عمليات معالجة المياه الصناعية والتطبيقات الكيميائية
خلفية
مع التطور السريع للصناعة، تتزايد أهمية معالجة المياه في مختلف عمليات الإنتاج الصناعي. فهي ليست مجرد حلقة وصل مهمة لضمان سير العمليات بسلاسة، بل هي أيضًا إجراء أساسي لتلبية متطلبات اللوائح البيئية والتنمية المستدامة.
نوع معالجة المياه
| نوع معالجة المياه | الغرض الرئيسي | أهداف العلاج الرئيسية | العمليات الرئيسية. |
| معالجة المياه الخام | تلبية متطلبات المياه المنزلية أو الصناعية | مصدر المياه الطبيعية | الترشيح، الترسيب، التخثر. |
| معالجة مياه العمليات | تلبية متطلبات العملية المحددة | مياه العمليات الصناعية | التليين، تحلية المياه، إزالة الأكسجين. |
| معالجة مياه التبريد المتداولة | ضمان التشغيل الطبيعي للمعدات | مياه التبريد المتداولة | علاج الجرعات. |
| معالجة مياه الصرف الصحي | حماية البيئة | مياه الصرف الصناعي | المعالجة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. |
| معالجة المياه المعاد تدويرها | تقليل استهلاك المياه العذبة | المياه المستعملة | مشابهة لمعالجة مياه الصرف الصحي. |
المواد الكيميائية المستخدمة بشكل شائع لمعالجة المياه
| فئة | المواد الكيميائية المستخدمة بشكل شائع | وظيفة |
| عامل التخثر | PAC، PAM، PDADMAC، بوليامينات، كبريتات الألومنيوم، إلخ. | إزالة المواد الصلبة العالقة والمواد العضوية |
| المطهرات | مثل TCCA، SDIC، الأوزون، ثاني أكسيد الكلور، هيبوكلوريت الكالسيوم، إلخ. | يقتل الكائنات الحية الدقيقة في الماء (مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات والطفيليات الأولية) |
| منظم درجة الحموضة | حمض الأمينوسلفونيك، NaOH، الجير، حمض الكبريتيك، الخ. | تنظيم درجة حموضة الماء |
| مزيلات أيونات المعادن | EDTA، راتنج التبادل الأيوني | إزالة أيونات المعادن الثقيلة (مثل الحديد والنحاس والرصاص والكادميوم والزئبق والنيكل وما إلى ذلك) وأيونات المعادن الضارة الأخرى الموجودة في الماء |
| مثبط الترسبات | الفوسفات العضوية، أحماض الكربوكسيل الفوسفورية العضوية | يمنع تكوّن الترسبات الكلسية بواسطة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، كما يُزيل أيونات المعادن. |
| مزيل الأكسدة | كبريتيت الصوديوم، هيدرازين، الخ. | إزالة الأكسجين المذاب لمنع تآكل الأكسجين |
| عامل التنظيف | حمض الستريك، حمض الكبريتيك، حمض الأمينوسلفونيك | إزالة الترسبات والشوائب |
| المؤكسدات | الأوزون، بيرسلفات، كلوريد الهيدروجين، بيروكسيد الهيدروجين، الخ. | التطهير وإزالة الملوثات وتحسين نوعية المياه، وما إلى ذلك. |
| مُليّنات | مثل الجير وكربونات الصوديوم. | يزيل أيونات الصلابة (أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم) ويقلل من خطر تكوين الترسبات الكلسية |
| مزيلات الرغوة/مضاد الرغوة | قمع أو القضاء على الرغوة | |
| إزالة | هيبوكلوريت الكالسيوم | إزالة NH₃-N من مياه الصرف الصحي لجعلها تلبي معايير التصريف |
المواد الكيميائية لمعالجة المياه التي يمكننا توفيرها:
تُشير معالجة المياه الصناعية إلى عملية معالجة المياه الصناعية ومياه تصريفها بالطرق الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية وغيرها. وتُعدّ معالجة المياه الصناعية جزءًا لا يتجزأ من الإنتاج الصناعي، وتتجلى أهميتها في الجوانب التالية:
1.1 ضمان جودة المنتج
إزالة الشوائب الموجودة في الماء مثل الأيونات المعدنية والمواد الصلبة العالقة وما إلى ذلك لتلبية احتياجات الإنتاج وضمان جودة المنتج.
