حسابات كيمياويات محطات المياه الأنواع والتركيز

 

سنتعرف معا فى هذه التدوينه عن الكيمياويات المستخدمه فى محطات المياه وكذلك معادلات وطرق حسابات اضافة الكيمياويات مع شرح بعده امثلة الى ان نصل سويا الى  اتقان كيفية اضافه المواد الكيميائية بالنسب المطلوبه بكل سهوله كذلك سنتحدث عن مضخات الحقن Chemical dosing pump

أولاً: تحديد نوع الكيماويات وتركيزها المطلوب فى المياه:

ذكرنا من قبل أهم الكيماويات التى تُضاف فى وحدة الRO سواء فى المعالجة الأولية أو النهائية وكان أهمها:
1- المروق.
2- الكلور.
3- نازع الكلور (مثل الSMBS).
4- مضاد القشور(الأنتى سكيل).
5- الحمض.

لو أخذنا مثال مانع الترسيب  ..

فمبدأياً نقول: بناءً على استعراض المشروع بعمل projection بتفاصيل المحطة والتحليل الكامل لمياه التغذية بما فيها الأملاح الكلية الذائبة ومعدل التدفق والpH ودرجة الحرارة والضغوط ونسبة الريكفرىRecovery فى النهاية بعد الخروج من الأغشية ونوع مانع الترسيب نفسه فإن الشركة المصممة للوحدة والشركة الموردة للكيماويات هما من يحددان فى الأصل النوع المطلوب من الكيماويات وهى التى توصى بالجرعة المطلوبة بالppm بناءً على المعطيات المُقدمة ،وفى المُعتاد يعطوا sheet خاص بذلك، ومن الممكن تحديد هذه التركيزات أيضاً بالخبرة الطويلة أو بالبرامج الألكترونية (Soft ware).

فمثلاً:

الشركة الموردة للكيماويات المضادة للقشورantiscale تحدد نوعه وتوصى بالجرعات المطلوبة (بالppm) بناءً على الأملاح الكلية فى مياه التغذية TDS وهكذا….

اذن . الشركة *س* أعطتنا التوصيات بنوع الكيماويات والتركيز المطلوب وجوده فى المياه .
والخطوة التالية هى تحديد كم من الوزن أو الحجم سوف يتم إضافته كى نصل إلى التركيز المطلوب فى المياه
وهل سنضيف المادة الكيماوية على هيئة مادة صلبة (بودرة) أو سائل بالحقن … ويتم حقن السوائل على تنكات أوأون لاين (On-line) عبر الخطوط حيث تسرى المياه …

ثانياً: تحضير الكيماويات وحساب الجرعات المطلوبة (Dosing):

سنذكر خطة الشرح فى العمليات الحسابية وهى كالتالى:

1-ان كان مادة صلبة سيتم إضافتها بكمية معينة إلى المياه فى الوحدة .
2-ان كان لدينا  نفس المادة الصلبة وتم إذابتها فى حجم معين من المياه النقية ونريد أن نضيفها إلى المياه فى الوحدة .
3- نريد تحضير سوائل بنسبة مئوية معينة من الكيماويات الصلبة.
4- تخفيف الكيماويات السائلة لتحضير نسب أقل.
5- حساب جرعة الكيماويات السائلة المطلوبة والمعلومة التركيز والكثافة للوصول إلى تركيز معين فى مياه الوحدة (بالppm) .
اذا تم إضافة هذه المادة بجرعة معينة … كم نتوقع أن يكون التركيز فى مياه الوحدة (عمليو معكوسة).
6- كيفية ضبط مضخة حقن الكيماويات.

الحالة الأولى: حساب الجرعة المطلوبة للمواد الكيماوية الصلبة التى ستُضاف إلى المياه:

لحساب الجرعة للمادة الكيماوية أو “عملية التجريع” أو الكمية المستهلكة من هذه المادة

يجب أولاً معرفة كمية مياه التغذية الداخلة إلى المحطة فى الساعة.
]مثال توضيحى:]
نود اضافة مانع الترسيب للمياه بحيث نحقق 4 جزء فى المليون (كما وصت الشركة المنتجة) علماً بأن المياه الداخلة إلى المحطة تُقدر ب35 متر مكعب/ ساعة .

