دورة كيفية تشغيل وصيانة محطات المياة مع الكيمائي دسوقي الشيخ

المعالجة الأولية لمياة التحلية حقن الحامض بمحطات تحلية المياة

مكونات محطات تحلية المعالجة الاولية ( حقن الحامض )

مكونات محطة تحلية RO

تتكون أى محطة تحلية بنظام RO من ثلاث أقسام رئيسية هى :

1.المعالجة الأولية لمياه التغذية

2. وحدة RO

3.المعالجة النهائية للماء المنتج

وسوف نقوم بتناول كل قسم من هذه الأقسام بالشرح بشىء من التفصيل

أولا” : المعالجة الأولية لمياه التغذية :

ويتم خلالها معالجة مياه التغذية قبل دخولها على المحطة عن طريق حقن كيماويات بغرض تقليل مخاطر هذه المياه على مكونات المحطة ، وتتم بالمركبات الآتى بيانها بعد :

1. حقن حمض بمحطات التناضح العكسي :

يتم إستخدام حمض الكبريتيك لهذا الغرض على نطاق أوسع حيث أنه أسهل فى الحصول عليه كما أنه أرخص ، ونظرا” لإرتفاع تكلفة إنتاج المتر المكعب من المياه المحلاة فإن الإقتصاديات بالتحلية هو مؤثر معتبر ، ولكن ما هو الدور الذى يقوم به الحمض ؟ .

– ضبط قيمة PH لمياه التغذية بمحطات التناضح العكسي:

قلوية الماء قد تتكون سببا فى حدوث Scaling للأغشية مما يؤثر فى كفاءتها .. وللتخلص من هذه القلوية يتم حقن الحامض حيث :

– يقوم الحمض بإذابة جزء من قلوية الماء التى قد تكون بيكربونات ذات الصيغة ( HCO3¯ ) ، أو كربونات ذات الصيغة ( CO3¯ ¯ ) ، أو هيدروكسيدات ذات الصيغة ( OH¯ ) ، ونتيجة لذوبان جزء من هذه القلوية ينتج غاز ثانى أكسيد كربون .

– وجد أن هناك علاقة بين المتغيرات الثلاثة
( PH ، تركيز قلوية الماء Alkalinity ، تركيز ثانى أكسيد الكربون ) ، يمكن التعبير عن هذه العلاقة بالمعادلة التالية :

PH = 6.3 + log [alk] / [co2]

وهذه المعادلة تعنى ما يلى :

– أن قيمة PH ترتبط بعلاقة لوغاريتمية مع تركيز قلوية الماء ، وتركيز غاز ثانى أكسيد الكربون ، يعنى كلما قل تركيز أحدهما زاد تركيز الآخر ، يعنى عندما يقل تركيز قلوية الماء ، يزيد تركيز ثانى أكسيد الكربون ، وبالتالى تقل قيمة PH ، والعكس .

ويجب الأخذ فى الإعتبار ما يلى :

ترتبط نوعية قلوية الماء بقيمة PH للماء :
بمعنى عندما تكون قيمة 6.3 > PH يحتوى الماء على تركيزات عالية من Co2 الذى قد يتأكسد جزء منه إلى حمض الكربونيك الذى يصل بقيمة PH حتى أقل من 4.2 .

– عندما يتساوى تركيزى قلوية الماء ، ثانى أكسيد الكربون تكون قيمة PH = 6.3 ، حيث تكون قيمة الكسر alk] / [co2] = 1 ]، وتكون قيمة [ log [alk] / [ co2 = صفر ، وعندئذ تكون قيمة PH = 6.3 ، مما يعنى أن الماء يكون تام التعادل عند قيمة PH = 6.3 ، ولكن يفضل شربها عندما تزيد قلويتها قليلا” ، يعنى حول الرقم ( 7 ) ويمكن الوصول إلى هذه القيمة عندما يكون تركيز القلوية = 5 مرات تركيز ثانى أكسيد الكربون .

– عندما تكون قيمة 8.3 > PH تكون قلوية الماء ( Alkalinity ) عبارة عن البيكربونات ولهذا يتم فى الأنظمة المطلوب منها إنتاج مياه ذات أملاح منخفضة جدا يتم حقن قاعدة قبل دخول وحدة RO لرفع قيمة PH حيث أن Salt Rejection ( حجز الأملاح ) يكون أفضل فى PH الأعلى ولكن مع الحذر الشديد ألا تصل قيمة PH إلى 8.3 خوفا من حدوث ترسبات من أملاح أحد مكوناتها هى الكربونات .

– عندما تكون قيمة 8.3 ≤ PH تكون قلوية الماء هى الكربونات .

– عندما تكون قيمة PH > 11.3 تكون قلوية الماء هى الهيدروكسيدات .

