تحليةالمياه المالحه

مقدمه
يعد الماء ذلك السائل العجيب القاعدة الأساسية التي تقوم عليهاالحياة فوق الأرض فعلي المياه قامت أولي الحضارات البشرية وحيثما وجد الماء وجدتالحضارات ونظراً للتزايد الهائل في عدد السكان وارتفاع المستوي المعيشي والتطورالصناعي والزراعي مما أدي إلي تلوث المياه ومصادره المحدودة ، ونتيجة لقلة مصادرالمياه العذبة في كوكب الأرض برزت مشكلة النقص الحاد للمياه العذبة ولقد أجريتالعديد من الدراسات والبحوث حول مستقبل الوضع المائي والبحث عن مصادر مائية جديدةغير المصادر التقليدية التي منها علي سبيل المثال تحلية المياه المالحة فكما نعلموبالذات أننا نعتمد علي مصدر وحيد للمياه العذبة وهو المياه الجوفية ، فهي مصدرمحدود وبالتالي فإنه يفترض علينا القيام بالدراسات اللازمة والأبحاث الضرورية فيكيفية الاستفادة من مياه البحر القريبة منا .
تعريف تحلية المياه:
هي تحويل المياه المالحة إلى مياه نقية من الأملاح صالحةللاستخدام . ويتم ذلك عبر طرق عديدة للتحلية
إختيار مصدر المياه:
توجد العديد من أنواع مصادر المياه علي كوكب الأرض غير انه يمكنإجمالها في ثلاثة صور تضم :
مياه الأمطار والمياه السطحية والمياه الجوفية ومن الأهمية بمكانمعرفة خصائص المصدر وكمية المياه به ومدى إمكانية إيفائه بالكميات المطلوبة منالمياه واستمرارية المصدر وطاقته الانتاجيه ونوع المياه به وقرب المصدر أو بعده منمنطقة الاستهلاك ورغبة جمهور المستهلكين في استخدام المصدر .
وتستخدم مياه الأمطار بطرق مباشرة أو غير مباشرة بواسطةالمواطنين وتعتمد كمية المياه التي يمكن الحصول عليها علي شدة الأمطار وعلي زمنهطولها وفترة الهطول والعوامل المناخية المؤثرة علي الأمطار وطريقة تجميع المياهوحفظها وسبل الاستخدام ومضاربها ونوعية المياه المجمعة أما المياه السطحية فتشكلالنسبة الكبرى في الحصول علي المياه وتضم في مجملها الأنهار والبحيرات والبركوالأنهار الصغيرة والخيران الموسمية والدائمة والبحار وتتفاوت كمية المياه بالمصدرطبقا لنوع المصدر وكمية الأمطار الهاطلة بالمنطقة ومقدار الجريان السطحي وطبوغرافيةوجيولوجية وجغرافية المنطقة والظروف المناخية المحيطـة والنسبة المصرح باستغلالهامن هذه المياه لا سيما وغالبا ما تشتركالعديد من الدول في مصدر من مصادر المياه وتحدد الاتفاقيات الثنائية والمشتركةكمية المياه التي ممكن أن تستغل وعادة فان استغلال المياه السطحية تحكمه نوعالمياه ودرجة التلوث الموجودة وإمكانية تنقيتها بالموارد والإمكانيات المحليةالمتاحة ومدي مواكبة التنقية للتشريعات المنظمة للاستخدام ولابد من توخي الحذر واخذالحيطة عند استخدام المياه السطحية لتفادي مشاكل التلوث بها ولعدم مضاعفة الملوثاتالموجودة أو الإتيان بأخرى تصعب أزالتها من المصدر ولابد من أخد العوامل الصحية فيالحسبان عند تصميم وإجازة وإنشاء المشاريع التنموية تعتبر المياه الجوفية من أفضلمصادر للاستهلاك نسبة إلى نوع المياه وجودتها مقارنة بالمياه السطحية خاصة عندغياب التلوث وعند وجود الكميات الكافية من المخزون الجوفي أما عملية اختيار المصدرالمائي الملائم فتتم بالاعتماد علي عوامل مؤثرة ومتداخلة فيما بينها مثل درجةالقبول للمصدر من قبل جمهور المستهلكين ،وكمية ونوع المياه بالمصدر ، وسبل استخدامالمصدر ، وتكلفة الإنتاج والتوزيع ، وقرب المصدر من منطقة الاستهلاك والطاقة المستهلكة، وجودة التقنية المحلية الملائمة وأساليب التدريب ، وجود العمالة ومتطلباتالتشغيل والصيانة والترميم ، وإمكانية التنمية والزيادة علي المدى القصير والطويلكما ويمكن استخدام أكثر من مصدر للإيفاء بالاحتياجات وتعتمد النسبة المئويةلاستخدام كل مصدر علي العوامل الاقتصادية والفنية والبيئية وعوامل التقنية فيالمقام الأول .
