من البديهى أن يتم طرح هذه الأسئلة عند تصميم محطات التناضح العكسي … ما هو نوع الأغشية المناسبة؟ وكم عدد الأغشية المطلوبة داخل وعاء الضغط؟ وما هى عدد أوعية الضغط (الفيزلات) المطلوبة؟ وهل نضع أوعية الضغط على التوالى أم التوازى؟ وهل نضعهم فى مرحلة واحدة؟ أم مرحلتين؟ أم أكثر؟؟ … سيتم فى هذه المناقشة فقط وضع الأساسيات التى تساعدنا فى عمل ديزاين لمحطات الRO .
إختيار نوع الأغشية:
يتم اختيار الأغشية تبعاً لطبيعة ونوع المياه والأملاح ومكوناتها ونوع مادة الغشاء نفسه.
فمثلاً المياه التى بها أملاح أكبر من 15000 ppm مثل مياه البحر وبعض الآبار يتم استخدام Sea water membrane.
المياه المتوسطة الملوحة brackish water والتى لها أملاح من 10000 إلى15000 جزء فى المليون يتم استخدام Brackish water membrane.
مياه الصرف يتم تخصيص لها أغشية معينة أيضاً … وكل ذلك تبعاً لتوصيات الشركات المنتجة.
كما أنه بناءً على الأملاح التى نطلبها فى المياه المنتجة نختار نوع الغشاء … فمثلاً لو كنا نريد أملاحاً بنسبة قليلة نختار غشاء له salt rejection عالى أو salt passage منخفض.
ولوتطرقنا إلى أبعاد الأغشية ففى العموم يتم اختيار أغشية بقطر 4 بوصة فقط لو كان معدل الإنتاج المطلوب أقل من 3 متر مكعب فى الساعة … ولو كان أكثر من ذلك نختار قطر 8 بوصة و 40 بوصة طول وهو المعتاد والمألوف فى عالم التناضح … وفى المحطات ذات الانتاجية الفائقة نختار أغشية بقطر 16 بوصة.
اختيار عدد الأغشية:
نذكر حضراتكم عندما كنا نتحدث عن الFlux وهو كمية المياه التى تمر خلال وحدة المساحة السطحية من الأغشية فى زمن معين وذكرنا القيم المناسبة لكل نوع من المياه … ونعيد عليك هذا الجدول:
لو استخدمنا مياه بئر ملوحته متوسطة … نجد أن الفلاكس من 14 – 18 جالون لكل قدم مربع لكل يوم …. يعنى نقول فى المتوسط 16… ومن خلال المعادلة التى نحسب بها الفلاكس من خلال تقديرنا لقيمة الفلاكس وسريان البيرميت ومساحة سطح الغشاء الواحد نستطيع إيجاد عدد الأغشية:
Flux =
permeate flow/(number of membranes x membrane surface area)
لو قلنا أن الفلاكس 16… وسريان البيرميت مثلاً 75 جالون/دقيقة (يُكتب بالشيت الخاص بالغشاء) يعنى 108000 جالون فى اليوم … معنى ذلك أن المساحة الكلية المطلوبة للأغشية:
Total surface area of membrane = 108000/ 16 = 6750
فإذا كان مساحة سطح الغشاء الواحد عندى هو 365 قدم مربع (بالشيت) … لذا فنحن نريد عدد من الأغشية تساوى:
Number of elements = 6750/365 = 18 elements.
وبما أن الفيزل يتحمل سبعة إلى ثمانية أغشية كحد أقصى … نستطيع أن نقول أننا نريد 3 فيزلات تحمل كل واحدة 6 أغشية وهو أفضل من السبعة أو الثمانية من الناحية العملية …
الآن علمنا نوع وأبعاد الأغشية … وكم عددها … وكم عدد الفيزلات … والمسألة كما ترون غير مُعقدة ولا تحتاج لصفحات وعمليات حسابية عسيرة!
مثال آخر مشابه للسابق:
مياه بحر نريد تحليتها بالتناضح العكسي ومتوافر لدينا المعلومات التالية:
Permeate flow = 528344 gfd
Area of membrane = 390 ft
Pressure vessel contains 6 elements
والمطلوب معرفة الآتى:
عدد الأغشية وعدد الفيزلات والفلاكس الحقيقى.
الإجابة:
بنفس الطريقة السابقة نقدر من الجدول قيمة الفلاكس لمياه البحر فى المتوسط 10جالون/قدم مربع فى اليوم …
Number of elements = permeate flow/(flux x surface area)
= 528344/(10 x 390) = 135.5 ≈ 136
Number of vessels = 136 / 6 = 22.7 ≈ 23
وبالتالى فنحن نحتاج لحوالى 23 فيزل …
ولكى نقيس الفلاكس الحقيقى نحسب بطريقة عكسية (23 فيزل يحمل كل منهم 6 أغشية … يعنى 138 غشاء) …ونسميها عملية الRounding وهى كالتالى:
Actual flux =
= permeate flow/(number of elements x area of membrane)
=528344/(138 x 390) = 9.82 gfd
وبالتالى لو كنا نريد زيادة الفلاكس عن هذه القيمة لزيادة الإنتاجية ما علينا إلا التقليل من عدد الفيزلات واحد أو إثنين وهكذا …
(يُراعى فى الحسابات السابقة الوحدات … فنحن تعاملنا بالجالون والقدم واليوم … وأحياناً تكون المعطيات بالمتر مكعب أو اللتر والساعة فلننتبه).
