لماذا تعد بيانات مصدر المياه ضرورية لتصميم نظام الترشيح الفائق؟

إن الأسباب الرئيسية لطلب تقرير جودة المياه الداخلة عند تصميم نظام الترشيح الفائق تستند إلى النقاط التالية:

1. فهم خصائص جودة المياه
تحليل التركيب: سيوفر تقرير جودة المياه قائمة مفصلة بالمكونات المختلفة الموجودة في الماء، مثل المعادن الثقيلة والمواد العضوية والكائنات الحية الدقيقة، وما إلى ذلك. هذه المكونات لها تأثير مباشر على أداء وعمر أغشية الترشيح الفائق.
المواد الصلبة العالقة ومحتوى الغرويات: تتمتع أغشية الترشيح الفائق بتأثيرات إزالة كبيرة للمواد الصلبة العالقة والغرويات، ولكن التركيزات العالية من المواد الصلبة العالقة والغرويات قد تؤدي إلى تسريع تراكم الأوساخ وانسداد الغشاء، مما يقلل من نفاذيته. يمكن أن يساعد تقرير جودة المياه المصممين في تقييم المواد الصلبة العالقة ومحتوى الغرويات في المياه الداخلة، من أجل اختيار تدابير المعالجة الأولية المناسبة.

2. ضمان كفاءة الترشيح الفائق
مطابقة حجم المسام: يحدد حجم مسام أغشية الترشيح الفائق نطاق الأوزان الجزيئية للمواد المذابة التي يمكنها اعتراضها. يمكن أن يساعد تحليل المكونات في تقرير جودة المياه المصممين في اختيار أغشية الترشيح الفائق ذات أحجام المسام المناسبة لضمان اعتراض الملوثات المستهدفة بشكل فعال.

تجنب تلوث الأغشية: إن فهم وضع الكائنات الحية الدقيقة والمواد العضوية والشوائب الأخرى في جودة المياه الواردة يمكن أن يساعد في تصميم أنظمة معالجة أولية فعالة وتقليل التلوث والأضرار التي تلحق بأغشية الترشيح الفائق بسبب هذه الشوائب.

3. حماية نظام الترشيح الفائق
إطالة عمر الغشاء: من خلال المعالجة المسبقة المعقولة واختيار أغشية الترشيح الفائق المناسبة، يمكن تقليل خطر تلوث الغشاء، وبالتالي إطالة عمر خدمة أغشية الترشيح الفائق وتقليل تكاليف التشغيل.

تحسين استقرار النظام: تساعد المعلومات الموجودة في تقرير جودة المياه المصممين على تحسين تصميم ومعايير التشغيل لنظام الترشيح الفائق بأكمله، مما يعزز استقرار النظام وموثوقيته.

4. متوافق مع المتطلبات التنظيمية
معايير مياه الشرب: بالنسبة لمشاريع معالجة مياه الشرب، تشكل تقارير جودة المياه أساسًا مهمًا لتقييم ما إذا كان تأثير المعالجة يلبي معايير مياه الشرب الوطنية والمحلية.

اللوائح البيئية: في مجال معالجة مياه الصرف الصناعي، يعد الإبلاغ عن جودة المياه أيضًا رابطًا رئيسيًا في تقييم ما إذا كان تأثير المعالجة يلبي متطلبات اللوائح البيئية.

العكارة:

يمكن للمواد العالقة والغروية مثل الطين والرمل والغبار والمواد العضوية الدقيقة والعوالق وما إلى ذلك الموجودة في الماء أن تتسبب في تعكر الماء وظهور درجة معينة من التعكر. وعادةً ما تكون هذه المواد العالقة والغروية طفيلية أيضًا على البكتيريا والفيروسات.

يتم قياس العكارة بشكل عام من خلال شدة الضوء الذي يمر عبر عينة المياه، ويتم التعبير عن وحدتها عادة بوحدة NTU. على سبيل المثال، من المطلوب عمومًا ألا تتجاوز عكارة مياه الشرب 1NTU.

TSS (إجمالي المواد الصلبة المعلقة):

تشير المادة الصلبة إلى عينة الماء التي تمر عبر غشاء مرشح بحجم مسام يبلغ 0.45 ميكرومتر، ويتم الاحتفاظ بها على غشاء المرشح وتجفيفها إلى وزن ثابت عند 103 درجة ~ 105 درجة.

