وسائط الترشيح في محطات تحلية المياه: الطين الموسع مقابل أنثراسايت

تحلية المياه في العصر الحديث هي عملية ضرورية لتوفير المياه لكل من الزراعة وإمدادات الشرب في المناطق التي يكون فيها هطول الأمطار الكافي نادرًا أو لا يمكن التنبؤ به إلى حد كبير. محطة تحلية المياه المعاصرة يأخذ في مياه البحر وإخضاعها لعملية التناضح العكسي. التناضح العكسي هو الآلية التي يتم فيها استخدام غشاء نفاذي جزئيًا لإزالة الأيون والجزيئات غير المرغوب فيها من الماء.

كفاءة عملية التناضح العكسي (RO) تقع بشكل رئيسي على فعالية الغشاء نفسه والمعالجة المسبقة للمياه المصدر. على هذا النحو ، تستخدم محطة تحلية المياه الحديثة أنواعًا مختلفة من الفلاتر ، في كثير من الأحيان بالتسلسل ، لإزالة نسبة كبيرة من الملوثات قبل أن تتمكن من الوصول إلى الغشاء. مياه البحر غالبا ما يكون تركيزات المواد الصلبة المذابة تتجاوز 35 غرام لكل لتر (1).

مخطط محطة تحلية المياه
التناضح والرسم البياني التناضح العكسي

اثنين من هذه
التكنولوجيات مرشح تستخدم على نطاق واسع
هي الضوء الموسع كلاي مجموع (LECA، عملية موسعة الطين) وanthracite، وسيتم مناقشة كل من هنا. الفكرة الأساسية هي أن مياه البحر تمر عبر هذه المواد التي تم إعدادها كمرشحات قبل أن تصل إلى الغشاء. عندما تصل إلى الغشاء ، فإنه يخلو إلى حد كبير من المواد الصلبة الذائبة ، مما يجعل عملية RO الشاملة أكثر كفاءة.

العديد من أسباب قاذورات الغشاء من مياه البحر غير المعالجة ليست مرئية بسهولة للعين البشرية. وتشمل الأسباب الرئيسية مركبات السيليكا المذابة، والجزيئات العضوية الممتزة، والكائنات الدقيقة، وأكاسيد معدنية، ومختلف الغروانيات من الحديد والألومنيوم(2). الأكثر فعالية هي مجموعة الترشيح وسائط مزدوجة المنبثقة، وهذه هي التي تستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم (3). يعتبر الترشيح المباشر (أي الترشيح البسيط من خلال الرمل فقط أو من خلال فلتر شبكة) غير فعال بشكل عام ، خاصة ضد الملوثات العضوية (4).

لا بد لعمليات RO، نظرا للحجم الهائل الذي تعمل عليه، أي مرشح يحتاج إلى أن تكون موثوقة لفترات طويلة من الزمن وغير مكلفة نسبيا. وتناسب هذه المتطلبات هذه المتطلبات الليا والأنثراسيت. المعالجة المسبقة لمياه البحر هي الطريقة الأكثر فعالية لضمان عدم قاذورات غشاء RO (5).

محطة تحلية المياه

حصى الطين الممدد الخفيف

LECA هو مجموع خفيف الوزن شكلته الطين القياسية التدفئة إلى كاليفورنيا. 1200 درجة مئوية في فرن دوار. خلال عملية التدفئة والدورية ، يجف الطين ، ويشكل نفسه في أشكال الكرة ويصبح مساميًا للغاية. هذه المسامية تقودها إلى امتلاك خصائص ماصة جيدة ، بعد أن تم استخدامها سابقًا لإزالة المعادن الثقيلة مثل الكادميوم من مجاري نفايات مصنع الطلاء (6).

