| مقدمة | معالجة المياه | عمليات الأغشية | تكنولوجيات |
يتم صنع أغشية الترشيح الدقيق بعدة تصميمات مختلفة. تشمل الأغشية اللولبية للارتشاح العكسي طبقات كثيرة من صفائح الأغشية المسطحة ملفوفة حول أنبوب مركزي يدخل الماء الذي يراد معالجته. وتستخدم الأشكال المجوفة من الألياف الدقيقة مجموعة من آلاف الأنابيب المجوفة التي أعدت بدورها من مواد غشائية . وتوجد المرشحات الدقيقة، مثل المرشحات الفائقة، عادة على شكل ألياف مجوفة
ونظرا لأن أغشية الترشيح الدقيق تمثل تكنولوجيا معالجة فيزيائية، فإنها تخضع للقيود الفيزيائية. فالمياه الممتلئة الممتلئة بالجسيمات العالقة أو المواد العضوية يمكن أن تسد الأغشية. وقد تحتاج بعض المياه، ولاسيما المياه السطحية، إلى معالجة مسبقة قبل مرورها في نظام أغشية. وتنتج هذه الأنظمة أيضا أحجاما صغيرة من المحاليل المركزة بدرجة كبيرة والتي تتطلب التخلص منها.
ويتم تصنيف الأغشية طبقا لحجم الجزيئات التي تستطيع أن ترشحها- حد الفصل الاعلي لوزن الجزيئات أو وزن الجزيئات الفاصل. ويمثل الترشيح الدقيق أعلى حد للوزن الجزيئي المعطي ، ومن ثم أكبر اتساع للمسام
ويستخدم الترشيح الدقيق أحجام مسام من 0.03 إلى 10 ميكرون (عادة 0.1 إلى 2 ميكرون) وهو فعال بالنسبة لأحجام يبلغ الحد الاسمي الفاصل لوزنها 100000 دالتون أو أكثر. ويستخدم غالبا في إزالة الرمل، والطمي، والصلصال، والطحالب، والبكتيريا، والجيارديات، والكريبتوسبوريديوم.
ويتم تكوين الأغشية من الكثير من المواد المختلفة، التي لها مزاياها وعيوبها. ويمكن أن يمثل اختيار الغشاء المناسب للحالة تحديا لمديري أنظمة المياه.
وبالمقارنة مع أنواع أخرى من تكنولوجيات الأغشية، فإن الترشيح الدقيق أقل استخداما بصورة شائعة في الوقت الحاضر.
يتم إنشاء أغشية الترشيح الفائق بتصميمات عديدة مختلفة. تشمل الأغشية اللولبية ذات الارتشاح العكسي طبقات كثيرة من صفائح الأغشية المسطحة ملفوفة حول أنبوب مركزي ينقل الماء الذي يراد معالجته. وتستخدم الأنواع المجوفة ذات الألياف الدقيقة مجموعة من آلاف من الأنابيب المجوفة التي يتم تكوينها بدورها من مواد غشائية. وتوجد المرشحات الفائقة، مثل المرشحات الدقيقة عادة على شكل الألياف المجوفة.
ونظرا لأن أغشية الترشيح الفائق تمثل تكنولوجيا معالجة فيزيائية، فإنها تخضع للقيود الفيزيائية. فالمياه الممتلئة باجسميات العالقة أو المواد العضوية يمكن أن تسد ترشيح غشائي. وقد تحتاج بعض المياه ولاسيما المياه السطحية إلى معالجة مسبقة قبل مرورها في نظام أغشية. وتنتج هذه الأنظمة أيضا كميات صغيرة من المحاليل المركزة بدرجة كبيرة والتي تتطلب التخلص منها.
ويتم تصنيف الأغشية طبقا لحجم الجزيئات التي تستطيع أن ترشحها- حد الوزن الجزيئي الأعلى . ويستخدم الترشيح الفائق أحجام مسام من 0.01 إلى 0.03 ميكرون وهو فعال بالنسبة لأحجام يبلغ حد الوزن الجزيئي الأعلى 10000 دالتون أو أكثر. ويستخدم غالبا لإزالة الرمل، والطمي، والصلصال، والطحالب، والبكتيريا، والجيارديات، والكريبتوسبوريديوم، والفيروسات.
ويتم تكوين الأغشية من الكثير من المواد المختلفة، التي لها مزاياها وعيوبها. ويمكن أن يمثل اختيار الغشاء المناسب للحالة تحديا لمديري أنظمة المياه.
