعاية المياه.

عندما تحتاج محطتك إلى فصل أو توضيح أو تقسيم تيارات، وحيث يطلبون أداءً موثوقًا وقابلًا للتكرار، تصبح أنظمة ترشيح الغشاء خيارهم الأول بشكل متزايد.

على المستوى الأساسي له، يتضمن ترشيح الغشاء فصل تيار واحد إلى تيارين، أحدهما أكثر تركيزًا من الآخر، باستخدام الضغط لتمرير المواد انتقائيًا من خلال حاجز فيزيائي شبه نافذ (الغشاء Membrane). يمكن تحويل التيارات المنفصلة إلى المزيد من المعالجة، أو في حالة تيار النفايات، يمكن تحويلها إلى مخرج مناسب.

بفضل القدرة على فصل الجسيمات عن الأنواع المذابة وفصل الأنواع المذابة بحد ذاتها، يمكن استخدام نظام الغشاء لإنتاج منتج نهائي أكثر تركيزًا أو تنقية. مع الاختيار الصحيح للغشاء، يمكن لعملية الترشيح عزل الأنواع المذابة من الأحجام المحددة بينما يتيح للمكونات المذابة الأخرى نفاذًا من خلال الغشاء.

أحد العوامل الرئيسية المؤثرة في اختيار الغشاء المناسب:

• طبيعة سائل العملية حيث يوجه إلى معرفة محتوى المواد المذابة.
• الوزن الجزيئي للأنواع المذابة.
• طبيعة وتحميل أي مواد معلقة.
• درجة الحموضة.
• درجة حرارة تيار العملية الواردة.

كل هذه العوامل تؤدي إلى الاختيار الصحيح للغشاء والهندسة المعمارية وتساعد في اتخاذ القرار النهائي.

تنقية المياه من الشوائب لجميع الأوزان الجزيئية للملوثات

يبدأ طيف ترشيح الغشاء من أصغر مستوى جزيئي مع التناضح العكسي (RO)، وهو عملية تتيح أدق درجة فصل. ستمر عبر الغشاء مزيدًا من الأنواع المذابة كلما تقدمت في نطاق الترشيح من تجفيف أو تنقية الماء باستخدام ترشيح التناضح العكسي الضيق جدًا، من خلال التنقية بالنانو، والترشيح الفائق، وأخيرًا الترشيح الميكروي الذي هو في الأساس فصل الجزيئات الفرعية بحجم الجسيمات عن المواد المذابة. بينهما، يمكن أن تفصل هذه العمليات الجسيمات التي تختلف في الحجم من عدة أنغسترومات حتى عدة ميكرونات. تتطلب مستويات الترشيح المختلفة من الغشاء ضغوطًا داخلية تتراوح من 1000 رطل في البوصة المربعة (70 بار) في أنظمة الضغط العالي، إلى أقل من 15 رطل في البوصة المربعة (1 بار) في وحدات الترشيح الميكروي منخفض الضغط.

اختيار الغشاء المناسب

يستخدم التناضح العكسي غشاءً ضيقًا يحتفظ بجميع الأنواع المذابة تقريبًا بما في ذلك السكريات والأملاح. يجب أن تتجاوز الضغوط في هذا النظام الضغط الاسموزي الطبيعي للماء المذاب أو أي مذيب آخر عبر الغشاء شبه النافذ. تكون أنظمة التناضح العكسي مفيدة بشكل خاص في تركيز عصائر الفواكه منخفضة التركيز، والشاي، والقهوة، ومحاليل السكر، وكذلك يتم استخدام التكنولوجيا في كثير من الأحيان لتركيز تيارات مياه الصرف الصناعية مثل مياه صرف مواقع الدفن.

الترشيح بالنانو، المستوى التالي للترشيح، يعبر الفجوة بين التناضح العكسي والترشيح الفائق. يُستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية، حيث طبيعته المتعددة الاستخدامات تجعله ملائمًا لفصل التدفقات المتنوعة مثل تيارات المياه الصرفية من مصانع الصباغة ومصانع الورق واللب، وتركيز البروتين في صناعة الألبان إلى شوائب العصائر. يمكن أيضًا استخدامه كمعالجة مسبقة لتجنب الانسداد الجزيئي لأعمدة الراتنج.