وأخيراً نستخلص أنه يجب علي المصمم أن يقوم بالاختيار المناسبلمصدر المياه وذلك بأن يكون هذا المصدر ملماً بالعديد من المواصفات التي يجب أنتتوفر فيه فعلي سبيل المثال نوعية مائه وعمره الافتراضي.... الخ
عوامل اختيار الطريقة المناسبة للتحلية :
أولا : نوعية مياه البحر ( تركيز الأملاح الذائبة الكلية) :
تصل كمية الأملاح الكلية المذابة إلى درجات مختلفة فعلي سبيلالمثال في مياه الخليج العربي تصل إلى حوالي 56000 جزء من المليون في الخبر كماأنها تتراوح ما بين 38000 إلى 43000 جزء من المليون في مياه البحر الأحمر بمدينهجده .
ثانياً : درجة حرارة مياه البحر والعوامل الطبية المؤثرة فيه :
ويجب مراعاة ذلك عند تصميم المحطات حيث أن المحطة تعطي الإنتاجالمطلوب عند درجة الحرارة المختارة للتصميم بحيث لو زادت أو انخفضت درجة الحرارةعن هذا المعدل فإن ذلك يؤثر على كمية المنتج بالزيادة أو النقصان أما العواملالطبيعية المؤثرة فتشمل المد والجزر وعمق البحر وعند مأخذ المياه وتلوث البيئة .
ثالثاً : تكلفة وحدة المنتج من ماء وكهرباء :
وذلك بمتابعة أحدث التطورات العالمية في مجال التحلية وتوليدالطاقة للوصول إلى أفضل الطرق من الناحية الاقتصادية من حيث التكلفة الرأسماليةوتكاليف التشغيل والصيانة .

وصف مبسط لمحطة تحلية :
يبدأ دخول مياه البحر إلى مآخذ مياه البحر من خلال مصافي وذلكلمنع الشوائب من الدخول إلى مضخات مياه البحر التي تقوم بدورها بضخ مياه البحر إلىالمبخرات . هذا ويتم حقن مياه البحر بمحلول هيبوكلوريد الصوديوم عند مآخذ مياهالبحر أي قبل دخولها المبخرات وذلك لمعالجتها من المواد البيولوجية العالقة بها .ويتم تجهيز هذا المحلول في خزانات ومن ثم يتم حقنه خلال مضخات بمعدلات حسب الطلب .
يوجد بمآخذ مياه البحر لوحات توزيع القوى الكهربائية التي تغذيالمضخات وغيرها بالكهرباء، كما يوجد أيضا أجهزة القياس والتحكم اللازمة لهذهالمعدات . هذا ويتم انتقال مياه البحر بعد ذلك إلى المبخرات والتي تتكون من عدةمراجل يتم خلالها تبخير مياه البحر ومن ثم تكثيفها وتجميعها .
وبالنظر إلى ما يحدث للعمليات المتتابعة المياه لحظة دخولهاالمبخرات وحتى الحصول على المياه العذبة نجد أنه يتم إضافة بعض الكيماويات منها (البولي فوسفات ) إلى مياه البحر قبل دخولها المبخرات وذلك لمنع الترسبات (القشور SCALES ) داخل أنابيب المكثفات والمبادلات الحرارية كما نجد أن مياهالبحر هذه تمرر على أجهزة تسمى بنوازع الهواء وذلك للتخلص من الغازات المذابةبمياه البحر كما يتم تسخين مياه البحر بواسطة مبادلات حرارية تعمل بالبخار وتسمى(الماء الملحي داخل المبخرات ومنها ما يلزم لتصريف الرجيع الملحي إلى قناة الصرفومنها ما يلزم مسخنات المياه المالحة ) . هذا ويلزم للمبخرات أنواع متعددة منالمضخات منها ما يلزم للتدوير هذا وبعد ضخ الماء المنتج إلى محطة الكيماوية والتييتم فيها معالجة المياه المنتجة بالمواد المختلفة مثل الكلور وثاني أكسيد الكربونوالجير حتى يصبح حســب المواصفات المطلوبة عالمياً يتم نقله من محطة المعالجةالكيماوية إلى الخزانــات الكبيرة التي تمـد الشبكـة بالمـاء الصالـح للشـرب .
إنتاج الطاقة الكهربائية في محطات التحلية:
عادة ما يتم استغلال جزء من البخار المنتج من محطات التحلية فيعملية إنتاج الطاقة الكهربائية لتغذية احتياجات محطة التحلية والمجمع السكنيومحطات الضخ وعليه يتم تصدير باقي الطاقة المنتجة من هذه المحطة إلى الشبكةالكهربائية .
وبالنظر إلى محطة توليد الكهرباء نجد أنها تتكون أساساً منمجموعة من الغلايات تقوم بتحميص البخار المنتج من محطة التحلية والتوربيناتالبخارية الموصلــة بالمولدات التي تنتج الطاقة الكهربائية . هذا وتشتمل المحطةعلى بعض المعـدات المساعدة ومضخات وزانات وقود وأنظمة مكافحة الحريق وبطارياتكهربائية لإمداد الأجهزة الضرورية بالطاقة عند حدوث إي خلل بالشكة ، هذا بالإضافةإلى الحاسب الآلي الذي بواسطته يمكن السيطرة على جميع أجهـزة القيــاس والتحكموالمراقبة لكافة معدات المشروع .