ماهى الاجراءات اللازمة ؟

يجب توحيد الوحدات كخطوة أولى .
فنقول 4 جزء فى المليون تعادل 4 مللى جرام/ لتر … يعنى تعادل 4جرام/ مترمكعب (حيث أن المتر المكعب = 1000 لتر).

لذا فإن كمية مانع الترسيب المطلوبة فى الساعة = التركيز المطلوب x عدد الأمتار المكعبة
= 4 x 35 = 140 جم/ ساعة.

ومن هنا يتجلى  لنا أننا علينا إضافة 140 جرام وزن من الأنتى سكيل خلال الساعة لنحصل على تركيز 4 جزء فى المليون.
(وهذا بافتراض أن نقاء المادة الكيماوية 100% فإذا كانت غير ذلك علينا وضع ذلك فى الحسبان عند الحساب).

ما تم حسابه هو وزن المادة الكيماوية فى الحالة الصلبة المطلوب إضافتها للمياه … فماذا لو كانت سائلة … أو كانت صلبة تم إذابتها فى محلول مائى منها … كيف نحسب الإضافة؟؟ هذه هى الحالة الثانية …

الحالة الثانية
حساب الجرعة المطلوبة للمواد الكيماوية الصلبة التى ستُضاف إلى المياه بعد أن تم إذابتها فى حجم معين من المياه النقية:

يجب معرفة حجم الماء السارى فى اليوم أو فى الساعة والذى نُعبرعنه بعدة وحدات مثل(المتر المكعب/ يومياً) ، ونريد أن نعرف المطلوب … نضيف كم لتر من الكيماويات يومياً أو فى الساعة حتى نصل إلى التركيز المطلوب بالppm فى المياه المعالجة…أو بمعنى آخر لو اضفنا حجم معلوم من اللترات يومياً ،

كيف يمكننا حساب ما وصلنا إليه من تركيز لهذه الكيماويات فى المياه المعالجة…
وإليك تكملة للمثال السابق … باعتبار أن عبوة صلبة من الأنتي سكيل (20 كيلو) تم اذابتها فى برميل 200 لتر ونحن نريد إضافة 140 جرام منه فى الساعة … فكيف تتم الحسابات؟

تركيز الأنتى سكيل المذاب فى لتر واحد فى هذا البرميل =20/200= 0.1 كجم/لتر = 100 جرام/ لتر
يعنى فى البرميل كل لتر فيه 100 جرام أنتى سكيل … ونحن نريد إضافة 140 جرام فى الساعة إذا المفروض نأخذ كام لتر من هذا البرميل لإضافة 140 جرام فى الساعة؟
بعملية المقص سنعرف أننا سنحتاج إلى إضافة 1.4 لتر فى الساعة من المادة الكيماوية المذابة فى البرميل كى نحقق تركيز 4 جزء فى المليون.
والخطوة النهائية هو ضبط الطلمبة الخاصة بالأنتى سكيل على هذه القيمة وهى إضافة 1.4 لتر فى الساعة …
ماذا لو  لدينا طلمبة مصممة على حقن 2 لتر فى الساعة بدون تغيير هذا الرقم .
حل ذلك يكون بتقليل تركيز الأنتى سكيل (تخفيفه) ليناسب هذا الحقن …
وهذه الطريقة إذا كنا نتعامل بالوزن …
والآن سنعرف كيف نحضر تركيزات معينة بالنسب المئوية من الكيماويات الصلبة … وهى الحالة الثالثة …

الحالة الثالثة: تحضيرسوائل بنسبة مئوية من الكيماويات الصلبة:

نبدأ بهذا المثال: تحضير محلول صودا كاوية بتركيز 7% من الصودا الكاوية الصلبة
. فماذا نفعل؟؟؟ وكم نضيف من المادة الصلبة إلى الماء (وليكن  خزان 100 لتر)؟