في مساحة تنقية المياه، حيث أظهرت الأبحاث أن LECA قادرة على امتصاص مركبات الفلوريد من محلول مائي، إما من تلقاء نفسها أو معدلة مع كلوريد المغنيسيوم أو بيروكسيد الهيدروجين (7). وعلاوة على ذلك، مرشحات وسائل الإعلام المزدوجة التي تحتوي على السِمَّان وMgCl2/H2O2-تعديلLECA قادرة على إزالة مركبات الكروم من الماء (8) - وهذه الـ LECAs المنشطات قادرة على تجديدها عن طريق العلاج بحمض مخفف.

واحدة من الملوثات الأكثر ضررا هو الزرنيخ. وإذا دخل هذا إلى شبكة المياه، يمكن أن تحدث وفيات. وقد أظهر الباحثون استخدام فينتون الكاشف المعدلة LECA كانت فعالة في إزالة 99 من الأرسينيت (كما2 +)وarsenate (كما4 +)الأيونات من محلول مائي بتركيز 150 ميكروغرام للتر الواحد، في 60 دقيقة (9). كاشف الفينتون هو خليط من بيروكسيد الهيدروجين والحديد ، وهو مادة غير مكلفة لاستخدامها على نطاق واسع.

وينبغي إجراء مقارنة قابلة للتطبيق في غربال الجزيئية المنشطة، كما تستخدم في كثير من الأحيان في مختبر الكيمياء، حيث يمكن تجديد هذه الاتفاقات، وتكون فعالة في "التحميلات" المنخفضة، وهي في حد ذاتها غير قابلة للذوبان. هذه الخصائص تعني أن ترشيح LECA بسيط للعمل معه.

عملية تنقية المياه الآلية.

أنثراسايت

الأنثراسيت هي واحدة من أكثر أشكال الفحم في كل مكان. تحدث بشكل طبيعي وسهل الملغومة، أنها غير مكلفة. وجود العديد من الاستخدامات جانبا من الوقود، واستخدامه كوسيلة الترشيح معروف على نطاق واسع (10). ومن الفوائد البيئية الرئيسية
لاستخدام الأنثراسيت كفلتر
وليس كوقود أنه بما أنه لا يحترق، فلا يوجد انبعاث لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الأنثراسيت نادرا ً ما يستخدم بمفرده كفلتر ما قبل RO. بدلا من ذلك، يتم استخدامه كجزء من تعيين مرشح وسائط مزدوجة جنبا إلى جنب مع الرمل (11) أو جنبا إلى جنب مع الرمل
والعقيق كفلتر الوسائط المختلطة،
وتوفير الترشيح متفوقة الخشنة إلى غرامة. عادة، الجمرة الخبيثة موجود لإزالة المواد الصلبة المعلقة وبعض المواد العضوية الذائبة(12).

وقد استخدمت مرشحات الوسائط المزدوجة التي يقودها الأنثراسيت في البيئات المدارية في مصانع RO، مما يثبت فعاليته العالية في معالجة مياه البحر الخام الملوثة قبل الإصابة بـ RO، مما أدى في نهاية المطاف إلى إنتاج ما يزيد على 50 م3 في اليوم (50000 لتر) من مياه الشرب المتوافقة تماماً مع معايير منظمة الصحة العالمية(13). وقدم هذا المثال الخاص أكثر من 35 عملية استعادة للمياه على مدى سنة واحدة. جنبا إلى جنب مع الكربون المنشط الحبيبية (وهي مادة تشارك فيها الأنثراسيت العديد من أوجه التشابه) تم استخدام الجمرة الخبيثة كعنصر فعال للغاية في مرشح مزدوج لإزالة المواد البيولوجية من مجموعة تجريبية قبل RO (14). ولم يُظهر هذا الإعداد الصغير النطاق أي انخفاض في الأداء حتى بعد 55 يوماً من النشاط المستمر، بما يزيد على 5 أمتار في الساعة من خلال فلتر طوله 20 سم. وفي كلا المثالين، كان مطلوباً الحد الأدنى من معالجة الجمرة الخبيثة - ويقتصر الأمر على الطحن فقط على أحجام الجسيمات المناسبة. كجزء من الترشيح متعدد الوسائط ، تمكنت anthracite جنبا إلى جنب مع الخضر والفحم المنشط من إزالة كميات كبيرة من الحديد من محلول مائي قبل عملية RO (15).