بهذا الخصوص يجب أن نأخذ فى الإعتبار الجملة التالية :

hg] must be critical .

يعنى حقن الحمض يجب أن يتم بشكل مدروس ومحدد بضوابط حيث أن نقص حقنه يؤدى إلى مشكلة تكون Scaling وزيادة حقنه يؤدى إلى مشاكل ، من أهمها :

– تآكل ( Corrosion ) للأجزاء المعدنية بالمحطة ، حيث أن زيادة حقنه يؤدى إلى إنطلاق كميات كبيرة من غاز ثانى أكسيد الكربون ( CO2 ) والذى يطلق عليه غاز آكال ( Corrosive gas ) ووجد أن هناك إنخفاض كبير فى مستوى تآكل الأجزاء المعدنية بعد تثبيت محابس تنفيس هواء( Air Vents) بعد نقطة حقن Acid وذلك لقيامه بالتخلص من غاز ثانى أكسيد الكربون ،

وسيتم إن شاء الله بتوسع الحديث عن موضوع التآكل ، وأنواعه ، وطرق مقاومته فى حينه .

– كما أن من مشاكل زيادة جرعة حقن الحامض هو زيادة تركيز الشق الخاص به فى الماء ، يعنى زيادة جرعة حقن حامض الكبريتيك يزيد من تركيز أيون الكبريتات فى الماء ، وزيادة جرعة حقن حامض الهيدروكلوريك يزيد من تركيز أيونات الكلوريدات بالماء ، وكلاهما ( الكبريتات والكلوريدات قد تكون هى نفسها سببا” فى حدوث Scaling .

– كما أن من مشاكل زيادة جرعة حقن الحامض هو إنطلاق غاز ثانى أكسيدالكربون بكميات كبيرة تتناسب مع معدلات حقن الحامض مما يجعل ماء التغذية حامضيا بشكل مبالغ فيه و لإعادة الماء المنتج إلى تعادله يلزم حقن قلوى بكميات كبيرة تتناسب مع كمية غاز ثانى أكسيد الكربون المنطلق ، أو إستخدام Degasifier على نطاق أوسع مما يزيد تكلفة التشغيل .

دى كانت أول مهمة للحامض فى المعالجة الأولية لمياه التغذية .

من وظائف الحامض إذابة قلوية ماء التغذية .. والذى يظهر تأثيره بهذا الخصوص فى تأثيره فى قيمة PH للماء ، وفى هذا السياق أيضا” يمكن إستخدام الحامض كمانع ترسيب لملح كربونات الكالسيوم :

Anti Scalant For Calcium Carbonate Scaling ( CaCO3 )

ويمكن إعتبار ما سيتم طرحه فى هذا الجزء يقع ضمن
تصميم نظام الحقن الكيميائى بالمحطة

( Chemical System Design )

هناك محدد لحقن الحامض لهذا الغرض .. يختلف بإختلاف نوع مياه التغذية كما يلى :

– فإذا كانت مياه التغذية Brackish Water فإن هذا المحدد يطلق عليه Langelier Saturation Index والذى يختصر إلى ( LSI ) .

– أما إذا كانت Sea Water فإن هذا المحدد يطلق عليه Stiff & Davis Stability Index والذى يختصر إلى ( S &DSI ) .

يلزم لحسابات كليهما وجود تحليل كيميائى كامل لماء التغذية

( Complete Feed Analysis) .

كلاهما إذا كانت قيمتهما أصغر من الصفر فلن يكون هناك تخوف من ترسب كربونات الكالسيوم ، والآن ننتقل إلى طريقة حساب كليهما .

طريقة حساب( Langelier Saturation Index ( LSI :

البيانات المطلوبة للحسابات :

Caf

تركيز أيون الكالسيوم فى مياه التغذية مقاسا بوحدة mg / l as ca co3 وللتحويل من وحدة mg / l إلى وحدة mg / l as caco3 نضرب فى 2.495 .

TDS

ملوحة ماء التغذية بوحدةmg / l

Alkf

تركيز قاعدية ماء التغذية بوحدة mg / l as CaCO3 وللتحويل

من وحدة mg / l إلى وحدة mg / l as CaCO3 نضرب × 0.819 لو كانت قلوية الماء على هيئة بيكربونات ،
أما إذا كانت على هيئة كربونات نضرب × 1.666 .

PHf

PH الخاص بماء التغذية

درجة حرارة ماء التغذية .

نسبة الإستفادة كقيمة عشرية ( Recovery as decimal )

طريقة حساب Langelier Saturation Index بمحطات المياه :

LSI c = PH c – PH s

– حيث أن ( PH c )
هو عبارة عن PH للمياه الشديدة التركيز
(Concentrated ( Brine PH هو عبارة ( PHs ) –

لمياه (Concentrated ( Brine عندما يحدث لها تشبع بملح كربونات الكالسيوم ، وتتم الحسابات كالتالى :

أولا” : حساب قيمة PH c :

– نحسب تركيز أيون الكالسيوم فى المياه الشديدة التركيز ( Ca c ) مقاسا بوحدة mg / l as CaCO3 وذلك بمعرفة تركيزه فى ماء التغذية ، وذلك بإستخدام معامل التركيز Concentration Factor الذى تم دراسته بالجزء الخاص بمصطلحات التحلية .