الإجابة:

الموضوع سهل جداً . يتم  اضافه 7 كجم إلى 100 لتر من الماء الخالى من الكلور مع التقليب…
لذا فتركيز الصودا الكاوية بعد التخفيف = (7 كجم/ 100 لتر) x 100 = 7 %
وبهذا نستطيع استخراج المعادلة العامة الظريفة التى تقول:

او يمكن استخدام طريقه حسابية اخرى

7% = 7جم/100مل =7كجم/100لتر
يعني خزان  100لتر هيحتاج 7كجم صودا دون عمل اي تخفيف

الحالة الرابعة: تخفيف الكيماويات السائلة لتحضير نسب أقل:

مادة سائلة نقية (أكبر من 99%) نريد عمل محاليل مخففة منها قبل حقنها فى المياه…
مثال:
تحضير antiscale بتركيز 25% … يتم بإضافة 25 لتر من الantiscale على 75 لتر ماء (خالى من الكلور) لنحصل على 25%
المعادلة العامة:

الطريقة الاكثر انتشارا
n*v=n’*v’
يعني التركيز المطلوب* الحجم المطلوب= التركيز الموجود* الحجم الذي سيأخذ من التركيز الموجود لتخفيفه

اذا اخذنا المثال السابق التركيز المطلوب 25% و الحجم المطلوب مثلا 100لتر سيتم تحضيرة من تركيز 99%

السؤال كام لتر هنخده من ال99% و نكملهم ل 100لتر علشان يكون تركيز ال100 لتر دول 25%؟

25*100=99*؟
الاجابة 25.25 لتر و يتم زيادتهم الي 100 لتر

الحالة الخامسة:
وهى أهم الحالات ويتم فيها حساب جرعة الكيماويات السائلة المطلوبة والمعلومة التركيز والكثافة للوصول إلى تركيز معين فى مياه الوحدة (بالppm) . أو لو تم إضافة هذه المادة بجرعة معينة … كم نتوقع أن يكون التركيز فى مياه الوحدة (عملية معكوسة).

والآن نريد أن نحسب نسبة الحقن فى الماء الذى يتم معالجته (سواء فى الRO أو مياه الشرب أو مياه الصرف…إلخ)، وبالطبع نستخدم وحدة الmg/l أو ما يعادلها عُرفاً وحدة الppm).

ولحساب تركيز المادة الكيماوية فى المياه بال ppm نأتى بها من المعادلة التالية:

حيث أن:
الحجم المضاف باللترفى اليوم (فى البسط) هو حجم الإستهلاك اليومى للمادة الكيماوية.
كمية المياه (مياه التغذية المحقون فيها الكيماويات) (فى المقام) بالمتر المكعب/يوم وهى معدل السريان اليومى.

مثال واضح جداً:
تم حقن 18 لتر من مانع الترسيب antiscale له تركيز 25% على 2500 متر مكعب فى اليوم … احسب الppm علماً بأن كثافة الantiscale تساوى 1.15.
الإجابة:

مثال توضيحى بالأرقام:
اذا اردنا ان نضيف  مادة كيماويةإلى المياه المعالجة لنحصل على 1.8 جم/لتر علماً بأن كمية المياه المنتجة فى اليوم كانت 500 متر مكعب .
يبقى كم لتر يجب أن نضيفها من المادة الكيماوية فى اليوم ومن ثم فى الساعة (اليوم 24 ساعة)… يعنى المجهول فى المعادلة السابقة هو الحجم المضاف باللتر فى اليوم …
من المؤكد أنك تستطيع- أخى الكريم- حسابها بنفسك الآن

مضخة حقن الكيماويات(Chemical dosing pump) :

1- تُصمم كل مضخة على معدل معين (Dosing rate) من الضخ ويُكتب على كل مضخة حقن قدرتها ويُعبر عنها بال Q حيث أن:
Q (Capacity) = liter/hour
يعنى لتر لكل ساعة.
من الممكن أن نسمى هذه القدرة بأنها “أقصى معدل تصريف للطلمبة”.
2- لكل طلمبة مرفق معها منحنى كفاءة performance curve … والمورد يُعطى لنا النقطة المثالية للتشغيل … وفى المعتاد تكون هذه النقطة عند أفضل معدل سريان وأفضل ضغط وأفضل أمبير.
3- يتم تثبيت عدادت قياس التدفق Flow meter وعدادات قياس الضغط Pressure gage قبل أو بعد الطلمبة.
4- يتم التوصية بضبط الطلمبة على قيم ثابتة من الSpeed والstroke لتحقق الغاية المنشودة من تركيز الكيماويات .