منع التآكل: يمكن للأكسجين المذاب وثاني أكسيد الكربون وما إلى ذلك في الماء أن يتسبب في تآكل المعدات المعدنية ويقصر من عمر المعدات.
التحكم في الكائنات الحية الدقيقة: يمكن للبكتيريا والطحالب والكائنات الحية الدقيقة الأخرى الموجودة في الماء أن تسبب تلوث المنتج، مما يؤثر على جودة المنتج والسلامة الصحية.
1.2 تحسين كفاءة الإنتاج
تقليل وقت التوقف عن العمل: يمكن أن يؤدي معالجة المياه المنتظمة إلى منع تراكم الترسبات والتآكل في المعدات بشكل فعال، وتقليل تكرار صيانة المعدات واستبدالها، وبالتالي تحسين كفاءة الإنتاج.
تحسين ظروف العملية: من خلال معالجة المياه، يمكن الحصول على جودة المياه التي تلبي متطلبات العملية لضمان استقرار عملية الإنتاج.
1.3 خفض تكاليف الإنتاج
توفير الطاقة: من خلال معالجة المياه، يمكن تقليل استهلاك الطاقة للمعدات وتوفير تكاليف الإنتاج.
منع الترسب: ستشكل أيونات الصلابة مثل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء ترسبات تلتصق بسطح الجهاز وتقلل من كفاءة توصيل الحرارة.
إطالة عمر المعدات: تقليل التآكل والتكلس في المعدات، وإطالة عمر خدمة المعدات، وتقليل تكاليف استهلاك المعدات.
تقليل استهلاك المواد: من خلال معالجة المياه، يمكن تقليل هدر المبيدات الحيوية وخفض تكاليف الإنتاج.
تقليل استهلاك المواد الخام: من خلال معالجة المياه، يمكن استعادة المواد الخام المتبقية في السائل العادم وإعادتها إلى الإنتاج، وبالتالي تقليل هدر المواد الخام وخفض تكاليف الإنتاج.
1.4 حماية البيئة
تقليل انبعاثات الملوثات: بعد معالجة مياه الصرف الصناعي، يمكن تقليل تركيز انبعاثات الملوثات وحماية البيئة المائية.
تحقيق إعادة تدوير موارد المياه: من خلال معالجة المياه، يمكن إعادة تدوير المياه الصناعية ويمكن تقليل الاعتماد على موارد المياه العذبة.
1.5 الامتثال للوائح البيئية
تلبية معايير الانبعاثات: يجب أن تلبي مياه الصرف الصناعي معايير الانبعاثات الوطنية والمحلية، وتعد معالجة المياه وسيلة مهمة لتحقيق هذا الهدف.
باختصار، لا تقتصر معالجة المياه الصناعية على جودة المنتج وكفاءة الإنتاج فحسب، بل تشمل أيضًا الفوائد الاقتصادية وحماية البيئة للمؤسسات. فمن خلال معالجة المياه بطريقة علمية ومعقولة، يمكن تحقيق الاستخدام الأمثل للموارد المائية، وتعزيز التنمية المستدامة للصناعة.
تغطي معالجة المياه الصناعية مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك صناعات الطاقة والكيميائية والصيدلانية والمعادن والأغذية والمشروبات، وما إلى ذلك. وعادة ما يتم تخصيص عملية المعالجة وفقًا لمتطلبات جودة المياه ومعايير التصريف.
2.1 المواد الكيميائية ومبادئ معالجة المياه الداخلة (المعالجة الأولية للمياه الخام)
تشمل المعالجة الأولية للمياه الخام في معالجة المياه الصناعية بشكل رئيسي الترشيح الأولي، والتخثر، والتكتل، والترسيب، والتعويم، والتطهير، وضبط درجة الحموضة (pH)، وإزالة أيونات المعادن، والترشيح النهائي. تشمل المواد الكيميائية الشائعة الاستخدام ما يلي:
المواد المسببة للتخثر والتجلط: مثل PAC، PAM، PDADMAC، البوليامينات، كبريتات الألومنيوم، الخ.
