Table of Contents

The Impact of Electrodialysis Reversal on Salt Removal in Industrial Wastewater

وكثيرا ما تحمل المياه المستعملة الصناعية كميات كبيرة من الملح المذوب، مما يشكل تحديات كبيرة أمام الامتثال للتصريف وإعادة استخدام المياه، وقد برزت آليات التراجع الكهربي كتقنية قوية وناقلة كهربائية لفصل الأنهار، مصممة خصيصا للتصدي لهذه التحديات، ومن خلال استخدام حقل كهربائي مطبق، وتغيير المزايا الحالية للاستعمال، فإن السحب من النيتروز يزيل بكفاءة الأملاح وغيرها من الملوثات الاختبارية المشتركة(ب).

ما هو عكس مسار الكهرباء؟

ويعد تراجع الكهرباء عملية ناضجة للتحلية ومعالجة المياه تقوم على أساس النمط المغناطيسي وتستخدم الأغشية الانتقائية، وإمكانات كهربائية لنقل الأنواع الأيونية المتحللة من المياه التغذوية إلى مجرى النفايات المركزة، وخلافاً للتحلل الكهربي التقليدي، فإن السحب الكهربي للكهرباء يتراجع دورياً عن استقطاب الكهرباء وتوجه تدفق الأيونات المهية، الذي يتراوح عادة بين 15 و 30 دقيقة.

العناصر الأساسية لنظام نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج

تتألف مجموعة مواد السحب المستخرج من مادة السحب من مادة السحب المتناوبة من خامات تبادل الصبغة ومن أجهزة قياس الأنيون - تبادل الأنيون (AEMs) التي توضع بين أزواج من الكهروديس، وتتدفق مياه التغذّي من خلال مقصورات مُحدّدة بهذه الأغراف، وتشمل العناصر الرئيسية ما يلي:

  • Cation-exchange membranes: These selectively permit positively charged ions (cations such as Na+, Ca2+, Mg2+) to pass through while repelling anions.
  • Anion-exchange membranes:] These selectively permit negatively charged ions (anions such as Cl-, SO42-, NO3-) to pass while rejecting cations.
  • Electrode compartments:] Each stack contains anode and cathode compartments that generate the electric field. Electrode rinse solutions circulated to manage electrolysis products.
  • Spacers and gaskets:] These maintain channel geometry, promote turbulence, and prevent short-circuit flows.
  • Power supply and controls:] A DC rectifier and programmable logical controller manage voltage, current, and reversal timing.

دور عكس مسار القطبية الحالية

والميزة المميزة التي تميز تقرير التنمية الاقتصادية هي انعكاسها الدوري للاتجاهات الحالية للكهرباء، ففي أثناء القطب الأمامي، تهاجر المقذوفات نحو المشهد والآيون نحو المنعطف، مما ينتج تدفقاً مخفضاً من المنتجات وتدفقاً مركّزاً من الصواعق، وعندما يتقلب القطب، تتحول أدوار الكهرباء إلى مبادلات، وتتبادل أحواض النض والتركيزات كذلك:

  • تفكك في رفع السلائف والفولاذات العضوية من السطحات المغمورة قبل أن تتمكن من تكوين رواسب دائمة.
  • Resuspends particulates that may accumulate in flow channels, enabling them to be swept out during the subsequent flushing cycle.
  • التقليل إلى أدنى حد من استقطاب التركيز والحفاظ على الأداء الثابت على امتداد العمليات.

وتُستخدم التسلسل التعاقبي المتعاقب بين مختلف المناطق وفصلها على النحو الأمثل استناداً إلى تركيبة مياه التغذية ويمكن تعديلها في الوقت الحقيقي، وكثيراً ما تتضمن النظم الحديثة لنزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج الرصد الآلي لإثارة الانحسار على أساس التفاضل في السلوك أو الضغط بدلاً من تحديد مواعيدها.

آلية إزالة الملح في تقرير التنمية الاقتصادية

وتنتقل عملية إزالة الملح في تقرير التنمية عن طريق مبادئ التحليل الكهروديا التي تعززها الدورة العكسية، وتشمل الآلية الأساسية ثلاث عمليات مترابطة: هجرة الأيوني عبر أغابيب انتقائية، وتركيز الاستقطاب على سطح الميمبرنة، وإزالة الملح المتراكم خلال دورات التكرار والتدفق.

