كيفية إزالة الملح من الماء: دليل كامل

الماء هو مصدر الحياة، ولكن النقص العالمي في الموارد المائية أصبح خطيرًا على نحو متزايد، ولا يمكن استهلاك أو استخدام المياه التي تحتوي على نسبة عالية من الملح بشكل مباشر. وقد أصبحت تكنولوجيا إزالة الملح من المياه وسيلة مهمة للتخفيف من أزمة المياه العذبة!

ما هو مبدأ إزالة الملح؟

يشير إلى عملية إزالة الأملاح القابلة للذوبان من الماء من خلال الوسائل الفيزيائية أو الكيميائية، مع التركيز على تقليل تركيز الأنيونات والكاتيونات في الماء لتلبية متطلبات جودة المياه المحددة؛ والهدف الرئيسي لقياس تأثير التحلية هو معدل التحلية. على سبيل المثال، فإن معادلة حساب معدل تحلية غشاء التناضح العكسي هي: (1- المحتوى الملحي في الماء المنتج/المحتوى الملحي في الماء المؤثر) × 100%;

وفقًا لمبدأ الحكم, تكنولوجيا تحلية المياه يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات: طريقة الفصل بالأغشية، وطريقة تغيير الطور، وطريقة الإزاحة الكيميائية؛ تستوعب تقنية الفصل بالأغشية عمليتين رئيسيتين هما الغسيل الكهربائي والتناضح العكسي. وتتمثل قواعد تغيير الطور في التقطير والتجميد، بينما تشير قواعد الإزاحة الكيميائية تحديدًا إلى تقنية التبادل الأيوني;

مثال تقني	معدل إزالة الملح من الملح	نطاق محتوى الملح المطبق	المزايا الرئيسية	القيود الرئيسية
طريقة التناضح العكسي	98% -99.5%	التطبيق الشائع	تحلية المياه بكفاءة، ومعدات مدمجة	ارتفاع الطلب على جودة مياه المدخل وارتفاع تكلفتها
طريقة الغسيل الكهربائي	حسب التكوين	200-4000 ملغم/لتر 200-4000 ملغم/لتر	انخفاض الطلب على عكارة المؤثرات	يزداد استهلاك الطاقة مع زيادة محتوى الملح
طريقة التبادل الأيوني	أكثر من 95%	محتوى الملح المنخفض (تحلية مياه البحر العميق)	مناسب لتحضير المياه عالية النقاء	يحتاج الراتنج إلى التجديد في الموعد المحدد، وتتأثر تكاليف التشغيل باستهلاك المواد المجددة
تبخر متعدد التأثير	الكفاءة	مياه عالية الملوحة	قادرة على التعامل مع المياه عالية الملوحة	ارتفاع استهلاك الطاقة، والمعدات عرضة للتقشر
طريقة التناضح الأمامي	في البحث	المرحلة التجريبية	استهلاك منخفض للطاقة، لا حاجة للضغط	نضج تكنولوجي غير كافٍ

كيف يحقق التناضح العكسي تحلية المياه بكفاءة؟

التناضح العكسي هو عملية فيزيائية تخدع الأغشية شبه النفاذة لفصل الملح تحت الضغط؛ وتستخدم هذه الطريقة أغشية شبه نفاذة غير متماثلة الهيكل مصنوعة من أسيتات السليلوز أو مواد البولي أميد لتحقيق نفاذية انتقائية لجزيئات الماء وأيونات الملح تحت ضغوط تشغيل تتراوح بين 2.8-8.0 ميجا باسكال;

يتميز محيط غشاء التناضح العكسي بمسامات متناهية الصغر، يتم التحكم في حجمها بدقة - أكبر بقليل من جزيئات الماء، ولكنها قادرة على عزل أيونات الملح الذائبة في الماء بشكل فعال. عندما تتدفق مياه البحر عبر سطح الغشاء تحت ضغط مرتفع، تدخل جزيئات الماء إلى الجانب الآخر من الغشاء من خلال المسام، بينما يتم الاحتفاظ بالملح والشوائب وإطلاقها، وبالتالي تحقيق الغرض من محطة تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي لتحلية مياه البحر . تتطور قدرة التناضح العكسي باستمرار، ونجحت الصين في اختراق تقنيات عنق الزجاجة الرئيسية الثلاث لغشاء التناضح العكسي وقبول الطاقة في مجموعات تحلية مياه البحر الصغيرة والمتوسطة الحجم المنتجة محليًا! يصل معدل تحلية مياه البحر لغشاء التناضح العكسي الذي طورته مدينة ويهاي إلى 99.81 تيرابايت 3 تيرابايت، وقد تم استخدام المعدات على نطاق واسع في قوارب الصيد في أعماق البحار والجزر البحرية ومختلف مشاريع تحلية مياه البحر;

كيف يتم التلاعب بتكنولوجيا الغسيل الكهربائي في تحلية المياه؟

الغسيل الكهربائي عبارة عن تقنية تستخدم النفاذية الانتقائية لأغشية التبادل الأنيوني/الكاتيونات لتحقيق هجرة الأيونات وفصلها تحت تأثير مجال كهربائي للتيار المباشر؛ حيث يتم تكوين هيكل مكدس الغشاء بمسافة بين غرفة المياه المركزة وغرفة المياه العذبة. تحت تأثير المجال الكهربائي، تهاجر الأنيونات والكاتيونات نحو الأقطاب الكهربائية المتقابلة، ولكن بسبب انتقائية غشاء التبادل الأيوني، يتم الاحتفاظ بأيونات الملح في غرفة المياه المركزة، وبالتالي تحقيق تحلية المياه!