عبر تطبيقات الترشيح لأحجام الحبوب الانثرات RO قد تختلف بين 1mm إلى 2.4mm، مع عمق السرير الحد الأدنى من 0.8 م. يمكن للنباتات الحديثة التي تستخدم مرشحات الوسائط المزدوجة anthracite / sand التعامل مع ما يزيد على 40 م3 في الساعة (16). معظم أداة الترشيح anthracite ينبع من وظيفة ممتازة حجم الاستبعاد والمسامية. بعد الاستخدام، يتم التخلص من الجمرة الخبيثة المستهلكة عادة.

قطرات الماء ضرب الماء
دفقة جميلة من الماء الأزرق

مقارنة

أخذت دراسة واحدة في شمال اليونان مرشحات anthracite و LECA لRO وركض لهم بالتوازي، بهدف العثور على فرق ملحوظ بين النهجين(17). ووجد البحث - على كل من المقاييس النباتية والمختبرية - أن LECA وanthracite أديا نفس الأداء إلى حد كبير عبر اختبارات تركيز المواد العضوية في البنوة وكثافة الطمي والتعكر. ومع ذلك، من الجدير بالذكر أن كلا الأسلوبين عانى من الأداء الحكيم في الشتاء البارد، ولكن ليس إلى مستوى غير مقبول. وكانت مادة ليا والجمرة الخبيثة في نطاق يتراوح بين 1.2 و 2.4 ملم.

كلا النوعين من الترشيح - عندما تكون في إعداد مرشح الوسائط المزدوجة - فعالة للغاية ضد تعرض تكاثر الطحالب إلى غشاء RO (18). البكتيريا هي أكثر صعوبة بكثير لإزالة باستخدام عمليات التصفية المزدوجة من الملوثات الصلبة والمواد العضوية، ومع ذلك، وقد ثبت مرشحات وسائل الإعلام المزدوجة التي تحتوي على anthracite لإزالة بعض البكتيريا في دراسة واحدة، ولكن تمت إزالة الغالبية من قبل عمليات الترشيح اللاحقة(19). في دراسة أخرى ، تبين مرشحات LECA لفخ -- ولكن أيضا في بعض الحالات لتطوير -- الحياة البكتيرية (20).

عملية تنقية المياه
غشاء التناضح العكسي

وبطبيعة الحال، الترشيح ليس السلاح الوحيد في ترسانة مصمم مصنع RO. في كثير من الأحيان ، سيتم معالجة مياه البحر قبل الترشيح كيميائيًا لتسريع الملوثات المتوقعة - يتم جمعها بعد ذلك في فلتر الرمل أو يسمح لها بالانفصال مع الجاذبية. يمكن إضافة سداسي ميتافاتفوسيوم الصوديوم للحث على هطول الأمطار من كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم. يمكن إجراء التحمض (حيث أن مياه البحر أساسية قليلاً) وإضافة كبريتات الألومنيوم لجعل الترشيح أسهل (21). علاجات ما بعد الترشيح ليست غير شائعة ، اعتمادا على حجم التلوث.

في حين أن كل من المواد (الطين والجمرة الخبيثة) وفيرة ويمكن الوصول إليها بسهولة من حيث التعدين والاقتصاد على حد سواء، يحمل anthracite ميزة القدرة على استخدامها "من خارج منطقة الجزاء" مع الحد الأدنى فقط من المعالجة المطلوبة. وتقتصر المعالجة عادة على طحن الجمرة الخبيثة الخام إلى أحجام الجسيمات المناسبة. الطين من ناحية أخرى يجب تسخينها أولا في فرن دوار، ومن ثم اعتمادا على التطبيق، مخدر / مشربة مع مادة كيميائية أخرى - إضافة النفقات والوقت والتعقيد لهذه العملية. Anthracite هو أكثر فعالية من حيث التكلفة لأنه يتطلب معالجة أقل مما يضيف أيضا فائدة كونها أكثر ملاءمة للبيئة.