عدد الفيزلات المطلوبة: (من محاضرات المهندس محمد موسي بجانب بعض التعليقات):
أهم ما يحكم تحديد عدد الفيزلات هو أفضل سريان لمياه التغذية الداخلة عليهFeed flow … فكيف ذلك؟
لنأخذ الحجم المألوف للفيزل والذى له قطر8 بوصة … نقول أنه يحتاج إلى 8 – 12 مترمكعب/ساعة مياه تغذية للممبرين الواحد … لمياه البحر والبراكيش على حد سواء … ولو زاد عن هذا الحد يسبب مشاكل كبيرة كتلف ميكانيكى للأغشية وتكون الطامة حينما يزيد عن 17 مترمكعب/ساعة … وإذا قلت عن هذه القيمة أثر على الإنتاج والحالة الإقتصادية … وفى المعتاد نأخذ القيمة المتوسطة وهى10 مترمكعب/ساعة …
لنفرض أن مياه التغذية 60 مترمكعب/ساعة … نقسمهم على 10 يعطينا 6 فيزلات …
وبالطبع فى المثال السابق يتم وضعهم على التوازى … فإذا أردنا زيادة الريكافرى نضع مرحلة ثانية بفيزلات أقل وتدخل عليها الريجيكت الخارج من المرحلة الأولى.
فلو كان الخارج من الريجيكت فى المرحلة الأولى 30 مترمكعب/ساعة … يمكننا استخدام 3 فيزلات كل واحد ندخل عليه 10 … أو نستخدم أربع فيزلات ندخل على كل واحد منها 8 تقريباً.
وبالنسبة للمراحل فالترتيب الشجرى هو الترتيب الأنسب والأغلب فى كثير من الأحيان ونعنى به أن المرحلة الأولى تحتوى على العدد الأكبر ثم المرحلة الثانية تحتوى على عدد أقل ثم الثالثة على أقل من السابقة وهكذا كما شرحناه من قبل وشبهناها بشجرة الكريسماس … ويكون الريكافرى فى المرحلة الأولى 45 – 55% وقى الثانية من 70 – 80% … وفى الثالثة من 80- 90% … كل ذلك فى العموم … وذلك يخضع لمعايير أخرى.
سريان الريجيكت:
القاعدة تقول أن أقل معدل سريان للريجيكت يجب أن لا يقل عن 2.95 مترمكعب/ساعة لكل غشاء (8 بوصة) … وإلا تعرضت الأغشية لتكون القشور وترسيب الأملاح … (فى مياه البحر تصل إلى 5 متر مكعب/ساعة وفى المياه متوسطة الملوحة تصل إلى 4 مترمكعب/ ساعة) وأهم شىء أن لا تقل عن 3 مترمكعب/ساعة.
وبالطبع كما نقول أن تحديد 3 مترمكعب/ساعة حد أدنى … قد يتغير تبعاً لتوصيات مصنع الأغشية وبناءً على طبيعة مياه التغذية من أملاح وخلافه.
وهكذا يتم تطبيق الأمثلة الأخرى بنفس القاعدة … وتستطيع أن تكبر المنظومة وتزيد من عدد الأغشية والفيزلات تبعاً للإنتاج الذى تريده …
وبعيداً عن هذا العناء السابق – والذى كان لابد من فهم أساسياته – فهناك برامج software الآن بمنتهى السهولة تستطيع الحصول عليها مجانى أو بأسعار رمزية … وتنتجها شركات تصنيع الأغشية والفيزلات وتوزعها على شركات المعالجة بهدف التسويق وتشجيع الشراء وبالتالى الربح بجانب تقديم الدعم الفنى والمشورة العلمية وسرعة اتخاذ القرار فى تصميم المحطة … بمجرد أنك تضع فيها البيانات المطلوبة يتم عمل تصميم متكامل لوحدة التناضح العكسي ومن ثم امدادك بعدد الأغشية والفيزلات والضغط المناسب … إلخ
وهناك مقياس آخر لاختيار الrecovery وهو عدد الأغشية المتتالية في وعاء الضغط فكلما زاد عدد الأغشية أمكن زيادة الrecovery وفي الكتيب الفني لأغشية فلمتك نجد جدول اختيار recovery لأغشية المياه قليلة الملوحة وأغشية مياه البحر التي تبدأ من 35000 جزء في المليون كالتالى:
وفى المجمل نقول أن عدد المراحل فى المياه التى تحتوى على أملاح ذائبة حتى 12000 جزء فى المليون تتراوح من مرحلة إلي مرحلتين ويمكن اختبار التصميم في الحالتين … أما في المياه المالحة حتي 50000 جزء في المليون فلن يزيد عد المراحل عن مرحلة واحدة … قد تزيد عدد المسارات لتحسين جودة المياه المنتجة ولكن ليست المراحل والفرق بينهم تم توضيحه من قبل.
وهذه صورة لداتا شيت لأحد الأغشية … دون ملاحظاتك …
م/وليد السيد