Ion Migration and Membrane Selectivity

وعندما يتم تطبيق الفولط المقطعي في جميع الأزواج الكهربائية، يتجه حقول كهربائية نحو الحل، وتنتقل التجمعات نحو الفرن والأيون نحو المنعطف، وينتج ترتيب التناوب بين حركة الكيمياء والآلام عن طريق مقارنات متناوبة بين القاع والركّزات، وفي مقصورة مخففة، تمر القطع عبر منتج كيميائي على جانب واحد وتمرر من خلال مخرجات حرارة أخرى.

الاستقطاب والتقييد الحالي

ومع إزالة الآيون من مقصورة مخففة، فإن تركيز الملح المحلي عند هبوط سطح الأمبراني، وهذه الظاهرة، المعروفة باسم استقطاب التركيز، يمكن أن تحد من الكفاءة الحالية وأن تسبب تقسيم المياه (الهيدروليس) في فولتات عالية التطبيق، وتعيش نظم السحب من الماء تحت الكثافة الحالية المحدودة لتجنب الاستقطاب المفرط، وتوفر الدورة العكسية الإغاثة الدورية من خلال تعطيل متوسط التركيزات المتطاولة.

ميكانيكيات العضلات والفروم

وخلال الحدث العكسي، يبدل الإمداد بالطاقة الاستقطاب ويعيد توجيه المنتجات ومجاري التركيز في آن واحد باستخدام الصمامات الآلية، ويوجه التدفق إلى النفايات لفترة قصيرة (من 1 إلى 2 دقيقة) وتزيل هذه الخطوة التدفقية الحل المرتكز الآن الذي تراكم على جانب المنتج السابق، إلى جانب أي عملية من عمليات التكرار المرهقة.

فوائد عكس مسار الكهرباء في إزالة الملح الصناعي

ويتيح تقرير التنمية الاقتصادية للجميع عدة مزايا قاهرة على تكنولوجيات أخرى للتحلية وإزالة الملح، ولا سيما بالنسبة للمياه المستعملة الصناعية ذات الملوحة المتوسطة إلى العالية، وإمكانات التآكل التي تنطوي على تحديات.

المقاومة الخارقة لـ "مبراين"

أما آلية التراجع الدوري فهي EDR#8217؛ وهي أهم ميزة، ففي التحليل الكهربائي التقليدي وعكس الأوسموز، فإن الإغراق والارتفاع لا رجعة فيه هما السببان الرئيسيان للانخفاض في الأداء واستبدال الكمبران، كما أن الكمبي المبلَّغ عنه في الغسل 817؛ والاختلال المادي للعمود يتراجع عن تكوين المقياس البلوري (كربونات الكالسيوم، وكبريت، والنظم السائلة) والأفلام العضوي.

معدلات استرداد المياه المرتفعة

ويمكن أن تحقق عملية السحب من مصادر المياه معدلات استرداد المياه تتراوح بين 85 و 95 في المائة في مياه المجارير الصناعية والمخلفات، والتي كثيرا ما تتجاوز عملية الاسترداد على أصناف مماثلة، كما أن القدرة على تركيز مجاري الرشوة تزيد من تخفيض حجم النفايات وتكاليف التخلص منها، ويقتصر الانتعاش في المقام الأول على الحدود القصوى للذوبان في الأملاح المبللة؛ و EDR#8217؛ وآلية الارتداد الحرجي، مما يسمح بالعملية القريبة من عمليات التشبع.

كفاءة الطاقة مقارنة بالمعاملات الحرارية

وبالنسبة إلى إزالة الملح من حلول ذات ملوحة متوسطة (من 000 1 إلى 000 10 ملغم/لتر من مادة التفريغ)، تستهلك مادة السحب من خامسة إلى 2.0 كيلوواط لكل متر مكعب من مياه المنتج، وهذا يقل كثيرا عن أساليب تحلية حرارية مثل التهرب من آثار متعددة أو التآكل الميكانيكي في البخار، الذي يتطلب عادة من 10 إلى 30 كيلو واط/م3.

