تطبيق مبخرات MVR في معالجة المياه العادمة عالية الملوحة

تنتج مياه الصرف عالية الملوحة عن مجموعة واسعة من المصادر؛ إذ تُولِّد صناعات مثل الكيماويات والمستحضرات الصيدلانية كميات كبيرة من مياه الصرف العضوية شديدة الملوحة وعالية التركيز أثناء عمليات الإنتاج. وتتسم هذه المخلفات بتعقيد كيميائي، مع ارتفاع نسبة الأملاح وتركيزات عالية من المواد العضوية، مما يجعل المعالجة البيولوجية المباشرة لها أمراً صعباً. على سبيل المثال، تنشأ مياه الصرف الناتجة عن إنتاج غلوتامات أحادي الصوديوم (MSG) أساساً من محلول التخمير المتبقي بعد استخلاص الغلوتامات، ومن المحلول الأم الذي يُتخلص منه عقب عملية التركيز والتبلور، بالإضافة إلى مياه الغسل والتطهير المختلفة. وفي العادة، يُطلق ما بين 15 إلى 25 طناً من مياه الصرف لكل طن من الغلوتامات المنتجة، وهي تحتوي على أملاح غير عضوية، ومواد مضادة للرغوة، وأصباغ، وحمض اليوريا، وأنواع متعددة من الأحماض العضوية، وأقل من 1% من الأحماض الأمينية الأخرى. أما مياه الصرف الكحولي المستخلصة من الدبس فتنشأ خلال عملية تخمير الدبس—وهو منتج ثانوي لمصانع السكر—لإنتاج الإيثانول. وبعد التقطير، يُفرَغ ما يُسمّى بالـ«ستيلاج»، الذي يحتوي على الكحول، في صورة مياه صرف. وعند تصريف هذه المخلفات في المسطحات المائية، فإنها تستنزف الأكسجين الذائب، وتُضعف جودة المياه، وتؤدي إلى تدهور كبير في القيمة الإيكولوجية والنفعية للبيئات المائية. ومن بين ملوثات المياه الصناعية، يشكّل «السائل الأسود» الناتج عن صناعة الورق حصةً كبيرة. وفي الوقت الراهن، لا تلجأ سوى عدد قليل من مصانع لبّ الكرافت الكبرى إلى تقنيات لتركيز هذا السائل وحرقه بغرض استعادة القلويات؛ في المقابل، تُفرغ معظم المصانع السائل الأسود غير المعالج مباشرةً في الأنهار والجداول، مما يؤدي إلى تلوث واسع النطاق.
تستلزم التأثيرات البيئية المرتبطة بمياه الصرف ذات التدفق المنخفض والملوحة العالية إزالة الملوثات من هذه المياه. وتشمل الأساليب الشائعة لمعالجة مثل هذه المياه: المعالجة الحيوية باستخدام بكتيريا متحملة للملوحة، والتبخير والتركيز عبر المبخرات التقليدية، وتحلية المياه باستخدام تقنيات الأغشية، والتحلية الكهروكيميائية. غير أن الآثار السمية والتثبيطية الناجمة عن الملوحة العالية تفرض تحديات كبيرة على العمليات الحيوية؛ كما أن أنظمة التبخير التقليدية تتميز بتكاليف تشغيل مرتفعة وكفاءة طاقة منخفضة؛ فيما تُعدّ الأنظمة القائمة على الأغشية باهظة التكلفة، عرضة للتلطخ والتلوث، وتنتج مياهًا مالحة مركزة يصعب التعامل معها؛ أما التحليل الكهربائي فغالبًا ما يُظهر عدم جدوى بسبب وجود المركبات العضوية. وعليه، تُظهر أساليب معالجة مياه الصرف التقليدية قيودًا ملحوظة، إذ تتطلب ظروفًا تشغيلية صارمة، وتكاليف عالية، ولا تنجح في إزالة الأملاح، وتؤدي إلى نتائج غير مُرضية. ونتيجةً لذلك، باتت معالجة هذه النوعية من مياه الصرف وإصلاحها بشكل متقدم إحدى الأولويات البحثية الرئيسية في مجال حماية البيئة.
باستخدام التكنولوجيا البشرية الحالية، يُعدّ استخدام مبخر MVR النهج الأكثر فعالية لمعالجة مياه الصرف عالية الملوحة. إذ تستطيع معدات التبخير من نوع MVR فصل الأملاح ومعالجتها في شكل صلب، مما يحقق نتائج منخفضة الانبعاثات، بينما يمكن استعادة البلورات الصلبة الناتجة وإعادة استخدامها.
يتكوّن المبخر من نوع MVR من ضاغط البخار، وممبادل حراري لوحي، ومبادل حراري، ومبخر، وفاصل غاز–سائل، ومحوّل بلوري. يُعدّ ضاغط البخار العنصر الأساسي في نظام التبخير من نوع MVR. كما أن هذا النظام مزوّد ببرنامج تحكم PLC آلي بالكامل، مما يلغي الحاجة إلى التشغيل اليدوي. وتتميّز هذه التقنية بمزايا واضحة في معالجة مياه الصرف عالية الملوحة، تشمل تبخيرًا فعّالًا، وبلورةً ناجعة، وتوفيرًا كبيرًا للطاقة. ويقوم مبدأ التشغيل على النحو التالي: يدخل السائل المُغذّي عبر مدخل المبخر، ويُسخَّن مسبقًا إلى درجة الحرارة المطلوبة في المبادل الحراري اللوحي، ثم يُضخّ بواسطة مضخة التغذية إلى المبادل الحراري لإجراء مزيد من التبادل الحراري. بعد ذلك، يمرّ عبر فاصل الغاز–السائل لفصل البخار عن السائل؛ حيث يُوجَّه البخار إلى ضاغط البخار، بينما يُعاد تدوير تيار السائل بواسطة مضخة الدوران القسري إلى المبادل الحراري. وبعد عملية الدوران، يُصرَف السائل المُركَّز بواسطة مضخة التركيز. وفي الوقت نفسه، يُضخّ المكثّف الناتج من المبادل الحراري بواسطة مضخة المكثّف إلى المبادل الحراري اللوحي لإعادة تسخينه في دورة مغلقة.
تكمن التقنيات الأساسية لنظام التبخير والتبلور بنظام MVR في ضاغط البخار، ومبخر–مبلّر MVR، وأنظمة التحكم الآلي.
مخطط MVR:

يتمثل مبدأ توفير الطاقة في نظام MVR في:
(1) يُستخدم التسخين الكهربائي بدلًا من التسخين بالبخار النقي، مع استهلاك منخفض للطاقة؛
(2) يُضغط البخار الثانوي الناتج أثناء التبخير ويُستفاد منه بالكامل؛
(3) خسائر منخفضة في البخار داخل النظام؛
(4) تُستخدم الحرارة المهدرة الناتجة عن المكثف والسائل المركز لإجراء تبادل حراري مع محلول التغذية.
(5) يُستخدم الغاز غير القابل للتكثيف في التبادل الحراري مع السائل الأصلي؛
(6) يستخدم محرك الضاغط نظام التحكم في السرعة بتواتر متغير.
ميزات نظام MVR:
(1) طاقة نظيفة، كفاءة حرارية عالية، استهلاك منخفض للطاقة، وتلوث ضئيل.
(2) تحقق مياه الصرف الصناعي مستويات «انبعاث منخفض» تتوافق مع المعايير الوطنية للانبعاثات.
(3) تكامل متعدد الوظائف، مما يقلل من تكاليف التصنيع.
(4) يتمتع بنطاق واسع من التطبيق على المواد التي تنتظر المعالجة.
(5) التبخر عند درجات حرارة منخفضة والتبخر عند درجة حرارة الغرفة (غير قياسي، ولا يستند إلى مبادئ تصميم أوعية الضغط).
(6) يمكنه تصريف المواد بشكل مستمر أو متقطع. يتميز بدرجة عالية من الأتمتة وتكاليف تشغيل منخفضة.
(7) درجة عالية من الأتمتة وتكاليف تشغيل منخفضة.
(8) حجم صغير وتنقل عالٍ.
الجدوى الاقتصادية لتقنية MVR:
مقارنة التكلفة لكل طن من المياه المتبخرة
(استنادًا إلى البخار بسعر 200 يوان صيني للطن والكهرباء بسعر 0.7 يوان صيني لكل كيلوواط ساعة)

الكلمات المفتاحية:
معلومات أخرى
تطبيقات ضواغط البخار عالية السرعة ذات الدفع المباشر من توربوفاب في قطاعات صناعية متعددة