صنعت أغشية الترشيح الدقيق جدا بتصميمات متعددة مختلفة. فالأغشية اللولبية ذات الارتشاح العكسي تتكون من عدة طبقات من صفائح الأغشية المسطحة الملفوفة حول أنبوب مركزي تمر منه المياه التي يتعين معالجتها. وتستخدم الأنواع المجوفة التي تستخدم الألياف الدقيقة مجموعة من آلاف الأنابيب التي يتم تكوينها بدورها من مواد غشائية. وتوجد المرشحات الدقيقة جدا مثل الارتشاح العكسي، عادة في ترتيبات الأنظمة اللولبية.
ونظرا لأن الأغشية تمثل تكنولوجيا معالجة فيزيائية، فإنها تخضع للقيود الفيزيائية. فالمياه الممتلئة بالجسيمات العالقة أو المواد العضوية يمكن أن تسد الأغشية. وقد تحتاج بعض المياه ولاسيما المياه السطحية إلى معالجة مسبقة قبل مرورها في نظام ترشيح غشائي. وتنتج هذه الأنظمة أيضا كميات صغيرة من المحاليل المركزة بدرجة كبيرة والتي تتطلب التخلص منها.
ويتم تصنيف الأغشية طبقا لحجم الجزيئات التي تستطيع أن ترشحها حد الفصل الاعلي لوزن الجزيئات . وحد الوزن الجزيئي الأعلى للمرشحات الدقيقة جدا هو 1000 دالتون أو أقل. وتتطلب العملية ضغوطا عالية جدا للمياه لدفع السائل القائم من المصدر من خلال مسام صغيرة للغاية (تصل من الصغر إلى0.001 من الميكرومتر أو نانومتر، ومن هنا اشتق الاسم) لإزالة الملوثات.
وتستخدم المرشحات الدقيقة جدا لإزالة عسر المياه، والمواد العضوية الطبيعية، والكيماويات العضوية المخلقة من المياه.
ويجب دائما معالجة مياه المصدر قبل الترشيح الدقيق جدا، حتى لا يفسد محتواها من الجسيمات العالقة الغشاء ويحد من فعاليته. وقد تتطلب المياه التي توجد بها نسبة عالية من الحديد، والكلور، والمنجيز أيضا معالجة مسبقة المعالجة المسبقة. وحتى في الظروف المثالية، تتطلب أنظمة الترشيح الدقيق جدا، مثل نظام الارتشاح العكسي، تنظيفا منتظما واستبدالا دوريا للأغشية.
ويتم تكوين أغشية الترشيح الدقيق جدا من الكثير من المواد المختلفة، التي لها مزاياها وعيوبها، ويمكن أن يمثل اختيار الغشاء المناسب للحالة تحديا لمديري أنظمة تنقية المياه.
استخدمت أنظمة أغشية معالجة المياه في الأصل فقط في مشروعات إزالة الملوحة. ولكن جعل التقدم في تكنولوجيا الأغشية منها بصورة متزايدة اختيارا مرغوبا للتخلص منه الكائنات الدقيقة، والجسيمات العالقة، والمواد العضوية الطبيعية التي تفسد طعم المياه وتلوث نقاءها.
وتتألف هذه الأنظمة من رقائق رقيقة من المواد لا يوجد بها عادة مسام. وإنما تتيح الأغشية لجزيئات المياه أن تمر خلالها، ولكن تتصيد وتحتفظ بأية مواد أخرى مذابة أو عالقة فيها. ويضغط النظام على المحلول إلى الحد الذي يجعل المياه تتدفق من المحلول الأكثر تركيزا، خلال الغشاء، إلى المحلول المخفف بدرجة أكبر- عكس الانتشار الطبيعي بالارتشاح.
ويتم تكوين أغشية الارتشاح العكسي بتصميمات كثيرة مختلفة. فالأغشية اللولبية ذات الارتشاح العكسي تشمل طبقات كثيرة من صفائح الأغشية المسطحة الملفوفة حول أنبوب مركزي يمر منه الماء الذي يجب معالجته. وتستخدم الأنواع المجوفة من الألياف الدقيقة مجموعة من آلاف الأنابيب المجوفة التي يتم تكوينها بدورها من مواد أغشية. ويوجد الارتشاح العكسي، مثل الارتشاح الدقيق جدا، عادة في ترتيبات الأنظمة اللولبية.