Ca c = Ca f × 1 / (1-y )

– بنفس الطريقة نحسب تركيز قلوية ( Alk c ) مقاسة بوحدة

mg / l as CaCO3 .

Alk c = Alk f × 1 / (1-y )

– نحسب تركيز غاز ثانى أكسيد الكربون فى مياه Brine عن طريق فرض أن قيمتها تساوى قيمتها فى ماء التغذية

CO2 c = CO2 f

نوجد النسبة بين تركيز القلوية ، وتركيز غاز ثانى أكسيد الكربون فى مياه الريجيكت [ Alk ] / [ CO2 ] ومنها يمكن الحصول على قيمة PH c من الرسم البيانى الخاص بها ( المرفق التالى ) .
حسابات محطات المياه

Langelier Saturation Index

كمحدد لحقن Acid لكى يقوم بدور Anti Scalent خاص بكربوبونات الكالسيوم .. ننتقل إلى طريقة حساب المكون الثانى للعلاقة :

ثانيا” : حساب قيمة PH s :

PH s = Pca + Palk + C

– نحسب TDS c عن طريق معرفة قيمتها بماء التغذية وباستخدام معامل التركيز كما يلى بوحدة mg / l :

TDS c = TDS f × 1 / (1-y )

– نحسب Pca كدالة فى Ca c ، ونحسب Palk كدالة فى alk c الذى سبق حسابهما .. وذلك عن طريق Chart الخاص بهما

– نحسب قيمة C كدالة فى TDS c ، Temp c مع فرض أن قيمة حرارة المياه الشديدة التركيز = درجة حرارة مياه التغذية وذلك أيضا” من نفس Chart ( المرفق التالى ) .

نطبق المعادلة :

PH s = Pca + Palk + C

ثم المعادلة :

LSI c = PH c – PH s

– إذا كانت LSI c أصغرمن الصفر فلن يكون هناك تخوف من ترسب كربونات الكالسيوم .

– أما إذا كانت أكبر من الصفر فسوف يحدث Scaling من كربونات الكالسيوم ، ولضبط قيمتها يمكن إتباع مايلى :

1. خفض قيمة Recovery .

2. إختزال تركيز أيونات الكالسيوم فى مياه التغذية بإستعمال Resin .

3. حقن الحامض ،

ولإعادة الحسابات بعد إضافة الحامض يمكن إستخدام المعادلات الآتية حسب نوع الحامض المستخدم :

فإذا تم إستخدام حامض الكبريتيك نستخدم هذه العلاقة :

(Alk ac ) / (Co2 ac ) = (Alk f – 1.02 x ) / (Co2 f + 0.9 x )

حيث أن x هى جرعة حقن حمض الكبريتيك .

أما إذا تم إستخدام حامض الهيدروكلوريك نستخدم هذه العلاقة :

(Alk ac ) / (Co2 ac ) = (Alk f – 1.37 y ) / (Co2 f + 1.21 y )

حيث أن y هى جرعة حقن حمض الهيدروكلوريك .

ac هى إختصار لكلمة acidified يعنى القيمة بعد إضافة الحامض .

ننتقل إلى S & DSI c كمحد لمياه sea water .

Stiff & Davis Stability Index ( S& DSI )-

نستخدم العلاقة بنفس الشكل السابق : S & DSI c = PH c – PH s

أولا” حساب PH c :

– نفس الطريقة السابقة ، ويتم الحصول على قيمتها من نفس الرسم البيان الخاص به .

– ثانيا” حساب PH s :

PH s = Pca + Palk + K

نحسب Pca كدالة فى تركيز الكالسيوم فى مياه Brine ، ونحسب Palk كدالة فى تركيز Alkalinity فى مياه Brine من Chart التالى :

توقفنا فى الجزء السابق عند حساب Pca , Palk عند حساب PH s أحد مكوناتS&DSI

ويتبقى لدينا حساب K الثابت الواقع ضمن نفس العلاقة :

ثالثا” حساب K :

وجد أن هذا الثابت ( K ) يعتمد على مايلى :

1. Brine Ionic Strength ( قوة الشد الأيونية للمياه الشديدة التركيز ) .

2.Temp .