هناك وضعان رئيسيان للتشغيل للغسيل الكهربائي: مرة واحدة (تتحقق التحلية بتمريرة واحدة من المياه الخام) والدوران على دفعات (تتحقق التحلية بتدوير المياه الخام حتى الوصول إلى معدل التحلية المحدد مسبقًا)؛ تتطلب هذه التقنية متطلبات تعكر أقل من 1 وحدة قياس التعكر للمياه الواردة، ويجب التحكم في كثافة تيار العمل عند 80-100 مللي أمبير/سم². وهي مناسبة للمياه التي تحتوي على نسبة أملاح تتراوح بين 200-4000 مجم/لتر!

مع التلاعب بالتكنولوجيا المتكاملة للغسيل الكهربائي (EDR)، أصبحت كفاءة استخدام المياه في الغسيل الكهربائي مماثلة للتناضح العكسي، وأصبح الطلب على التحكم في جودة المياه أقل من التناضح العكسي، مما يجعلها لا تزال قادرة على المنافسة في سيناريوهات تطبيق محددة.

ما هي ميزات طريقة التبادل الأيوني في تحلية المياه؟

تعتمد طريقة التبادل الأيوني على مزيج من راتنج التبادل الحمضي القوي للكاتيونات وراتنج التبادل القلوي القوي للأنيونات للتجميع. تحل المجموعات الوظيفية للراتنج محل الكاتيونات مثل Ca ² ⁺ و Na ⁺ في الماء والأنيونات مثل Cl - و SO ₄ ² - من خلال تفاعلات عكسية;

السمة الرئيسية لهذه الطريقة هي معدل إزالة الأملاح الذي يزيد عن 95%، ولكن تكلفة التشغيل تتأثر إلى حد كبير باستهلاك مادة التجديد؛ حيث يجب تجديد الراتنجات غير الصالحة بانتظام باستخدام حمض الكبريتيك 5-10% أو حمض الهيدروكلوريك أو 4-5% محلول هيدروكسيد الصوديوم. يجب تحييد سائل النفايات المتجدد المتولد لمنع التلوث الثانوي!

تعد طريقة التبادل الأيوني أكثر ملاءمة لأنظمة تحضير المياه عالية النقاء على نطاق صغير، مع متطلبات أعلى لمحتوى الملح المؤثر، وهي مناسبة لتطبيقات تحلية المياه العميقة كمياه؛ وبالمقارنة مع تقنية الأغشية، فإن طريقة التبادل الأيوني لها مزايا اقتصادية في معالجة مصادر المياه منخفضة الملوحة، ولكن عندما يكون تركيز الملح في المياه مرتفعًا، فإن تكلفة التشغيل ستزداد بشكل كبير!

ما هي التطورات في تكنولوجيا تحلية المياه المتغيرة الطور؟

تشمل قدرة تحلية المياه بطريقة تغيير الطور بشكل أساسي طرق التقطير والتجميد؛ التبخير متعدد التأثير هو شكل محسّن من طرق التقطير التي تستخدم قدرة خفض الضغط لخفض ضغط التشغيل ونقطة غليان المحلول في المبخر اللاحق مقارنةً بالمبخر السابق، مما يسمح للبخار الثانوي المستخرج من المبخر السابق أن يعمل كبخار تسخين للمبخر اللاحق، وبالتالي تعزيز كفاءة استخدام الطاقة الحرارية.

وتحقق طريقة التقطير تحديد تغير الطور من خلال التبخير متعدد التأثير، ولكنها تتطلب تحقيقاً مفصلاً للطاقة الحرارية وهي عرضة لمشاكل تحجيم المعدات؛ وتستخدم طريقة التجميد درجة حرارة منخفضة تتراوح بين -5 و -20 درجة مئوية لتجميد المياه النقية، ويجب التعامل مع المياه المالحة المركزة المتبقية بشكل منفصل. وطريقة الهيدرات هي تقنية ناشئة تنتج هيدرات بلورية صلبة عن طريق حقن غازات مثل البروبان في المياه المالحة، ولكنها لا تزال في مرحلة التحقق المختبري.

تكنولوجيا تغيير الطور لها نطاق تطبيق عملي ضيق نسبيًا بسبب ارتفاع استهلاك الطاقة أو عدم كفاية النضج التكنولوجي. وغالباً ما تُستخدم أجهزة التقطير لتحلية مياه البحر المحمولة على متن السفن، في حين أن طرق التجميد لا تُستخدم إلا في سيناريوهات خاصة مثل البعثات العلمية القطبية.