الملينات: مثل الجير وكربونات الصوديوم.
المطهرات: مثل TCCA، SDIC، هيبوكلوريت الكالسيوم، الأوزون، ثاني أكسيد الكلور، إلخ.
منظمات درجة الحموضة: مثل حمض الأمينوسلفونيك، وهيدروكسيد الصوديوم، والجير، وحمض الكبريتيك، وما إلى ذلك.
مزيلات أيونات المعادن EDTA، راتينج التبادل الأيوني وما إلى ذلك،
مثبطات الترسب: الفوسفات العضوية، والأحماض الكربوكسيلية الفوسفورية العضوية، وما إلى ذلك.
المواد الماصة: مثل الكربون المنشط، والألومينا المنشط، وما إلى ذلك.
إن الجمع بين هذه المواد الكيميائية واستخدامها يمكن أن يساعد في معالجة المياه الصناعية على إزالة المواد العالقة والملوثات العضوية والأيونات المعدنية والكائنات الحية الدقيقة في الماء بشكل فعال، وضمان أن جودة المياه تلبي احتياجات الإنتاج، وتقليل عبء المعالجة اللاحقة.
2.2 المواد الكيميائية ومبادئ معالجة مياه العمليات
تشمل معالجة مياه العمليات في قطاع المياه الصناعية بشكل رئيسي المعالجة الأولية، والتنقية، وإزالة الأكسدة، وإزالة الحديد والمنغنيز، وتحلية المياه، والتعقيم، والتطهير. تتطلب كل خطوة مواد كيميائية مختلفة لتحسين جودة المياه وضمان التشغيل السليم لمختلف المعدات الصناعية. تشمل المواد الكيميائية الشائعة ما يلي:
| المواد المسببة للتخثر والمخثرات: | مثل PAC، PAM، PDADMAC، البوليامينات، كبريتات الألومنيوم، الخ. |
| المُليّنات: | مثل الجير وكربونات الصوديوم. |
| المطهرات: | مثل TCCA، SDIC، هيبوكلوريت الكالسيوم، الأوزون، ثاني أكسيد الكلور، إلخ. |
| منظمات الرقم الهيدروجيني: | مثل حمض الأمينوسلفونيك، وهيدروكسيد الصوديوم، والجير، وحمض الكبريتيك، وما إلى ذلك. |
| مزيلات الأيونات المعدنية: | EDTA، راتنج التبادل الأيوني |
| مثبط الترسب: | الفوسفات العضوية، والأحماض الكربوكسيلية الفوسفورية العضوية، وما إلى ذلك. |
| المواد الماصة: | مثل الكربون المنشط، والألومينا المنشط، وما إلى ذلك. |
يمكن لهذه المواد الكيميائية تلبية الاحتياجات المختلفة لمياه العملية من خلال مجموعات مختلفة من عمليات معالجة المياه، وضمان أن جودة المياه تلبي معايير الإنتاج، وتقليل مخاطر تلف المعدات، وتحسين كفاءة الإنتاج.
2.3 المواد الكيميائية ومبادئ معالجة مياه التبريد الدائرية
تُعد معالجة مياه التبريد الدائرية جزءًا بالغ الأهمية من معالجة المياه الصناعية، وخاصةً في معظم المنشآت الصناعية (مثل المصانع الكيميائية، ومحطات الطاقة، ومصانع الصلب، وغيرها)، حيث تُستخدم أنظمة مياه التبريد على نطاق واسع في معدات وعمليات التبريد. وتُعد أنظمة مياه التبريد الدائرية عرضة للترسبات والتآكل ونمو الميكروبات وغيرها من المشاكل بسبب حجمها الكبير ودورانها المتكرر. لذلك، يجب استخدام طرق معالجة مياه فعالة للسيطرة على هذه المشاكل وضمان استقرار تشغيل النظام.