ولحساب ( Brine Ionic Strength ( I c نتبع الخطوات التالية :

1. نحسب أولا( Feed Ionic Strength ( I f من العلاقة التالية :

If = 1/2 ∑▒〖m¯ Z²〗

حيث m¯ تركيز الأيونات السبعة التى تتواجد معظم الأملاح على صورها وهى :

أربعة أيونات موجبة ( كاتيونات ) وهى الصوديوم ( Na+) ، البوتاسيوم ( K+ ) ( ، الكالسيوم ( Ca ++ ) والماغنسيوم ( Mg++) .

ثلاثة أيونات سالبة ( أنيونات ) وهى الكلوريدات ( Cl¯ ) ، الكبريتات (SO4¯¯ ) وقلوية الماء ، إذا كانت كربونات ( CO3¯¯ ) أو بيكربونات

( HCO3¯) ،

وهذا التركيز بالنسبة للأيونات السبعة المشار إليهم يتم حسابه بــــ Molarity ، أو Molality والتى يمكن حسابها من العلاقة :

Molarity =C ion( mg/l) / (1000×MW)

– حيث C ion تشير إلى قيمة أو تركيز الأيون بماء التغذية بوحدة mg / l .

( Molecular Weight ) تشير إلى الوزن الجزيئ للأيون MW

Z² مربع تكافؤ الأيونات السالبة والموجبة

البيان التالى يوضح البيانات المطلوبة لهذه الحسابات

حساب الثابت K الذى يتوقف على

Brine Ionic Strength

ودرجة الحرارة ، وتوقفنا فى الجزء السابق عند حساب Feed Ionic Strength ثم عن طريق ضرب قيمتها فى Concentration Factor يمكن الحصول على Brine Ionic Strength ، ومعلومية درجة حرارة الماء يمكن الحصول على K من Chart التالى :

إستطعنا أن نحصل على قيمة الثابت K , وعليه نقوم بحساب :

PHs = Pca + Palk + k

التى من خلالها نستطيع حساب قيمة PH لمياه Brine عندما يكون مشبعا بملح كربونات الكالسيوم

ثم نقوم بالتعويض فى معادلة Stiff & Davis Stability Index , كما يلى :

S&D SI = PHc – PHs

– إذا كانت S & DSI c أصغر من صفر فلن يكون هناك تخوف من ترسب كربونات الكالسيوم ، أما إذا كانت أكبر من الصفر فسوف يحدث Scaling من كربونات الكالسيوم ، ولضبط قيمتها يمكن إتباع مايلى :

1 . خفض قيمة Recovery .

2. إختزال تركيز أيونات الكالسيوم وقلوية مياه التغذية .

3. حقن الحامض

وبهذا نكون قد إنتهينا من ثانى وظيفة من وظائف الحمض وهى أنه يعمل كـ Anti Scalant لمنع ترسب ملح كربونات الكالسيوم وننتقل الآن إلى شرح باقى وظائف الحمض

ومن وظائف الحامض أيضا” :

– إيقاف تكوين Fouling الذى تسببه العناصر الإنتقالية مثل الحديد والمنجنيز :

يجب العلم أن العناصر الإنتقالية ( Transition Metals ) هى عناصر يمكن أن يكون لها أكثر من تكافؤ وقد سميت بهذا الإسم لأنها تنتقل من تكافؤ إلى آخر إذا توفرت شروط حدوث ذلك .

العناصر الإنتقالية ومن أمثلتها الحديد والمنجنيز تخرج مع مياه الآبار فى الصورة المختزلة Reduced ) Divalent )
يعنى فى الصورة (++ Fe ) ، ( ++Mn ).

لو دخلت هذه العناصر إلى المحطة وخرجت منها وهى فى الصورة المختزلة حتى ولو كانت بتركيزات عالية تصل إلى 4 ppm فليس هناك مشكلة ، ولكن المشكلة أن تتأكسد الصورة الثنائية Divalent إلى الصورة الثلاثية Trivalent ، يعنى أن المشكلة تكمن فى تأكسد

(Fe ++) ، ( Mn++ )

إلى

( Fe+++ ) ، ( Mn+++ ) ،

وهذين الأخيرين نتيجة وجودهما فى الماء فإنها تكون هيدروكسيد الحديديك والذى يطلق عليه صدأ الحديد ، وهيدروكسيد المنجنيز اللذين يقومان بعمل Fouling على أسطع الأغشية طبقا” للمعادلات التالية :

Fe++→ Fe+++ →Fe ( OH )3

Mn++ → Mn+++→Mn ( OH )3

حدوث الأكسدة المشار إليها تقل إمكانية حدوثها فى PH المنخفض .. تلك التى يوفرها حقن الحامض ، وبالتالى تقل إمكانية تكون هيدروكسيدات الحديد والمنجنيز .. وبالتالى تقل إحتمالية تكون Fouling من هذه الهيدروكسيدات .

دى كانت نبذة مختصرة عن مهام الحامض

تحميل كتب معالجة المياة دسوقي الشيخ