تحلية المياه تعني إنتاج مياه تصلح للاستهلاك الإنساني من مياهمالحة مثل / مياه البحار أو مياه عالية الملوحة
درجات تركيز المواد الصلبة الذائبة لعدد من أنواع المياه

نوع المياه	المواد الصلبة الذائبة الكلية ( ملجم / لتر)
مياه مالحة	1500 إلى 12000
مياه البحر (منطقة الشرق الأوسط)	5000
مياه البحر ( بحر الشمال)	35000

كما وأن تحلية المياه تعني الطرق التي تتطلب طاقة لفصل الماءوالأملح الموجودة في الماء الخام . ويتم الإيفاء بالطاقة المطلوبة من وحدات معينةمصممة لهذا الغرض . ويمكن إتمام تحلية المياه بطرق عديدة منها التقطير ، والتجمد ،والتناضح العكسي والديلزة .
أهم الطرق المستخدمة فيعمليات تحلية الماء والتي يمكن تلخيصها في عمليات حرارية وعمليات قدرة . وتشملالطرق الحرارية تلك الوحدات التي تأخذ ما تحتاجه من طاقة في شكل شغل ، ومثال لهذهالوحدات التناضح العكسي ، والفصل الغشائي الكهربائي ( الديلزة ) ، والتجمد
تعتبر عملية التقطير من وحدات تحلية المياه والتي يتم فيها فرزالأملاح بالغليان في أوعية مناسبة لتنتج مسارين . أحد المسارين تقل فيه الموادالصلبة الذائبة ويسمي بمسار الماء النقي ، والآخر يحتوي علي بقية المواد الصلبةالذائبة ويسمي مسار المحلول الملحي المركز . ومن ثم يتم تكثيف البخار للحصول عليالماء النقي .
ومن محاسن هذه الطريقة لتحلية الماء :
1. التخلص من الجراثيموالكائنات الحية الدقيقة الضارة الموجودة في الماء الخام من بكتريا و فيروساتوبروتوزوا وغيرها .
2. التخلص من المواد الصلبةغير الطيارة التي يمكن أن تتواجد في الماء الخام مثل الغازات الذائبة كغاز ثانيأكسيد الكربون والأمونيا ( النشادر ) .
3. الفكرة الأساسية لعملياتالتقطير تكمن في رفع درجة حرارة المياه المالحة إلى درجة الغليان وتكوين بخارالماء الذي يتم تكثيفه بعد ذلك إلي ماء ومن ثم معالجته ليكون ماء صالحا للشرب أوالري . وطريقة التقطير تعتمد أساسا علي التغير في حالة المادة . وعادة يحتاج إليوحدتي مبادلات حرارية ، أحدهما لتبخير الماء الخام لبخار ، والآخر ليساعد البخارعلي التكثيف . ويبين الشكل ( 4 ) وحدة التقطير التليدية . وتتراكم المواد الصلبةعلي أسطح المبادلات الحرارية لتكون الترسبات . ومن هذه الترسبات :
- ترسبات بلورات صلدة Hard Crystalline .، وتلتصق بأسطح المبادلات الحرارية .وهذا النوع يمكن إزالته بطرقطبيعية مثل النحت أو الحفر
- ترسبات نتجت من محلول المادةوالتي تناقص ذوباناتها مع زيادة درجة الحرارة .
4. ترسبات بللورية كثيفةوتكون متحدة ومترابطة بصورة جيدة بسطح المعدن
ويمكن تقسيم الترسبات إلى الأنواع التالية :
1. ترسباتقلويــة
2. ترسباتغير قلوية
كما أن هذه الترسبات تصعب إزالتها لأنها لا تذوب في الأحماضالمعدنيـة وربما أدت إلى وقف وحدة التقطير . ومن أنسب الطرق العملية لتقليــلمشاكل ترسبات كبريتات الكالسيوم تشغيل الوحدة علي درجة حرارة تقل عن 120 درجةمئوية لمنع تراكم المترسبات .
ومن الطرق المتبعة للتخلص من المترسبات إضافة حامض لإزالةأيونــات الكربونات من الماء قبل إدخاله إلي وحدة التقطير وكما يمكن إزالةالمترسبات بالنظافة بالكريات الأسفنجية ( تسمي طريقة تابوراج نسبة لصانعها ) وهنايتم استخدام كريات مرنة من الإسفنج لها قطر أكبر من قطر أنابيـب جهــاز التقطيرومن الطرق المستخدمة أيضا لإزالة المترسبات تلك التي تعتمد علـي إزالة العناصرالمكونة للترسب مثـل أيونـات الكالسيـوم والمغنيسيــوم والبيكربونات والكبريتاتوتتم إزالة هذه الكربونـات بإضافة أحماض لإزالة البيكربونات وتبادل الكاتيونات عبرالراتنج لإزالة أيونات الكالسيوم وإضافة مركب كربونات الجير والماغنسيوم لترسيبأيونـات الكالسيـوم وأيونات البيكربونات كما ويمكن استخدام الأغشية المتنقاهللأيونات لتمرير الأيونات أحادية التكافؤ عبر الغشاء ومنع الأيونات ثنائية التكافؤمن العبـور مثــل أيونات الكالسيوم والماغنسيوم والكبريتات .