تهدف معالجة مياه التبريد الدائرية إلى منع الترسبات والتآكل والتلوث البيولوجي في النظام، وضمان كفاءة التبريد. راقب المعايير الرئيسية لمياه التبريد (مثل الرقم الهيدروجيني، والصلابة، والعكارة، والأكسجين المذاب، والكائنات الدقيقة، إلخ) وحلل مشاكل جودة المياه لتحديد المعالجة المناسبة.
| المواد المسببة للتخثر والمخثرات: | مثل PAC، PAM، PDADMAC، البوليامينات، كبريتات الألومنيوم، الخ. |
| المُليّنات: | مثل الجير وكربونات الصوديوم. |
| المطهرات: | مثل TCCA، SDIC، هيبوكلوريت الكالسيوم، الأوزون، ثاني أكسيد الكلور، إلخ. |
| منظمات الرقم الهيدروجيني: | مثل حمض الأمينوسلفونيك، وهيدروكسيد الصوديوم، والجير، وحمض الكبريتيك، وما إلى ذلك. |
| مزيلات الأيونات المعدنية: | EDTA، راتنج التبادل الأيوني |
| مثبط الترسب: | الفوسفات العضوية، والأحماض الكربوكسيلية الفوسفورية العضوية، وما إلى ذلك. |
| المواد الماصة: | مثل الكربون المنشط، والألومينا المنشط، وما إلى ذلك. |
تساعد هذه المواد الكيميائية وطرق المعالجة على منع الترسبات والتآكل والتلوث الميكروبي، وضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل لنظام مياه التبريد، وتقليل تلف المعدات واستهلاك الطاقة، وتحسين كفاءة النظام.
2.4 المواد الكيميائية ومبادئ معالجة مياه الصرف الصحي
يمكن تقسيم عملية معالجة مياه الصرف الصناعي إلى عدة مراحل وفقًا لخصائص مياه الصرف وأهداف المعالجة، وتشمل بشكل رئيسي المعالجة الأولية، وتحييد الأحماض والقواعد، وإزالة المواد العضوية والمواد الصلبة العالقة، والمعالجة المتوسطة والمتقدمة، والتطهير والتعقيم، ومعالجة الحمأة، ومعالجة المياه المعاد تدويرها. تتطلب كل مرحلة استخدام مواد كيميائية مختلفة لضمان كفاءة ودقة عملية معالجة مياه الصرف.
تنقسم معالجة مياه الصرف الصناعي إلى ثلاث طرق رئيسية: الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية، وذلك من أجل تلبية معايير الانبعاثات والحد من التلوث البيئي.
الطريقة الفيزيائية:الترسيب، الترشيح، التعويم، الخ.
الطريقة الكيميائية:التحييد، الأكسدة والاختزال، الترسيب الكيميائي.
الطريقة البيولوجية:طريقة الحمأة المنشطة، المفاعل الحيوي الغشائي (MBR)، إلخ.
تشمل المواد الكيميائية الشائعة ما يلي:
| المواد المسببة للتخثر والمخثرات: | مثل PAC، PAM، PDADMAC، البوليامينات، كبريتات الألومنيوم، الخ. |
| المُليّنات: | مثل الجير وكربونات الصوديوم. |
| المطهرات: | مثل TCCA، SDIC، هيبوكلوريت الكالسيوم، الأوزون، ثاني أكسيد الكلور، إلخ. |
| منظمات الرقم الهيدروجيني: | مثل حمض الأمينوسلفونيك، وهيدروكسيد الصوديوم، والجير، وحمض الكبريتيك، وما إلى ذلك. |
| مزيلات الأيونات المعدنية: | EDTA، راتنج التبادل الأيوني |
| مثبط الترسب: | الفوسفات العضوية، والأحماض الكربوكسيلية الفوسفورية العضوية، وما إلى ذلك. |
| المواد الماصة: | مثل الكربون المنشط، والألومينا المنشط، وما إلى ذلك. |
ومن خلال الاستخدام الفعال لهذه المواد الكيميائية، يمكن معالجة مياه الصرف الصناعي وتصريفها وفقًا للمعايير، بل وحتى إعادة استخدامها، مما يساعد على تقليل التلوث البيئي واستهلاك موارد المياه.
