أنظمة الترشيح الفائق والكربون المنشط: الإيجابيات والسلبيات في تحضير المياه فائقة النقاوة

المياه النقية للغاية هي المياه التي تمت إزالة أيونات موصلة والكولويديات والمواد العضوية وغيرها من الشوائب بالكامل ، مع مقاومة المياه المنتجة التي تتجاوز 18 MΩ · cm (في 25 درجة مئوية).أنظمة المياه النقية للغاية تستخدم عادة تقنيات المعالجة المسبقة، التناضح العكسي (RO) ، التأين الكهربائي (EDI) ، وعمليات المعالجة اللاحقة ، غالبًا ما تكملها معالجات مساعدة مثل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية ووحدات إزالة TOC (المجموع الكلي للكربون العضوي).

تدفق عملية إنتاج المياه فائقة النقاء:
تدفق العملية القياسي هو: مياه الصنبور → نظام المعالجة المسبقة → نظام RO عالي الضغط متعدد المراحل → نظام EDI → وحدة إزالة TOC → نظام النظافة المختلط → نقطة الاستخدام (POU).أثناء الإنتاجتعمل المضخات كمصدر للطاقة وتضمن خزانات التخزين في مختلف مراحل تشغيل المضخة بشكل آمن ومستقر. يضمن إضافة مرشحات من درجات مختلفة في نقاط محددة نوعية المياه المنتجة.

بالإضافة إلى ذلك، أثناء تشغيل المرشح، يمكن إضافة مواد كيميائية مختلفة لضبط درجة الحموضة في الماء، وتقليل الكلور المتبقي، وإبطاء تقليص غشاء الـ RO، وما إلى ذلك.يمكن إضافة مبادلات حرارة في مدخل نظام المعالجة المسبقة لرفع درجة حرارة مياه الصنبور لتلبية متطلبات العملية.

علاوة على ذلك، فإن تنظيف خزان المياه النظيفة للغاية بغاز النيتروجين أمر حاسم لعزل المياه من الغلاف الجوي ومنع التلوث الثانوي.

أهمية المعالجة المسبقة:
1احتياجات المياه الغذائية للغشاء:
نظام الـ RO هو المكون الأكثر أهمية في إنتاج المياه النقية للغاية. يعمل بشكل صحيح لضمان سلامة نظام المياه النقية بأكمله وجودة المياه المنتجة.أنظمة RO لديها متطلبات خاصة للمياه الغذائية:

• مؤشر كثافة الحرير (SDI) < 4.0

• الغموض (NTU) < 1.0

• محتوى المواد العضوية (COD) < 1.5 ملغ/لتر

• محتوى الكلور المتبقي < 0.1 ملغ / لتر (من الأفضل السيطرة عليه عند 0 ملغ / لتر)

• محتوى الحديد < 0.05 mg/L عندما يكون الأكسجين المحلول > 5 mg/L

• السيليكا (SiO2) في التركيز < 100 mg/L

• مؤشر تشبع لانجليير (LSI): pHb - pHs < 0

• أيونات عرضة لتشكيل الأملاح غير القابلة للذوبان (على سبيل المثال ، Sr ، Ba): المنتج الأيوني (Ipb) < 0.8 Ksp

2دور نظام المعالجة السابقة:
يزيل نظام المعالجة المسبقة الكلور المتبقي والمواد الصلبة المعلقة الكبيرة والكولويديات المتدفقة والمواد العضوية والأكسيدات والمركبات العضوية والمعادن الثقيلة من الماءقبل ذلكيدخل نظام RO ، وبالتالي يقلل من قيم COD و SDI.

بالإضافة إلى ذلك، الأيونات مثل الكالسيوم، المغنيسيوم، الباريوم، الكبريتات، السيليكات، والكربونات يمكن أن تكون معقدة بإضافة مثبطات الحجم لتشكيل جزيئات أكبر،التي يتم تصريفها بعد ذلك كتركيز من وحدة RO.

(1) تأثير عطل النظام على غشاء الـ RO:
كما هو موضح في قسم المعالجة المسبقة ، يتم إزالة الغالبية العظمى من الجزيئات الكبيرة الضارة بواسطة نظام المعالجة المسبقة قبل الوصول إلى أغشية RO.إذا كان نظام المعالجة المسبقة ناقصًا ولم تتوافق معايير مياه تغذية RO المتعددة، يمكن أن يحدث تلف مادي وكيميائي لا رجعة فيه لعناصر غشاء الـ RO ، مما يقلل بشكل كبير من عمرها. تشمل العوامل التي تؤثر على عمر غشاء الـ RO:

• تقليص غشاء الـ RO

• تلوث غشاء الـ RO بأوكسيدات المعادن

• انسداد غشاء الـ RO من قبل المواد الصلبة المعلقة

• التلوث بواسطة اللولبات والمواد العضوية والكائنات الدقيقة ، مما يؤدي إلى زيادة COD للمياه المنتجة.

(2) تأثير خلل النظام على نظام المياه الفائقة النقيّة في المنطقة:
يؤثر العيوب في نظام المعالجة المسبقة على نظام المياه الفائقة النقاء بالكامل في RO بثلاث طرق رئيسية:

• يقلل من إنتاج المياه ونوعيتها.

• يزيد من استهلاك المياه والطاقة لمعدات RO.