وهناك التقانات الميكانيكية والطبيعية لتجـنب الترسيب حيث تضافمواد ناعمة للمحلول فوق المشبع لإيجاد سطح يزيد من نمو البلورات ومثال لهذه الموادكربونات الكالـسيوم وكبريتات الباريوم وهيدروكسيد الماغنسيوم والحبيبات الزجاجيةوغيرها من المواد .
وتوجد أنماط عديدة من طرق التقطير التي تزيد فيها وحدات التقطيرويتم غلي الماء في الوحدة الأولى تحت ضغط عالي إلى أن يتم التبخر في الوحدةالأخيرة تحت الضغط العادي
طرق التقطيــــر : نذكر منها بعض الطرقالمهمة :
1- التقطير العادي :
يتم غلي الماء المالح في خزان ماء بدون ضغط . ويصعد بخار الماءإلى أعلى الخزان ويخرج عبر مسار موصل إلى المكثف الذي يقوم بتكثيف بخار الماء الذيتتحول إلى قطرات ماء يتم تجميعها في خزان الماء المقطر . وتستخدم هذه الطريقة فيمحطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الصغيرة.
2- التقطير الومضي متعدد المراحل :
اعتماداً على الحقيقة التي تقرر أن درجة غليان السوائل تتناسبطردياً مع الضغط الواقع عيها فكلما قل الضغط الواقع على السائل انخفضت درجة غليانه. وفي هذه الطريقة تمر مياه البحر بعد تسخينها إلى غرف متتالية ذات ضغط منخفضفتحول المياه إلى بخار ماء يتم تكثيفه على أسطح باردة ويجمع ويعالج بكميات صالحة للشرب.وتستخدم هذه الطريقة في محطات التحلية ذات الطاقة الإنتاجية الكبيرة (30000 متر مكعب أي حوالي 8ملايين جلون مياه يوميا )

- التقطير بمتعدد المراحل ( متعدد التأثير ):
تقوم المقطرات المتعددة التأثيرات بالاستفادة من الأبخرةالمتصاعدة من المبخر الأول للتكثيف في المبخر الثاني . وعليه، تستخدم حرارةالتكثيف في غلي ماء البحر في المبخر الثاني ، وبالتالي فإن المبخر الثاني يعملكمكثف للأبخرة القادمة من المبخر الأول ،وتصبح هذه الأبخرة في المبخر الثاني مثلمهمة بخار التسخين في المبخر الأول. وبالمثل ، فإن المبخر الثالث يعمل كمكثفللمبخر الثاني وهكذا ويسمى كل مبخر في تلك السلسة بالتأثير.

4-التقطيرباستخدام الطاقة الشمسية :
تعتمد هذه الطريقة على الاستفادة من الطاقة الشمسية في تسخينمياه البحر حتى درجة التبخر ثم يتم تكثيفها على أسطح باردة وتجمع في مواسير .
معظم طرق التقطير التقليدية تستهلك الطاقة المستمدة من الوقودوالكهرباء لعملها . غير أن الطاقة الشمسية يمكن أن تستغل في أجهزة التقطير رغمأنها تعتبر طاقة من درجة اقل . ومن محاسن نظام التقطير المستخدم للطاقة الشمسية مايلي:
1. هو نظام مبسط .
2. معظم القوى العاملةوالمواد المستخدمة في وحدات التقطير الشمسي يمكن أن تكون محلية .
3. معظم الترميم والإصلاحيمكن أن يتم بعمال غير مهرة.
وجهاز التقطير عبارة عن حوض محكم مصنوع من الفولاذ المجلفن ورغمأن الطاقة الشمسية لا محدودة ومستمرة ومتجددة غير أن تكلفة إنشاء الوحدة باهظة ممايعوق استخدام هذه الطريقة بالإضافة إلى عدم الحصول على الطاقة الشمسية على مداراليوم واعتماد هذه الطاقة على عوامل الطقس والمناخ السائد زيادة على ذلك أثر تغيرالموسم عليها .
5-التقطير بطريقة البخار المضغوط .:
بينما تستخدم وحدات التقطير متعدد التأثير والتبخير الفجائيمصدر بخار خارجي للتسخين كمصدر أساسي للحرارة ، فإن التقطير بانضغاط البخار –والذي يختصر عادة إلى التقطير بالانضغاط –يستخدم بخاره الخاص كمصدر حراري بعدمايضغط هذا البخار . وفي هذه الطريقة ، يمكن الحصول على اقتصادية عالية للطاقة .ولكن ، من الضروري الحصول على الطاقة الميكانيكية باستخدام ضاغط ( أو أي شكلللطاقة المستفادة بأجهزة أخرى مثل ضاغط الطارد البخـاري( steam-ejector compressor). وبرغم اختلاف هذه العمليةللتقطير عن العملية المثالية فأنه يلزم التنويه بأن مصادر حرارية كم هو الحال فيعمليات التقطير الأخرى والتي نوقشت في الفصل الحالي.