ما هي المهارة الجديدة لطريقة التناضح الأمامي؟

التناضح الأمامي (FO) هي تقنية فصل غشائي تعكس التناضح العكسي! وباعتبارها تقنية جديدة محتملة لتنقية المياه وتحلية المياه، تتم مناقشة وممارسة التناضح الأمامي من وجهات نظر متعددة وعلى مستوى أعمق في العالم.

طريقة التخلل الامتزازي غير المضغوط (CN92110710.2) هي معالجة للتناضح الأمامي تسمح بتخلل الماء عبر غشاء مسامي إلى مادة ماصة فائقة الامتصاص أو محلول تركيز الملح أو مادة صلبة فائقة الامتصاص حتى قبل مياه البحر، دون الحاجة إلى ضغط خارجي! يتم تبخير “مستخلص” الملح الإضافي في المحلول بسهولة دون إضافة الكثير من الحرارة!

لقد تم التلاعب بقدرة التناضح الأمامي لفترة طويلة، على سبيل المثال، يعتمد الناس الملح لتخزين الطعام لفترة طويلة، لأنه في البيئات عالية الملوحة، فإن معظم البكتيريا والعفن ومسببات الأمراض ستجف وتموت أو تفقد نشاطها مؤقتًا بسبب التناضح؛ وقد استخدمت تقنية الفصل الغشائي بالتناضح الأمامي في مجالات مثل تحلية مياه البحر ومعالجة مياه الصرف الصحي ومعالجة الأغذية والأدوية وخاصة في أنظمة دعم الحياة في حالات الطوارئ للإنقاذ لإنتاج المياه العذبة.

ما هي تطبيقات تكنولوجيا تحلية المياه؟

كما أن القدرة على إزالة الملح بعيدة المدى في المنصات البحرية والجزر البحرية والجزر البحرية وعلى نطاق واسع مشاريع تحلية مياه البحر! في منصات التنقيب عن النفط، وجزيرة يونغشينغ في سانشا وجزيرة شياو تشين في يانتاي وغيرها من الأماكن، توفر تكنولوجيا تحلية مياه البحر ضمانًا لمصدر مياه موثوقًا للحياة اليومية للسكان المحليين والإنتاج الصناعي!

ما هو اتجاه التطوير المستقبلي لتكنولوجيا تحلية المياه؟

سيتم تطوير تكنولوجيا تحلية المياه في عدة اتجاهات رئيسية في المستقبل: أولاً، تسريع تحسين مستوى توطين المعدات وتطبيقها، مع التركيز على تحقيق اختراقات في الإنتاج الوطني للمعدات الرئيسية مثل sأغشية التناضح العكسي للمياه الإلكترونية, ومضخات الضغط العالي لمياه البحر على نطاق واسع، ومضخات الضغط العالي لمياه البحر، ومجموعات استعادة الطاقة. قامت شركات محلية مثل والتون تكنولوجي وبيشويوان بتطوير أغشية التناضح العكسي بشكل مستقل، والتي تم تطبيقها بنجاح في العديد من مشاريع تحلية مياه البحر، وهي تكسر تدريجياً احتكار الشركات الأجنبية.

والثاني هو السعي إلى تحسين الفوائد الاقتصادية لتحلية مياه البحر، وتعميق البحث في تكنولوجيا اقتران الطاقة المتجددة وتحلية مياه البحر، واستخدام الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة المحيطات لتوفير الطاقة لتحلية مياه البحر وتحقيق “الكهرباء الخضراء للمياه الخضراء”. تعزيز تطبيق تحلية مياه البحر عالية الجودة، والحفاظ على الاستخدام الأمثل للمياه والسعر الأمثل للمياه.

ثالثًا، سنعمل بقوة على تعزيز الاستخدام الشامل لموارد مياه البحر، وسنقوم بتعزيز الاستخدام الشامل لموارد مياه البحر، وسنفتح باب البحث في استخراج واستخدام العناصر الاستراتيجية في مياه البحر، وتعميق أبحاث التكنولوجيا الهندسية وإجراء التجارب العملية لاستخراج البروم والبوتاسيوم من مياه البحر على نطاق واسع، وزيادة تطوير الموارد المعدنية الاستراتيجية مثل الليثيوم والسيزيوم في مياه البحر؛ وقد أصبحت القدرة على إمدادات المياه المتمايزة اتجاهًا جديدًا، وهو تلبية الاحتياجات الدقيقة لمياه الزواج من خلال المعالجة اللاحقة المتمايزة! إضافة كميات معتدلة من المعادن في مياه الشرب لتحسين الطعم، مع اعتماد تقنية التناضح العكسي متعدد المراحل في مياه تبريد المعدات لزيادة تقليل توصيل المياه وتقليل تكلفة أنظمة تبريد المعدات!

مع الابتكار التكنولوجي والدعم الاستراتيجي، ستلعب تكنولوجيا تحلية المياه دورًا متزايد الأهمية في حل مشكلة نقص الموارد المائية في المناطق الساحلية، وتحقيق الاستفادة المستمرة من الموارد المائية، وضمان التنمية الاقتصادية والاجتماعية المستدامة!