الرئيسية / تنظيف أغشية تحلية المياه باستخدام الأمواج فوق الصوتية

تنظيف أغشية تحلية المياه باستخدام الأمواج فوق الصوتية

اسم الباحث : المهندسةسحر محيو

المشرف :أ.د. أحمد المحمود +أ.د. نضال هلال

العنوان :تنظيف أغشية تحلية المياه باستخدام الأمواج فوق الصوتية

العنوان باللغة الإنكليزية :Cleaning of Water Desalination Membranes by Ultrasound Application

العام :2021

القسم :الهندسة الكيميائية 

الملخص :تم في هذا البحث دراسة إمكانية استخدام الأمواج فوق الصوتية في تنظيف أغشية تحلية المياه وهذا تضمن دراسة تأثير تردد وطاقة الأمواج فوق الصوتية ونموذج تطبيقها في دفق واتساخ و تنظيف أغشية الترشيح الفائق الستاتيكي ذي الصفيحة المستوية و أغشية الترشيح الفائق ذات النسيج الأجوف و الجريان التصالبي المستخدمة لترشيح مياه مالحة ملوثة بالحمض الدبالي. و تبين أن تطبيق الأمواج فوق الصوتية ذو تأثير كبير في عملية الترشيح الفائق الستاتيكي باستخدام غشاء الصفيحة المستوية من بولي ايتير سلفون PES خاصة عند التردد المنخفض و الطاقة فوق الصوتية المرتفعة إذ كانت الزيادة في الدفق بنسبة 109% و 77% عند تطبيق الأمواج فوق الصوتية بطاقة 300W و بتردد 28kHz و  40kHzعلى الترتيب, لكن لم يكن هناك زيادة كبيرة في الدفق عند التردد الأعلى 100kHz. و كانت زيادة الدفق بنسبة 200% عندما ازدادت الطاقة فوق الصوتية إلى 500W, و كان نموذج تطبيق الأمواج فوق الصوتية المتقطع مرغوباً بسبب زيادة الدفق و انخفاض استهلاك الطاقة الناتج عنه. كما تبين أن الأمواج فوق الصوتية ذات تأثير قوي في تنظيف الغشاء عند التردد المنخفض وشدة الطاقة فوق الصوتية المرتفعة أيضاً حيث وصلت نسبة تحسن الدفق إلى 140% في أثناء التنظيف الميكانيكي و 118% في أثناء التنظيف الكيميائي عند تطبيق التقنية فوق الصوتية بتردد 28kHz و طاقة 500W بدون تضرر الغشاء. انخفضت مقاومة الترشيح الكلية والمقاومة العكسية التي تشمل استقطاب التركيز وطبقة الكعكة بشكل كاف نتيجة تطبيق الأمواج فوق الصوتية كما تبين من نتائج التحليل الكمي للمقاومة باستخدام نموذج المقاومات على التسلسل.

كما تبين أن تطبيق الأمواج فوق الصوتية ذو تأثير كبير أيضاً في عملية الترشيح الفائق ذي الجريان التصالبي باستخدام غشاء النسيج الأجوف من البولي سلفون PS, حيث كان لتطبيق الأمواج فوق الصوتية بتردد منخفض و طاقة فوق صوتية عالية فعالية أكبر على تعزيز و زيادة الدفق و تخفيض مقاومات الاتساخ حيث و صلت نسبة استعادة الدفق إلى 65% عند تردد فوق صوتي 28kHz و طاقة فوق صوتية ثابتة 300W, و ازدادت هذه النسبة إلى 86% عند طاقة فوق صوتية 500W, كما تبين أن استقطاب التركيز و مقاومة طبقة الكعكة يمكن أن تتناقص بشكل فعال نتيجة تطبيق الأمواج فوق الصوتية مما يؤدي إلى أداء دفق مرتفع. وكان نموذج تطبيق الأمواج فوق الصوتية المستمر أكثر فعالية من النموذج المتقطع على عملية الترشيح الفائق. و وصلت نسبة استعادة الدفق إلى 73% بعد عملية التنظيف الميكانيكي عند تردد 28kHz و طاقة فوق صوتية 500W  وازدادت إلى 80% بعد التنظيف الكيميائي عند نفس الشروط. ومن مقارنة عامل الزيادة فوق الصوتية تبين أن التطبيق المباشر للأمواج فوق الصوتية أثناء عملية الترشيح أكثر فعالية من تطبيقها أثناء عملية التنظيف. كما تبين أن تطبيق الأمواج فوق الصوتية بتردد وطاقة عالية لا يسبب أي ضرر بالغشاء ذي النسيج الأجوف.

أثبتت طريقة استجابة السطح بأنها أداة نمذجة دقيقة للتمثيل الرياضي لعملية الترشيح والتنظيف المعززة بالتقنية فوق الصوتية. حيث تم استخدام تصميم Box-Behnken design-BBD وفق طريقة استجابة السطح (RSM) لنمذجة وإيجاد الشروط المثالية لعملية الترشيح والتنظيف المعززة فوق صوتياً لغشاء الترشيح الفائق ذي النسيج الأجوف والجريان التصالبي المصنوع من البولي سلفون PS المتسخ بمحلول الحمض الدبالي الملحي. حيث تم اختبار عوامل التشغيل المؤثرة في فعالية عملية الترشيح والتنظيف بتطبيق الأمواج فوق الصوتية مثل معدل التغذية (Feed Rate=50, 100, 150mL/min) وفرق الضغط عبر الغشاء (TMP=1, 2, 3bar) والطاقة فوق الصوتية (US Power=300, 400, 500W). وقد وُجد أن شروط التشغيل المثالية للحصول على أعلى قيمة لاستعادة الدفق المتنبأ بها في أثناء عملية الترشيح (FR=93.31%) هي 3bar, 134mL/min وطاقة 500Watt. كما وُجد أن شروط التشغيل المثالية للحصول على أعلى قيمة لفعالية التنظيف المتنبأ بها في أثناء عملية التنظيف (CEF=89.66%) هي 2.8bar, 150mL/min وطاقة 500Watt.

ومن نتائج تحليل الكلفة تبين أن استخدام الأمواج فوق الصوتية لمنع اتساخ وتنظيف الأغشية المستخدمة في المعالجة التمهيدية لتحلية مياه البحر يمكن أن يكون ذا جدوى اقتصادية وممكن تطبيقه صناعياً في وحدات معالجة المياه بالاستطاعة الصغرى.

بالنتيجة يُعد تطبيق التقنية فوق الصوتية طريقة فعالة واعدة لتعزيز عملية الترشيح الفائق وتنظيف الأغشية المستخدمة في المعالجة التمهيدية لتحلية مياه البحر

تحميل البحث :