يسخن ماء البحر مبدئيا في مبادل حراري أنبوبي مستخدما كلا منالماء الملح والماء المطرود والماء العذب الخارجي من الوحدة ثم يغلى ماء البحرداخل أنابيب المقطر . وتضغط الأبخرة ، ثم ترجع إلى المقطر حيث تتكثف خارج الأنابيبمما يوفر الحرارة اللازمة لعملية الغليان . وتسحب الغازات غير القابلة للتكثيف منحيز البخار والتكثيف بوساطة مضخة سحب أو طارد بخاري أيهما بلائم.
ويعتبر الضاغط هو قلب وحدة التقطير. فإذا لم تضغط الأبخرة فإنهلا يمكنها التكثف على الأنابيب الحاملة لماء البحر المغلي لأن درجة حرارة تكثيفالبخار النقي عند ضغط معين تقل عن درجة حرارة غليان الماء الملح عند هذا الضغط .فمثلا ، إذا كان ضغط البخار 1 ضغط جوي ، فإن بخار الماء يتكثف عند درجة 100 م ، ولكن ماء البحر بتركيزمضاعف يغلي عند حوالي 101م . وحتى يتسنى للأبخرة التكثف عند درجــة حرارة 101م ،فإنه يلزم على الأقل لهذه الأبخرة أن تضغط إلى ضغط 1.03 ضغط جوي.
ثانيا التحلية باستخدام طرق الأغشية
التناضح العكسي :
OSMOSIS (الإسموزيةالعكسية) :
التناضح أو الإسموزية كلمة اشتقت من الكلمة الإغريقية OSMOSوالتي تعني النبض والتناضح هو عبارة عن انتقال المذيب عبر غشاء شبه مسامي إلىالمذاب.
تعتبر عملية التناضح العكسي حديثة بالمقارنة مع عمليتي التقطيروالديلزة حيث تم تقديمها تجاريا خلال السبعينات . وتعرف عملية التناضح العكسي علىأنها فصل الماء عن محلول ملحي مضغوط من خلال غشاء . ولا يحتاج الأمر إلى تسخين أوتغيير في الشكل .
ومن الناحية التطبيقية يتم ضخ مياه التغذية في وعاء مغلق حيثيضغط على الغشاء، وعندما يمر جزء من الماء عبر الغشاء تزداد محتويات الماء المتبقيمن الملح. وفي نفس الوقت فإن جزءا من مياه التغذية يتم التخلص منه دون أن يمر عبر الغشاء.وبدون هذا التخلص فإن الازدياد المطرد لملوحة مياه التغذية يتسبب في مشاكل كثيرة ،مثل زيادة الملوحة والترسبات وزيادة الضغط الأسموزي عبر الأغشية . وتتراوح كميةالمياه المتخلص منها بهذه الطريقة ما بين 20 إلى 7 % من التغذية اعتمادا على كميةالأملاح الموجودة فيها .

ويتكون نظام التناضح العكسي من الآتي
1. معالجة أوليـــــة .
2. مضخة ذات ضغط عال .
3. مجمع أغشيـــــة.
4. معالجةنهائية ( أخيـرة ).
والمعالجة الأولية مهمة لأن مياه التغذية يجب أن تمر عبر ممراتضيقة أثناء العملية ، كذلك يجب إزالة العوالق ومنع ترسب الكائنات الحية ونموها علىالأغشية . وتشمل المعالجة الكيمائية التصفية وإضافة حامض أو مواد كيميائية أخرىلمنع الترسيب.
والمضخة ذات الضغط العالي توفر الضغط اللازم لعبور الماء منخلال الأغشية وحجز الأملاح وهذا الضغط يتراوح ما بين 17 إلى 27 بارا
( 250 – 400 رطل على البوصة المربعة ) لمياه الآبار و 45 إلى 80بـــارا
( 800 – 1180 رطل على البوصة المربعة ) لمياه البحر .
ويتكون مجمع الأغشية من وعاء ضغط وغشاء يسمح بضغط الماء عليهكما يتحمل الغشاء فارق الضغط فيه. والأغشية نصف المنفذة قابلة للتكسر وتختلف فيمقدرتها على مرور الماء العذب وحجز الأملاح. وليس هناك غشاء محكم إحكاما كاملا فيطرد الأملاح، ولذلك توجد بعض الأملاح في المياه المنتجة.
وتصنع أغشية التناضح العكسي من أنماط مختلفة . وهناك اثنانناجحان تجاريا وهما اللوح الحلزوني والألياف / الشعيرات الدقيقة المجوفة . ويستخدمهذين النوعين لتحلية كل من مياه الآبار ومياه البحر على الرغم من اختلاف تكوينالغشاء الإنشائي ووعاء الضغط اعتمادا على المصنع وملوحة الماء المراد تحليته .
أما المعالجة النهائية فهي للمحافظة على خصائص الماء وإعدادهللتوزيع . وربما شملت هذه المعالجة إزالة الغازات مثل سلفا يد الهيدروجين وتعديلدرجة القلوية.
وهناك تطوران ساعدا على تخفيض تكلفة تشغيل محطات التناضح العكسيأثناء العقد الماضي هما : تطوير الغشاء الذي يمكن تشغيله بكفاءة عند ضغوط منخفضة ،وعملية استخدام وسائل استرجاع الطاقة . وتستخدم الأغشية ذات الضغط المنخفض فيتحلية مياه الآبار على نطاق واسع.