المياه النظيفة التي تجري فوق شلال

ملخص

  • التناضح العكسي هو أحد العمليات التي يمكن من خلالها إنتاج مياه الشرب من مياه البحر
  • RO يعتمد على غشاء نفاذي جزئيا لتعمل، وإذا كان هذا يصبح مسدودا أو كريهة، وكفاءة العملية تنخفض بشكل كبير
  • الترشيح ، وغالبا
    ما تستخدم وسائط مزدوجة انشاء
    ، وبالتالي يستخدم لضمان إمدادات أفضل نوعية للغشاء لمنع قاذورات
  • Anthracite وخفيفة الوزن مجمع الطين الموسعة هما مواد رائدة تستخدم كمرشحات
  • مع البحار الحصول على أكثر تلوثا من أي وقت مضى ، وندرة المياه أصبحت أكثر من قضية في بعض المناطق ، يجب إنشاء عمليات فعالة RO -- مثل هذه العمليات لا يمكن أن تعمل دون ترشيح فعال من أمثال anthracite
العقيق
وعاء مملوء بالأنثراسيت مطحون

مراجع:

1 س. - ح. كيم وآخرون، تحلية المياه ومعالجة المياه، 2011،32، 339

2 L.J. لاثام وآخرون., التجارب العملية من الأخطاء الحيوية في نظم التناضح العكسي في: بروك. المؤتمر العالمي للمؤسسة الدولية للتنمية حول تحلية المياه وعلوم المياه، أبوظبي، 1996

3 س. - ح. كيم وآخرون، تحلية المياه، 2009،249، 308

4 J. Leparc وآخرون., تحلية المياه, 2007,203, 243

5 ن. بريهاستو وآخرون، تحلية المياه، 2009،249، 308

6 م. مالاكوتيان وآخرون. الباحث. ج. Environ. الخيال العلمي. تكنول., 2009، 6، 183

7 م. زرابي وآخرون، ج. تايوان إنست. الكيمياء. المهندس.، 2014، 45، 1821

8 أ. حمدي وآخرون، (كير) عالم إنف.، 2012، 7، 23

9 س. س. مارتينيز وآخرون. تحلية المياه، 2011، 272 ، 212

10 غ. م. فيسنر ور. ل. كولب، J. المياه الاستطلاع. مراقبة بنك الاحتياطي الفيدرالي., 1972,44, 1932

(11) س. جيونغ وس. فيغنيسواران، الكيمياء. المهندس. ي.، 2013، 228، 976

12 S. Vigneswaran وآخرون، تكنولوجيا الفصل والتنقية، 2016،162، 171

13 C. P. Teo وآخرون., تحلية المياه وعلاج المياه., 2009, 3, 183

14 س. فيغنيسواران وآخرون، تحلية المياه، 2009، 247 ، 77

15 S. Chaturvedi و P. N. ديف, تحلية المياه, 2012,303, 15

16 إدارة الجيش، الدليل التقني لتحلية المياه،واشنطن العاصمة، 1986

17 أ. ج. كارابالاس وآخرون، تحلية المياه، 2008، 222 ، 24

18 ل. أو فيلاكورتي وآخرون، تحلية المياه، 2015، 360، 61

19 س. لي وآخرون، تحلية المياه، 2016،385، 83

20 ف. إكس سيمون وآخرون، تحلية المياه، 2013، 328 ، 67

21 ج. و. سالتونستال، تحلية المياه، 1976، 18 ، 315