ويجب أن تعالج مياه المصدر دائما وتقريبا قبل الارتشاح العكسي، وذلك حتى لا يفسد الجسيمات العالقة الأغشية ويحد من فعاليتها. وتتطلب المياه التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد، والكلور، والمنجيز أيضا معالجة مسبقة. وحتى في الحالات المثالية، فإن نظام الارتشاح العكسي، مثل الارتشاح الدقيق جدا، يتطلب أيضا تنظيفا منتظما للأغشية واستبدالا دوريا.
ويصبح المحلول المركز بعد فصل مياهه التي تمت معالجتها عن نفايات ضاربا إلى الملوحة تحتوي علي الملوثات . وقد يصل حجم هذا إلى نحو نصف إجمالي حجم المياه المالحة الأصلية – وهي كمية أكبر من تلك التي ينتجها الارتشاح التقليدي بالأغشية. ويعتبر التخلص من هذه المياه مصدر قلق رئيسي للمديرين، وللكثير من الطرق الحالية بما في ذلك التصريف للمجاري أو الآبار العميقة لما له من عواقب بيئية.
ويمكن بسهولة تكييف حجم وحدات الارتشاح العكسي. ويمكن أن تمثل خيارا جيدا لمتطلبات الأنظمة الصغيرة لتقية مياه الشرب – حتى المحمولة منها – في المناطق التي يتاح فيها التيار الكهربائي ويمكن الاعتماد عليه. ويمكن تدريب الموظفين على استخدام مواد حافظة لمنع تكوين ترسيبات علي الأغشية .
ويتم تكوين أغشية الارتشاح العكسي من الكثير من المواد المختلفة، التي لها مزاياها وعيوبها. ويمكن أن يمثل اختيار الغشاء المناسب للحالة تحديا لمديري أنظمة تنقية المياه.
تستخدم أنظمة المعالجة الفرز الكهربي/ الفرز الكهربي العكسي الكهرباء وسلسلة من الأغشية لفصل الأملاح عن مياه المصدر وتركيزها في محلول للتخلص منه.
وعند تشغيل التيار الكهربائي في مياه المصدر، تنجذب أيونات الكلوريد إلى أحد الأطراف وتنجذب أيونات الصوديوم إلى الطرف الآخر. وعند تحركها في أي من الاتجاهين، تمر هذه المواد خلال مراحل من الأغشية تحجزها في قنوات مخصصة لاحتواء المحلول المركز بدرجة عالية. وقد تصل هذه المخلفات المنتجة، التي يجب التخلص منها بعناية، نحو 30% من إجمالي مياه المصدر المعالجة، وتعتبر نسبة 15–20% نسبة عادية متوقعة بدرجة أكبر.
ويجب أيضا معالجة المياه التي تنتج عن هذه المعالجات لتخليصها من المركبات العضوية التي تبقي بها (إذا كانت مصدرا للقلق)، ومن الميكروبات سواء قبل أو بعد عملية الفرز الكهربي. ونظرا لأن مياه المصدر لا تمر طبيعيا خلال الأغشية في هذه الأنظمة، فإن معظم الملوثات العضوية لا يتم التخلص منها.
ويجب أيضا القيام بترشيح مسبق لمياه المصدر في هذه الأنظمة من خلال أغشية لتخفيض درجة التعكر، على الرغم من أن الأغشية أقل تعرضا للفساد منها في الأنظمة الأخرى، وذلك لأن مياه المصدر لا تمر خلالها. ويتم الحفاظ على نظافة الأغشية أيضا بالقيام بعكس دوري لقطبية النظام، وهو ما يجعل الأيونات تتدفق في الاتجاه المعاكس وتخفف من التراكم.
وتتطلب أنظمة الديلزة الفرز الكهربي/ الفرز الكهربي العكسي كميات كبيرة من الطاقة لإنتاج تيار مستمر يدفع عملية التنقية ويضخ المياه خلال النظام. ولهذا، ولأسباب أخرى ، لا تستخدم بنفس الكثرة في المرافق الكبيرة لمعالجة المياه مثلما تستخدم التكنولوجيات الأخرى التي تم وصفها هنا. بل إنها قد تستخدم بدرجة أكثر شيوعا في التطبيقات الطبية والمختبرية التي تحتاج إلى مياه فائقة النقاء.
غير أنه يسهل تكييفها لتناسب استخدام محطات تنقية صغيرة وعادة ما تعمل بصورة تلقائية بقليل من متطلبات الصيانة والتشغيل. والفرز الكهربي أقل مناسبة لوحدات التنقية عند نقطة دخول أو استخدام المياه بالمقارنة بالارتشاح العكسي أو الترشيح الدقيق جدا.