القدرة على معالجة نوعية المياه ذات القيمة المتغيرة

وكثيراً ما تتفاوت المياه المستعملة الصناعية في التكوين بسبب عمليات الصيد أو التغيرات الموسمية أو دورات الإنتاج، ويمكن أن تتسامح نظم خفض الانبعاثات الإلكترونية مع التغيرات السريعة في الملوحة، والحمض الحراري، ودرجة الحرارة بدرجة أكبر من حميمة الرومبراني، التي تتسم بدرجة عالية من الحساسية للضغط النمطي والارتفاع، كما أن عملية التراجع تسمح أيضاً باستعادة القدرة على معالجة النفايات من الأحداث الرغولية دون الحاجة إلى تنظيف كيميائيات العدوانية، وهذا الارتداد التشغيلي يحد من التعقيدات في الوقت والصيانة.

لا حاجة إلى أي معالجة كيميائية قبل المعالجة

وتتطلب عمليات كثيرة من قبيل الغشاء معالجة كيميائية واسعة النطاق، بما في ذلك مضادات الصنادل، وتعديلات الصحة، والمبيدات الأحيائية لمنع الإغراق، وكثيرا ما يمكن أن تعمل نظم السحب من المواد الكيميائية بأقل من اللازم أو بدون جرعات كيميائية، لأن آلية التراجع تتحكم في الاتساع، وهذا يقلل تكاليف التشغيل، ومخاطر المناولة الكيميائية، والتركيب البيئي المرتبط بالمواد الكيميائية المعالجة.

التطبيقات الصناعية لخفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة السالمة

ويجري نشر تقرير التنمية في مجموعة متنوعة من الصناعات التي تكافح فيها أساليب إزالة الملح التقليدية مع ارتفاع إمكاناتها، أو تفاوت نفوذها، أو وضع أهداف صارمة لنوعية المياه.

التصنيع الكيميائي

وتولد النباتات الكيميائية تدفقات مياه الفضلات الغنية بكلوريد الصوديوم، والكبريتات، والأيون المعدنية الثقيلة من عمليات مثل إنتاج الكلور القلوي، وصنع الخنازير، والتوليف العضوي.() وقد تم تركيب نظم معالجة هذه المجارير لإعادة الاستخدام الداخلي، والحد من الطلب على المياه العذبة، والتقليل إلى أدنى حد من رسوم التصريف، فعلى سبيل المثال، يستخدم منتج كيميائي رئيسي في جنوب شرق الولايات المتحدة مصنعاً متعدد المستويات لاسترداد النفايات من النفايات.

تجهيز الأغذية والآداب

وتنتج عمليات تجهيز الأغذية مياهاً مائية عالية التحلل من تنظيف المعدات، وتأجير المنتجات، وتركيبات الصخور، وقد اعتمدت أجهزة إزالة الأنهار، وتعبئة اللحوم، وأجهزة الخضر، مادة السحب الإلكترونية لتحلية المياه، وتمكن من إعادة استخدامها في التطبيقات غير القابلة للاحتمال مثل غسل مياه الفلور والتبريد، وقد أزالت التكنولوجيا فعلياً مياه الصوديوم والكلوريد وأوعية البوت دون إدخال مواد كيميائية يمكن أن تنظفها.

صبغ النسيج وانهائه

وتُنفَّذ مطاحن منسوجات مياه الصرف الصحي التي تحتوي على مستويات عالية من أملاح الصوديوم من حمّامات الصبغة، وعوامل التثبيت، وعمليات التخزين، وتتداخل هذه الملح مع المعالجة البيولوجية، وتحد من خيارات إعادة استخدام المياه، وقد نُفذت محطات السحب من أجل معالجة تيار السائل المشبع بالفلور، مما يقلل من محتوى الملح من أكثر من 000 5 جزء من المليون إلى أقل من 100 جزء من المليون في مربع واحد.