• يزيد من التكاليف التشغيلية، بما في ذلك نفقات مثبطات الحجم وغيرها من مواد معالجة المياه الكيميائية.

مبادئ عمل أنظمة الفحم المفعول والفحم المنشط:
تشمل أنظمة المعالجة المسبقة الشائعة في الممارسة العملية أنظمة التصفية فوق الصورة (UF) وأنظمة الكربون النشط. يتكون نظام UF عادةً من فلتر قرص ووحدة UF.يتكون نظام الكربون المنشط عادةً من فلتر متعدد الوسائط (MMF) وفلتر الكربون المنشط (ACF).

1مبدأ عمل نظام UF:

• مرشح القرص:يعمل عن طريق تصفية السطح والعمق باستخدام أقراص بلاستيكية معبأة بإحكام. يزيل في المقام الأول الجسيمات الكبيرة مثل الرمل والطين.

• تصفية فوق الصورة (UF):تكنولوجيا فصل غشاء تحت الضغط. تحت الضغط، تمر جزيئات المذيب الصغيرة والمذيب من خلال غشاء بحجم المسام المحدد، في حين أن جزيئات المذيب الأكبر (وزن جزيئي 10،000 - 30يتم الاحتفاظ بها، وتطهير الحل جزئيا عن طريق إزالة الجزيئات الكبيرة. (انظر الشكل المخططي 1 لمبدأ UF).

2مبدأ عمل نظام الكربون المنشط:

• مرشح الوسائط المتعددة (MMF):يستخدم وسيلة مرشحة واحدة أو أكثر (مثل رمل الكوارتز، والأنثراسيط، ورمل المنغنيز) تحت الضغط. الماء ذو الغموض العالي يمر عبر سرير من المواد الحبيبية،إزالة المواد الصلبة المعلقة بشكل فعال وتوضيح المياهيقلل من SDI إلى أقل من 3 ويستخدم لإزالة الغموض وكمعالجة مسبقة للمياه المرنة / النقية.

• مرشح الكربون المنشط (ACF):الماء من MMF يدخل ACF الذي يحتوي على سرير من الرمال الكوارتز التي تدعم وسائل الاعلام الكربون النشط.والشوائب المتعلقة في المقام الأول من خلال الامتصاص الفيزيائي (قوى فان دير فال) داخل شبكة واسعة من المسام.

إيجابيات وسلبيات أنظمة الفحم المفعول والفحم المنشط:
كل نوع من أنظمة المعالجة المسبقة له مزاياه وعيوبه أثناء التشغيل.

نظام التصفية الفائقة (UF):

1. إيجابيات:

   • عامل تركيز مرتفع، معدل استعادة المياه للمنتج يمكن أن يتجاوز 90٪.

   • نظافة وجودة المنتج الممتازة

   • كمعالجة مسبقة لـ RO ، يقلل UF بشكل كبير من تكاليف استثمار RO ويمدد عمر غشاء RO (إلى أكثر من 3 سنوات).

   • مستوى عال من الأتمتة، هيكل بسيط، تكاليف تشغيل / صيانة منخفضة؛ قادرة على غسل العكس والتنظيف الكيميائي عبر الإنترنت (CIP).

   • بصمة صغيرة

2. السلبيات:

   • تغطي أحجام مسام غشاء UF (0.002 - 0.1 μm) نطاقًا واسعًا من التصفية (الملحقات ≥0.1 μm ، اللاتكس ≥0.5 μm ، البكتيريا ≥0.2 μm ، الجسيمات ≥5 μm). بعض المكونات عرضة لانسداد أثناء التشغيل ،يؤثر على معدل التدفق وعمر الغشاء.

   • ارتفاع تكلفة الاستثمار الأولي (عادة ما تكون مرتين إلى ثلاثة أضعاف تكلفة نظام صناديق النقد من أجل نفس القدرة).

   • متطلبات صارمة لضغط المياه

   • لا يمكن إيقاف تشغيلها لفترات طويلة؛ تتطلب الأغشية الحفاظ على المواد الكيميائية للخمول لفترات طويلة.

نظام الكربون المنشط:

1. إيجابيات:

   • انخفاض تكلفة الاستثمار الأولي.

   • إنتاج المياه المستقر؛ أقل حساسية لتغيرات ضغط المياه.

2. السلبيات:

   • بصمة كبيرة

   • أثناء التشغيل ، يخضع الكربون المنشط والانثراسيت لردود الفعل الفيزيائية والكيميائية ، مما يؤدي إلى الاستهلاك الطبيعي ، واستنفاد قدرة الامتصاص ، وتدهور نوعية المياه المنتجة ،يؤثر سلبا على نظام RO في الأسفل.

   • دورة غسل العكسية لـ ACF من الصعب التحكم فيها وغالبًا ما تكون قصيرة. يؤدي غسل العكس غير الكافي إلى تسرب غرامات الكربون ، مما يلوث جودة المياه والمعدات في الأسفل بشدة.الغسل العكسي غير المتكرر يؤدي إلى ارتفاع ضغط التفاضل عبر المرشح، مما يشكل مخاطر تشغيلية وتقليل معدل التدفق.

   • تكاليف تشغيل وصيانة طويلة الأجل العالية، وحمل عمل كبير؛ وسائل التصفية لديها عمر قصير (تتطلب استبدال سنوي).