يتطلب الطرف الأعلى من طيف حجم الجسيمات الترشيح الميكروي. هنا، يُستخدم الأغشية السيراميكية والبوليمرية في كثير من الأحيان لتوفير مجموعة واسعة من حجم المسامات لمعالجة السوائل في صناعات الأغذية والمشروبات والصيدلة والكيمياء، بالإضافة إلى فصل مياه الصرف الصناعية.

تكنولوجيا الترشيح بالغشاء قد تطورت في كيفية تعبئة الأغشية ونوع المواد المستخدمة في الأغشية. النتيجة هي مجموعة واسعة من تكوينات الوحدات وهندسات الأغشية، والتي تتناسب مع مجموعة متنوعة من التطبيقات. تُزوَّد الأغشية عادة في ترتيبات الأنابيب، والملف اللولبي، والورقة المسطحة، أو الألياف الجوفاء مع تكوينات جديدة أكثر حداثة تحفز الاهتزاز أو تستخدم ريش دوارة لزيادة معدلات الترشيح عن طريق تقليل تركيز الغشاء السطحي المتكثف.

تكوينات الأغشية

تتضمن تكوينات الأغشية (من اليسار إلى اليمين): الأغشية اللولبية، أنابيب بوليمرية، أنابيب سيراميكية، وألياف جوفاء.

الأنابيب البوليمرية

على سبيل المثال، لديها العديد من المزايا. يمكنها التعامل مع السوائل اللزجة ذات مستويات عالية من المواد المعلقة ويمكن تنظيفها كيميائيًا أو ميكانيكيًا. توجد الأغشية الأنابيبية البوليمرية عادة في وحدات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو البلاستيك.

الأغشية اللولبية

كما يوحي اسمها، تتألف من مواد ترشيح معبأة بإحكام بين فواصل شبكية وملفوفة في أنبوب ذو قطر صغير. تعني هذه الكثافة العالية في التعبئة وجود مساحة سطحية أكبر بشكل كبير في وحدة الترشيح المعطاة مقارنة بما يمكن توفيره من الأغشية الأنابيبية. إذا كانت هناك جسيمات معلقة في تيار العملية، فإن الأغشية اللولبية تتطلب ترشيحًا مسبقًا دقيقًا لتجنب الانسداد. تساعد التطورات في أحجام وتصميمات فواصل الشبكة في زيادة عدد التطبيقات التي تناسب الأغشية اللولبية.

الأغشية الجوفاء

تتكون أيضًا من مواد معبأة بإحكام وتتألف من ألياف مضغوطة بجزء فارغ صغير. يمكن أن يحدث الترشيح من الداخل إلى الخارج أو في الاتجاه المعاكس من الخارج للداخل مما يتيح دورة شطف. على الرغم من أن الأغشية الجوفاء تتحمل المزيد من الجزيئات الصغيرة من اللولبيات، فإنها غالبًا ما تتطلب أيضًا ترشيحًا مسبقًا حيثما توجد جزيئات أو ألياف أكبر في مادة التغذية. لا يمكن استخدام معظم الأغشية الجوفاء البوليمرية تحت ضغوط تزيد عن 30 رطل في البوصة المربعة (2 بار) دون تكسير.

تصنع الأغشية عادة من البوليمر أو السيراميك. تُستخدم الأغشية البوليمرية اللولبية عمومًا عندما يكون الإخراج العالي مطلوبًا، بينما تكون الأغشية الأنابيبية البوليمرية، التي يمكن في كثير من الأحيان تنظيفها ميكانيكيًا، أكثر ملاءمة للعمليات ذات الصيانة المنخفضة، أو المنتجات اللزجة بشكل كبير، أو السوائل التي تحتوي على مواد معلقة.