التعدين وتجهيز المعادن

وتنتج عمليات التعدين، ولا سيما تلك التي تعمل في مجال الغسل والنباتات، كميات كبيرة من مياه السالين التي يجب إدارتها لمنع التلوث البيئي، ويتزايد استخدام هذه المادة لمعالجة الحلول الحبلى ومعالجة المياه التي تُخلفها معالجة المياه المتحللة، إذ إن القدرة على معالجة ارتفاع إمكانات الارتقاء من السعرات الحرارية وأفران المغنزيوم تجعل من مادة النيتروز مناسبة للذهب والنحاس وأجهزة استخلاص الفوسفات 200 1 لغماط.

توليد الطاقة

وتحتاج أبراج التبريد في محطات توليد الطاقة إلى ضربات منتظمة لمراقبة تراكم الملح، ويمكن أن تحتوي هذه المياه المهبوطة على 000 5 إلى 000 15 جزء من المليون من طراز TDS إلى جانب مسببات التآكل والأحياء الأحيائية، وقد تم تركيب نظم السحب من البيوت إلى عدة محطات مجتمعة لتوليد الطاقة في الشرق الأوسط والولايات المتحدة لمعالجة برج التبريد من أجل إعادة استخدامه كتائب للبرج التبريد أو تغذية المغلي.

التحديات والحدود

ورغم مزاياه الكثيرة، فإن تقرير التنمية الاقتصادية ينطوي على قيود يجب النظر فيها أثناء تصميم العمليات واختيار النظم.

تدهور الوضع عبر الزمن

وتخضع أمبراطوريات التبادل الإلكتروني في تقرير التنمية للتدهور الكيميائي والميكانيكي على مدى الحياة التشغيلية، وقد تتعرض الأمبراطوريات الموحّدة للتكسير وفقدان القدرة على التبادل بسبب هجوم أكاسيدي (مثلاً من الكلور المتبقّى) أو تحلل الهيدرولوجي في الهيدروجين المتطرف أو الضرر المادي الناجم عن دوام الضغط.() وتتفاوت حياة الميمبرنة من 5 إلى 10 سنوات تبعاً لظروف التنظيف المائي.()

التكاليف الرأسمالية المرتفعة

وتتحمل نظم خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها عموما تكاليف رأسمالية أولية أعلى من النظم العكسية ذات القدرة، ويرجع ذلك أساسا إلى منطقة الغشاء الأكبر المطلوبة والحاجة إلى إمدادات الطاقة المتخصصة والانتكاس، أما بالنسبة للنظم الصغيرة (100 متر/يوم)، فإن الفرق في التكلفة يمكن أن يكون كبيرا، غير أن تحليل تكاليف دورة الحياة الإجمالية كثيرا ما يساعد على تحقيق التنمية الاقتصادية عند زيادة الإمكانات، أو ارتفاع تكاليف العلاج قبل العمليات الكيميائية.

استهلاك الطاقة في درجة عالية جدا من الملح

ويزداد استهلاك الطاقة من مصادر القدرة على السحب من مصادر الطاقة بشكل متواز مع كمية الملح المزالة والفولط المطبق اللازم للتغلب على المقاومة الكهربائية في مقصورات التركيزات، وبالنسبة لمياه الصرف التي تزيد مساحتها على 000 30 جزء من المليون، يصبح معدل السحب من الطاقة أقل قدرة على المنافسة مقارنة بالعمليات الحرارية مثل ضغط البخار الميكانيكي، وبالإضافة إلى ذلك، فإن عوامل مقاومة التركيز ترتفع مع إزالة الملح، مما يتطلب زيادة في الفولطامدة للحفاظ على النسيجات المستخدمة في التراكم الحالي.

التخلص من السور

فمثل جميع تكنولوجيات إزالة الأنهار، ينتج هذا الإلكترون المركّز الذي يجب إدارته، حيث يتراوح حجم الرشوة عادة بين 5 و15 في المائة من تدفق التغذية، تبعاً للتعافي، وتشمل خيارات التخلص من المزارع حقن عميق، وأحواض التبخر، والتصريف في المجاري أو المياه المستقبِلة، وبالنسبة للمرافق الصناعية الداخلية، والتقليل إلى أدنى حد، والاستخدام المفيد (مثلاً، استعادة الملح).

التطورات والابتكارات في المستقبل

وتركز الجهود الجارية في مجال البحث والتطوير على التغلب على مشروع القرار EDR ME8217؛ والقيود الحالية وتوسيع نطاق انطباقه على القطاعات الصناعية الجديدة.