وتتصل وسائل استرجاع الطاقة بالتدفق المركز لدى خروجه من وعاءالضغط . ويفقد الماء أثناء تدفقه المركز من 1 إلى 4 بارات ( 15 – 60 رطل علىالبوصة المربعة ) من الضغط الخارج من مضخة الضغط العالي ، ووسائل استرجاع الطاقةهذه ميكانيكية وتتكون عموما من توربينات أو مضخات من النوع الذي بوسعه تحويل فارقالضغط إلى طاقة محركة .
محاسن التناضح العكسي :
1. تحلية الماء المالح بفصلالمواد الصلبة الذائبة .
2. تقلل من درجة تركيز الموادالصلبة الذائبة الكلية للماء الخام بنسبة إزالة تصل إلى 99 % .
3. تتخلص من المواد الحيويةوالمواد الغروانية من الماء بنسبة إزالة تصل إلى 98 % .
4. إزالة الخلايا الميكروبيةمن بكتيريا وفيروسات وغيرها بنسبة إزالة كلية.
5. إزالة معظم المواد الصلبةالعضوية بنسبة إزالة قد تصل إلى 97 %.
ولرفع كفاءة عملية التحلية بالتناضح العكسي فلابد من ممارسةتهيئة أو معالجة مسبقة PRETREATMENT تضـم إزالة العكارة للتخلصمن المواد الصلبة العالقة والحديد والمنجنيز لمنع تأكسدها ، وإزالة المواد التيتساعد على تكوين ترسبات كربونات الكالسيوم وغيرها من الترسبات على سطح الغشاء ،وهنا يتم إضافة حمض لتحقيق منع الترسب .
ولرفع كفاءة عملية التناضح العكسي لا بد من الاختيار الجيدللغشاء المناسب طبقاً للخواص التالية :
1. يحتوي الغشاء على درجةعالية للأمـــــلاح .
2. لا بد من وجود فيض الماءالمناسب لإتمام الانسياب .
3. لا بد أن يكون الغشاء سهلالتشييد في وحدات الفرز الغشائي.
4. لا بد أن يتحمل الغشاءالضغط الواقع عليـــه.
5. لا بد أن تكون للغشاءمتانة ميكانيكية جيــدة.
6. لا بد أن يعيش الغشاءلفترة مناسبــــة .
7. لا بد أن يحتوي الغشاء علىمدى تشغيلي كبير للأيونات الموجودة في الماء الخام والضغط ودرجة الحرارة ومقاومةالتفاعلات الكيميائية والحيوية ويمكن أن يعمل في ظروف مختلفة .
8. لا بد أن يكون سعر الغشاءمناسب ورخيص .
9. لا بد أن يأتي الغشاءبمشاكل التآكل والرائحة وتسهل نظافته.
2- الفرز الغشائي الكهربائي (الديلزة):
عُرفت الديلزة الكهربائية تجارياً منذ الستينات ، أي عشر سنواتقبل التناضح العكسي . أسلوب تكلفة فعال لتحلية مياه الآبار المالحة وفسح المجالللاهتمام في هذا الشأن .
عملية الفرز الغشائي الكهربائي ( الديلزة ) يتم فيها توصيل الأيوناتمن محلول إلي آخر عبر غشاء انتقالي للأيونات تحت جهد تيار كهربائي . وعادة يتكونجهاز الفرز الغشائي الكهربائي من صفوف تبادلية من أغشية انتقاء شوارد موجبة وأغشيةانتقاء شوارد سالبة يمر خلالها تيار كهربائي . وتفضل الأغشية من بعضها البعضبحشايا gaskets لتكون حجرات يمر خلالها المحلول ويتم إنشاء الأغشية بحيث أنها تسمح بمرورالأيونات المنتقاة ، وهذه الأيونات تتبع من المواد المذابة في الماء لتكون الشواردالموجبة والشوارد السالبة ، ويتم في عملية الفرز الغشائي جذب الأيونات التي تحملالشحنة الكهربائية المغايرة .
أما كفاءة التيار لحمـل الشحنات المضادة فتتراوح بين 85 إلـي 95بالمائة وفي محلول من ملح الطعام يحمل التيار ما يقارب 60 بالمائة من أيوناتالكلوريد و 40 بالمائة من أيونات الصوديوم ، وعليه فهناك ما يقارب 25 إلي 35بالمائة من أيونات الكلوريد لا بد من نقلها إلي السطح الفاصل للغشاء والمحولبواسطة الانتشار والحمـل . وعليه فإن ن هذا القصور في كمية الإلكتروليت المحمولإلي السطح الفاصل بواسطة التوصيلية الكهربائية تعادل كمية الألكتروليت المحمولةللسطح الفاصل بواسطة الانتشار.
عُرفت الديلزة الكهربائية تجارياً منذ الستينات ، أي عشر سنواتقبل التناضح العكسي . أسلوب تكلفة فعال لتحلية مياه الآبار المالحة وفسح المجالللاهتمام في هذا الشأن .
وتعتمد تقنية الديلزة الكهربائية على الأسس العامة التالية .