2.5 المواد الكيميائية ومبادئ معالجة المياه المعاد تدويرها
معالجة المياه المعاد تدويرها هي طريقة لإدارة موارد المياه، تُعيد استخدام مياه الصرف الصناعي بعد معالجتها. مع تزايد نقص موارد المياه، اعتمدت العديد من القطاعات الصناعية إجراءات معالجة المياه المعاد تدويرها، مما لا يقتصر على توفير موارد المياه فحسب، بل يُقلل أيضًا من تكلفة المعالجة والتصريف. يكمن سر معالجة المياه المعاد تدويرها في إزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي، بحيث تُلبي جودة المياه متطلبات إعادة الاستخدام، وهو ما يتطلب دقة معالجة عالية وتقنيات متطورة.
تتضمن عملية معالجة المياه المعاد تدويرها بشكل أساسي الخطوات الرئيسية التالية:
المعالجة المسبقة:إزالة الجزيئات الكبيرة من الشوائب والشحوم، باستخدام PAC، وPAM، وما إلى ذلك.
ضبط الرقم الهيدروجيني:لضبط درجة الحموضة، تشمل المواد الكيميائية المستخدمة عادة هيدروكسيد الصوديوم، وحمض الكبريتيك، وهيدروكسيد الكالسيوم، وما إلى ذلك.
العلاج البيولوجي:إزالة المواد العضوية، ودعم التحلل الميكروبي، واستخدام كلوريد الأمونيوم، وفوسفات ثنائي هيدروجين الصوديوم، وما إلى ذلك.
المعالجة الكيميائية:إزالة الأكسدة للمواد العضوية والمعادن الثقيلة، ويستخدم عادة الأوزون، وبيركبريتات، وكبريتيد الصوديوم، وما إلى ذلك.
فصل الغشاء:استخدام تقنية التناضح العكسي والترشيح النانوي والترشيح الفائق لإزالة المواد المذابة وضمان جودة المياه.
التطهير:إزالة الكائنات الحية الدقيقة، واستخدام الكلور، والأوزون، وهيبوكلوريت الكالسيوم، وما إلى ذلك.
المراقبة والتعديل:تأكد من أن المياه المعاد استخدامها تلبي المعايير واستخدم المنظمات ومعدات المراقبة لإجراء التعديلات.
مزيلات الرغوة:تقوم هذه المواد بقمع الرغوة أو القضاء عليها عن طريق تقليل التوتر السطحي للسائل وتدمير استقرار الرغوة. (تطبيقات مزيلات الرغوة: أنظمة المعالجة البيولوجية، معالجة مياه الصرف الكيميائي، معالجة مياه الصرف الصيدلانية، معالجة مياه الصرف الغذائي، معالجة مياه الصرف لصناعة الورق، إلخ.)
هيبوكلوريت الكالسيوم:يقومون بإزالة الملوثات مثل الأمونيا والنيتروجين
ويضمن تطبيق هذه العمليات والمواد الكيميائية أن جودة مياه الصرف الصحي المعالجة تلبي معايير إعادة الاستخدام، مما يسمح باستخدامها بشكل فعال في الإنتاج الصناعي.
تُعدّ معالجة المياه الصناعية جزءًا أساسيًا من الإنتاج الصناعي الحديث. لذا، يجب تحسين عملية اختيار المواد الكيميائية وفقًا لمتطلبات العملية المحددة. ولا يقتصر الاستخدام الرشيد للمواد الكيميائية على تحسين فعالية المعالجة فحسب، بل يُسهم أيضًا في خفض التكاليف وتقليل التأثير على البيئة. وفي المستقبل، ومع تطور التكنولوجيا وتحسين متطلبات حماية البيئة، ستتطور معالجة المياه الصناعية نحو نهج أكثر ذكاءً وصديقًا للبيئة.