ما هوالفرق بين الstroke وال speed؟

ببساطة نقول أن الستروك stroke هوكمية الكيماويات التى تدفعها المضخة (أو التصرف).
وspeed هى سرعة الضخ (عدد النبضات فى زمن معين) فلو زادت النبضات زادت سرعة الضخ.
لو ان سرعه الضخ  100% يعنى أقصى سرعة ضخ.
لو ان الضخ او التصريف  100% يعنى أننا نحقن كل كمية الكيماويات التى تستطيع أن تدفعها المضخة.
وأقصى معدل تصريف للطلمبة معناها عند سرعه ضخ وتصريف  100%

اذا كان التصريف  50% يعنى أننا نحقن نصف كمية الكيماويات.
لوان سرعه الضخ  100% ، والتصريف 50% معنى كده أننا نحقن بنصف قدرة المضخة
(اذن  مازالت المضخة تستطيع أن تدفع ضعف كمية الكيماويات المحقونة).

اذا كانت سرعه الضخ  50% ، والتصريف او الضخ  50% معنى كده أننا نحقن بربع قدرة المضخة.
لوسرعه الضخ  50% & والتصريف  100% اذن أننا نستخدم نصف سرعة المضخة لدفع كل كمية الكيماويات المطلوبة وهكذا%.

والمعادلة التالية هى أساس ضبط الطلمبة … ونحسب منها كمية محلول المادة الكيماوية المحقونة فى الساعة(LPH) :

LPH (Liter per hour) needed = speed% x stroke% x LPH Max.

حيث أن قيمة الLPH Max هى قدرة المضخة الكلية (أو أقصى معدل تصريف)… ويتم إعطاؤها من الuser manual الخاص بكل طلمبة وعادة تكتب أيضاً على جسم الطلمبة… بأن يكتب لك الOutput كام لتر فى الساعة … وهى تعطى أقصى سرعه ضخ  وأقصى تصريف او ضخ .

وإليك مثال:
Speed% = 60%, stroke% = 80, LPH Max = 5100
LPH (Liter per hour) needed = (60/100) x (80/100) x 5100 = 2448

ونعطى مثال آخر

طلمبة أقصى معدل تصريف لها 12 لتر فى الساعة … وتم ضبط الستروك والسبيد على 50% .
فيكون ما تحقنه من لترات فى الساعة = 0.5 x 0.5 x 12 = 3 لتر فى الساعة.

مثال اخر اكثر شمولية

عندى محلول هيبوكلورايت الصوديوم تركيزه 12% . ومضخه الحقن  التى تدفعه لها أقصى معدل تصريف 12 لتر فى الساعة .
لو تم ضبط مؤشر الستروك والسبيد على الطلمبة عند 50% كما بالشكل .
وكمية المياه المراد معالجتها 83 متر مكعب فى الساعة .ماذا تتوقع من تركيز الكلورين فى المياه بعد تشغيل المضخة؟

الإجابة:
LPH (Liter per hour) needed = speed% x stroke% x LPH Max
= 0.5 x 0.5 x 12 = 3 LPH
معنى ذلك أنه بعد ضبط السبيد والستروك على 50% أن الطلمبة تضخ 3 لتر فى الساعة… وعليك أخى الكريم تحويلها إلى الكمية التى تضخ فى اليوم بدلاً من الساعة للتعويض فى المعادلة التالية التى ذكرناها من قبل لحساب تركيز المادة الكيماوية فى المياه بال ppm