1. أغلب الأملاح الذائبة فيالماء متأينة إيجابيـا (CATHODIC) أو سلبيـا ً ( IONIC) .
2. هذه الأيونات تنجذب نحوالقطب الكهربائي (ELECTRO )حسبما تحمله من شحنة كهربائية ( ELETRIC CHARGE ) .
3. يمكن إنشاء أغشية تسمـحانتقائياً بمرور الأيونـات حسـب شحنتها الكهربائية ( سالبة أو موجبة ) .
إن محتويات الأيونات الذائبة في المحلول الملحي مثل الصوديوم (+) الكلور أيد (-) الكالسيوم (++) والكربونات (--) تظل منتشرة في الماء لتتولىمعادلة شحناتها الخاصة . وعند توصيل الأقطاب الكهربائية إلى مصدر تيار خارجي، مثلالبطارية المتصلة باالماء ، فإن الأيونات تتجه نحو الشحنات المعاكسة لشحناتهاوالموجودة في المحلول ، وذلك ممن خلال التيار الكهربائي الساري في المحلول سعياًوراء التحييد ( NEUTRALIZATION ) . ولتتم تحليـة المياهالمالحة 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 بطريقةمتعاقبة ،أي غشاء واحد لانتقاء الأيونات ذات الشحنة الموجبة السالبة ، مع ضع لوحفاصل بين كل غشاءين يسمح بانسياب الماء بينهما ويشكل أحد اللوحين الفاصلين قناةتحمل مياه التغذية والمياه المنتجـة ، بينهما يشكـل اللوح الفاصل الأخر قناة تحملمياه الترجيع . وحيث أن الأقطاب الكهربائية مشحونة وتناسب مياه التغذية المالحةعبر اللوح الفاصل بزاوية مستقيمة على القطب ، فإن الأيونات تنجذب وتتجه القطبالإيجابي . وهذا يؤدي تركيز أملاح قناة الماء المنتج . وتمر الأيونات ذات الشحنةالسالبة خلال الغشاء الانتقائي لها ولكنها لا تستطيع أن تمر خلال الغشاء الخاصبالأيونات الموجبة والذي يقفل خطها وتبقي للأيونات السالبة في الماء المالح (الرجيع ) . وبالمثل فإن الأيونات الموجبة تحت تأثير القطب السلبي تتحرك في الاتجاهالمعاكس من خلال الغشاء المنتقي للأيونات الموجبة إلى القناة ذات الماء المركز فيالجانب الآخر ، وهنا يتم اصطياد الأيونات الموجبة حيث أن الغشاء التالي ينتقيالأيونات السالبة ويمنع أي تحرك نحو القطب . وبهذا الأسلوب يتم إيجاد محلولينأحدهما مُركز والآخر قليل التركيز بين الغشاءين المتعاقبين المتجاورين. وهذانالفراغان المحتويان من قبل الغشاءين ( واحد للأيونات السالبة ولآخر للموجبة )يسميـان 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 الخلايامربوطة مع بعضها البعض بأقطاب كهربائية تسمى مجمع الأغشية . وتمر مياه التغذية محاذيةفي آن واحد عبر ممرات من خلال الخلايا لتوفير انسياب المياه المنتجة المحلاة كمايمر الماء المركز من المجمع .واستناداً على تصميم النظام فإنه يمكن إضافة الموادالكيمائية في المجمع لتخفيف الجهد الكهربائي ومنع تكوين القشور.
وتتكون وحدة الديلزة الكهربائية من العناصر الأساسية التالية :
1. مرفق المعالجة الأولية.
2. مجمع الأغشيـــة .
3. مضخة تدوير ذات ضغط منخفض.
4. إمداد طاقة للتيار المباشر( مقوم – RECTIFIER ) .
5. معالجـة نهائيـة.
يجب معالجة مياه التغذية منذ البداية لمنع الموادالتي تعرق الأغشية أو تسد القنوات الضيقة في الخلايا من الدخول إلى مجمع الأغشية.ويتم تدوير مياه التغذية من خلال المجمع بواسطة مضخة ذات ضغط ضئيل للتغلب علىمقاومة المياه أثناء عبورها للممرات الضيقة . وغالباً ما يركب مقوم لتحويل التيارالمتذبذب إلى تيار مباشر يتم تزويده للأقطاب من خارج مجمعات الأغشية .
وتشمل المعالجـة النهائيـة ( الأخيرة) تثبيـت الماء وتجهيـزهللتوزيع ، والتي ربما تتضمن إزالة الغازات مثل سلفا يد الهيدروجين أو تعديل درجـةالقلويـة .