مواد ميمبرانية متقدمة

ويجري تطوير أجهزة قياس الجيل التالي من الجيل الثاني من الجيل الثاني من التبادلات مع تحسين الاستقرار الكيميائي، وارتفاع الانتقائية، وانخفاض المقاومة الكهربائية، وقد تؤدي الميثبرات المركبة التي تتضمن أكسيد الغرافين، وبوليثيركتون من الكبريت، وغيرها من البوليمرات المتقدمة إلى زيادة مقاومة الإغراق والتبديد.

عملية تحقيق الاستخدام الأمثل من خلال وضع النماذج والمراقبة

ويجري نشر التوأم الرقمي والعملية في الوقت الحقيقي على النحو الأمثل في عملية السحب من الطاقة إلى مرحلة جيدة، كما أن خوارزميات التحكم المتقدمة التي تكيف بشكل دينامي مع الفولط ومعدل التدفق والتوقيت العكسي استنادا إلى السلوكيات التغذوية الفورية ومؤشرات الحرق المغناطيسي يمكن أن تحسن كفاءة الطاقة بنسبة 10 في المائة إلى 20 في المائة وأن تخفض تدخلات الصيانة.

العمليات المختلطة والمكثفة

ويمكن أن يؤدي الجمع بين نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج وغيره من تكنولوجيات العلاج إلى توسيع نطاق قدراته على إزالة الملح، ويستخدم التخثر المغناطيسي للتحلل الكهربي مجموعة ثانية من المقاييس لتحويل الملح غير المرغوب فيه إلى أشكال أكثر قابلية للذوبان، مما يتيح تحقيق انتعاش أعلى، كما أن نظم السحب الكهربي المختلط من السحب من السحب الحراري تسمح لوحدة معالجة المياه السائبة بينما تعالج عملية التصفية المركزة، وتحقيق الانتعاش العام من 95 في المائة.

التصميمات القابلة للتوسع والنموذجية

ويقوم المصنعون بتطوير مجموعات نموذجية من وحدات خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها يمكن شحنها كوحدات سعة ولعب ويسهل توسيع نطاقها بإضافة وحدات نموذجية، ويقلل هذا النهج من تكاليف تركيب المواقع ويتيح للصناعات البدء بالنظم الأصغر والتوسع مع نمو الاحتياجات من المياه، كما أن فرق المراقبة المتكاملة التي تعمل على الرصد عن بعد تبسط عملياتها وتثير المشاكل بالنسبة للمرافق التي لا يوجد بها موظفون مخصصون لمعالجة المياه.

صفر من السائل المستخرج من السائل

ويتزايد استخدام تقرير التنمية الاقتصادية كعنصر رئيسي في نظم تصريف السائل الصفري، إذ إن تركيز الرنين إلى مرحلة النضج القريب، وخفض معدل البوليزر في أعلى المفاعلات الحرارية اللازمة للتبخر النهائي، إذ تستخدم عدة منشآت تابعة للشركة في الهند والصين مادة السحب الكهربي لمعالجة مياه النسيج والنفايات الكيميائية، وتحقيق استرداد 99 في المائة من المياه، وتمكين استعادة الملح من أجل إعادة استخدامه في التصنيع.

خاتمة

وقد ثبت أن تراجع الكهربة يمثل تكنولوجيا شديدة الفعالية ومرنة لإخراج الملح من المياه المستعملة الصناعية، وأن التراجع الدوري في القطبية يعالج القضايا التي تصيب عمليات الدمج الأخرى، ويزيد من كفاءة الطاقة والقدرة على التكيف مع الظروف الغذائية المتغيرة، ويجعل من الجذاب لمجموعة واسعة من الصناعات، وعلى الرغم من أن تكاليف رأس المال والوسادة الطويلة الأجل لا تزال مجالات الاهتمام، والتقدم المستمر في عملية التحكم في المياه().

For further reading on EDR fundamentals and industrial case studies, consult resources from the U.S. Environmental Protection Agency#8217;s desalination research program, ]Lenntech#8217;s technical overview]] and Water