قد تفرض البيئات العدائية ومستويات عالية من المذيبات ونطاقات درجة الحموضة الواسعة والاعتبارات الأخرى للعملية استخدام الأغشية السيراميكية. تستخدم هذه التكنولوجيا، التي تعتمد عادة على الترشيح الفائق والترشيح الميكروي، تغطية من ألومينا أو زركونيا يتم تطبيقها على السطح الداخلي للدعم السيراميكي. تكون تكلفة الأغشية السيراميكية الرأسية أعلى بكثير من الأغشية البوليمرية التقليدية، ولكن في بعض التطبيقات، هي الاقتراح الوحيد الممكن. على الرغم من أن الكلفة الأولية العالية تعوض في الواقع بأن الأغشية السيراميكية غالبًا ما توفر عمر تشغيلي أطول. ومع ذلك، لا تقاوم السيراميك التآكل على الرغم من أن البوليمرات قد تكون.

طلب المساعدة من الاخصائي

اختيار الغشاء المناسب لكل تطبيق أمر حيوي، ويمكن للشركات ذات الخبرة في معالجة المياه (مثل أخصائيو الأغشية، على سبيل المثال) مساعدة المهندسين على اتخاذ القرار الصحيح. بالنسبة للعديد من التطبيقات، يمكن أن توفر هذه الشركات وحدات ترشيح الغشاء كتصميم قياسي، مما يتطلب اختبارًا أدنى. في حالات أخرى، قد يحتاج مهندسو التصميم إلى اختبار العملية بشكل موسع في الموقع. في هذه الحالات، يمكن أن تكون الخبراء مثل أولئك في أخصائيو الأغشية مفيدين بشكل خاص لأنهم اكتسبوا الخبرة لتوفير حلول لمشاكل الترشيح عبر مجموعة واسعة من القطاعات الصناعية والعمل مع العملاء المحتملين لتصميم وتحسين حل لترشيح الغشاء.

قبل أن يحدد الخبير النظام المناسب للغشاء للتطبيق، من المهم إجراء بعض التقييمات المالية الأولية لرؤية ما إذا كان تثبيت مثل هذه محطة ترشيح يمكن أن يكون اقتراح قابل للتطبيق. وبناءً عليه، يجب تحديد بعض معايير التصميم، مثل:

• سعة المصنع
• التكاليف التشغيلية
• طبيعة وتركيبة المنتج

عادةً ما يساعد أخصائيو الأغشية في تحديد معايير التصميم من خلال إجراء تجربة تجريبية قصيرة في الموقع أو في المختبر باستخدام عينة من تيار العملية، لتضييق نطاق اختيار الأغشية.

تحديد الغشاء المناسب

تسمح محطات التجربة مثل هذه للمهندسين بتقييم الأغشية المختلفة واختبارها بشكل واقعي لتسرب الغشاء، ومعدل الاختراق، وانخفاض الضغط، ومستويات الاحتفاظ، وفعالية نظام التنظيف، وجودة المنتج النهائي.

ثم يتم إعداد نظام الاختبار أو محطة التجربة في موقع المصنع. سيختبر هذا النظام فعالية النظام المختار للغشاء على نطاق أكبر. باستخدام ما يصل إلى 15 مترًا مربعًا من مساحة الغشاء الإجمالية. في التجارب الأولية، من المهم جمع أكبر قدر ممكن من البيانات المفيدة لأن التصميم النهائي سيكون مبني على هذه المعلومات.

كما أنه من المهم أيضًا الإجابة على الأسئلة التالية:

1. هل سيتم استخدام النظام على أساس دفعات أو مستمر؟
2. ما هي المدة التي يمكن أن يتم فيها إيقاف تشغيل المصنع للتنظيف؟
3. ما هي المعايير الرئيسية لتقييم النجاح؟

تستمر هذه التجارب الأولية عادة لمدة 2-3 أسابيع. ولكن قد تستغرق وقتًا أطول إذا كانت سوائل العملية تتغير في التكوين أو الحجم مع مرور الوقت.