تقنية الديلزة الكهربائية المعكوسة
منذ مطلع السبعينات قدمت إحدى الشركات الأمريكية علمية الديلزةالكهربائية المعكوسة على أساس تجاري . وتقوم وحدة الديلزة الكهربائية المعكوسةعموماً على الأسس ذاتها التي تقوم عليها وحدة الديلزة الكهربائية ، غير أن كلاً منقناتي الماء المنتج والماء المركز متطابقتان في التركيب الإنشائي ، وعلى فتراتمتعددة من الساعة الواحدة تنعكس قطبية الأقطاب كما ينعكس الانسياب آنياً بحيث تصبحالقناة المنتجة هي قناة المياه المركزة وقناة المياه المركزة هي قناة المياهالمنتجة ، والمنتجة هي المعاكس عبر مجمع الأغشية وبمجرد انعكاس القطبية والانسيابفإن كمية وافية من المياه المنتجة تنصرف حتى يتم غسيل خطوط مجمع الأغشية ويتمالحصول على نوعية المياه المرغوبة . وتستغرق عملية الغسيل هذه ما بين 1-2 دقيقة ثمتستأنف عملية إنتاج المياه . ويفيد انعكاس العملية في تحريك وغسيل القشوروالمخلفـات الأخـرى في الخلايا قبل تراكمها وتسببها لبعض المعضلات ( الانسداد مثلا) والغسيل يسمح للوحدة بالتشغيل بقليل من المعالجة الأولية ويقلل اتساخ الأغشية.
الفكرة الأساسية....
تعتمد عملية إزالة ملوحـة الميـاه بالتجميـد علـى الحقيقةالثابتة أن بلورات الثلج المتكونة بتبريد ماء ملح تكون خالية من الملح، مما يجعلهناك تشابها بين هذه العملية وعملية التقطير التي تنتج بخارا خاليا من الأملاح منمحلول من الماء الملح.هذا التشابه يظهر فقط من ناحية خلو الناتج في كلتا العمليتينمن الأملاح ولكنهما بالطبع يختلفان من الناحية العملية حيث تتم عملية التقطير عنددرجة حرارة أعلى من الدرجة المحيطة بينما تتم عملية التجميد عند درجة حرارة أقل منالدرجة المحيطة . هذا الاختلاف في درجة حرارة التشغيل ، في كلتا العمليتين يؤثرعلى تصميم الأجهزة والمعدات الخاصة بكل عملية، إذ يراعي في تصميم عملية التقطيرتقليل كمية الحرارة المفقودة من وحدة التقطير إلى الجو المحيط ، بينما يراعي فيتصميم عملية إزالة الملوحة بالتجميد التقليل من كمية الحرارة المكتسبة بوحـدةالتجميـد من الجـو المحيـط . وأهم عيوب إزالة ملوحة المياه بالتجميد هي المشاكلالناجمة عن نقل وتنقية الثلج ، وأهم مميزاتها التقليل من الترسب والتآكل إذ يتمالتشغيل عند درجات حرارة منخفضة نسبيا .
وتعتمد عملية إزالة ملوحـة الميـاه بالتجميـد وتصميم معداتها علىالقواعد الأساسية المعروفة والأجهزة الخاصة بتنقية التبريد، ولكن بعد تعديلهالتناسب إزالة ملوحة المياه بالتجميد.
وتنقسم عملية إزالــة ملوحـة الميـاه بالتجميـد إلى طريقتين :
التجميد المباشر والتجميد غير المباشر .
التجميد المباشر:
الفكرة الأساسية لعمليةالتجميد المباشر والذي يعرف بعملية زار شين Zarchin process (أيضا يعرف بعملية التفريـغوالتبخير الفجائي Vacuum-flash process)). ولقد تم إجراء الكثير منالتعديلات على هذه الطريقة بشركة كولت إندستريز ColtIndustries بمدينة بلـويت بولايةويسكونسـون الأمريكية. وفي هذه العملية ، يدخل ماء البحر بعد تبريده في المبادلالحراري إلى برج التجميد (المبلور crystallizer) حيث يكـون الضغط داخل البرجما بين 3 و 4 ممزئبق ( حوالي 0.005 ضغط جوي ) مما يسبب التبخير الفجائي لجزء من ماء البحر . وتسحبالحرارة اللازمة للتبخير من الجزء المتبقي من ماء البحر، مما يسبب هذا الجزء ( درجة التجميد حوالي -1.9 درجة مئوية لماءالبحر النقي وحوالي 3.8رجة مئوية لما البحر ذي التركيز ضعف التركيز العادي). وتعطىالمجمدات الحديثة معدلات بلورة في حدود مـن 1 إلى 1.5 طن من الثلج لكل ساعة ولكلمتر مكعب من حجم المبلور
ومن دراسة احتياجات الطاقة الحرارية ، يتضح أن إزالة ملوحةالمياه بالتجميد تحتاج إلى حوالي 80 سعرا حراريا لإنتاج كيلو جرام واحد مـن الثلج، بينما تحتاج إزالة ملوحة المياه بالتبخير إلى حوالي 600 سعر حراري لإنتاج كيلوجرام واحد من البخار . وعليه ، فإن الحرارة المستخدمة لإنتاج كيلو جرام واحد منالبخار تكفي لإنتاج 7,5 كيلو جرام من الثلج . ولكن يراعى في حالة الإعذاب بالتجميدضرورة غسل الثلج الناتج للتخلص من الأملاح الدقيقة المصحوبة مع البلورات ، والتيقد تمثل 50 % من وزن البلورات .
وتعتبر طريقة غسل الثلج بتمريره عكس تيار من ماء الغسيل يسريإلى أسفل, من أكفأ الطرق لغسل البلورات من الملح إذ تفقد كمية محدودة