تعتبر المواد الصلبة العالقة الكلية أحد المؤشرات المهمة لقياس درجة تلوث المياه، ووحدة القياس هي ملجم/لتر. هذه المعلمة أكثر دقة بشكل عام من العكارة (العكارة عادة لا يمكنها اكتشاف الجسيمات الدقيقة للغاية).

SDI (مؤشر كثافة الترسيب):

قيمة SDI هي واحدة من أهم مؤشرات جودة المياه لأنظمة معالجة المياه بالتناضح العكسي. إنها تمثل محتوى الجسيمات والغرويات والمواد الأخرى في الماء التي يمكن أن تسد معدات تنقية المياه المختلفة. تُستخدم هذه المعلمة عادةً لتحديد إمكانية وجود جسيمات وغرويات ومواد أخرى تسد معدات تنقية المياه المختلفة في الماء.

يتضمن قياس SDI إضافة ضغط معين (30 PSI، أي ما يعادل 2.1 كجم/سم2) من الماء المختبر على غشاء مرشح مسامي صغير بقطر 47 مم وحجم مسام 0.45 ميكرومتر. يتم تسجيل الوقت المطلوب لتصفية 500 مل من الماء، Ti (ثانية)، والوقت المطلوب لتصفية 500 مل من الماء مرة أخرى بعد 15 دقيقة من الترشيح المستمر (T)، Tf (ثانية)، ويمكن حساب قيمة SDI باستخدام صيغة.

TOC (إجمالي الكربون العضوي):

تُستخدم هذه المعلمة عادةً لتحديد محتوى المادة العضوية في الماء، حيث تشير إلى إجمالي محتوى الكربون في المواد العضوية المذابة والمعلقة في الماء، بما في ذلك المواد العضوية الطبيعية (NOM) والمواد العضوية الاصطناعية، والتي غالبًا ما يتم التعبير عنها بـ "TOC".

يستخدم إجمالي الكربون العضوي بشكل عام لتقييم احتمالية واتجاه التلوث العضوي والبيولوجي في مياه التغذية بالترشيح الفائق، مع قياس إجمالي الكربون العضوي بالملغ/لتر. عندما يكون إجمالي الكربون العضوي في مياه الصرف من غشاء الترشيح الفائق أكبر من 2 ملغ/لتر، فهذا يشير إلى احتمالية عالية للتلوث البيولوجي على سطح غشاء الترشيح الفائق.

DOC (الكربون العضوي المذاب):

يشير جزء الكربون العضوي الكلي (TOC) الذي يمكن إذابته في الماء عمومًا إلى الكربون العضوي الذي يمكن أن يمر عبر غشاء مرشح 0.45 ميكرون ولا يتبخر أثناء عملية التحليل.

بالإضافة إلى تنظيف المياه، فإن نسبة الكربون العضوي المذاب (DOC) إلى إجمالي الكربون العضوي (TOC) في معظم المسطحات المائية الطبيعية تبلغ حوالي 80-95%.

COD (الطلب الكيميائي للأكسجين):

كمية المواد المختزلة في عينات المياه التي يمكن أن تتأكسد بواسطة المؤكسدات القوية، أي ما يعادل الأكسجين من المواد التي يمكن أن تتأكسد بواسطة المؤكسدات القوية.

على الرغم من أن بعض الأيونات غير العضوية مثل أيونات الحديد ثنائية التكافؤ قد تتأكسد أيضًا في عينات المياه، إلا أن المواد المؤكسدة في معظم المياه الطبيعية والصناعية هي مواد عضوية. وهي معلمة مهمة وقابلة للقياس بسرعة للتلوث العضوي.

BOD (الطلب البيولوجي للأكسجين):

الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين أو استهلاك الأكسجين الكيميائي الحيوي (يشير عمومًا إلى الطلب الكيميائي للأكسجين لمدة خمسة أيام) هو مؤشر شامل لمحتوى الملوثات الهوائية مثل المواد العضوية في الماء.

الكمية الكلية للأكسجين المذاب المستهلكة في الماء أثناء أكسدة وتحلل المواد العضوية بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، مما يؤدي إلى تحولها إلى غير عضوي أو غازي، معبراً عنها بوحدة جزء في المليون أو ملجم/لتر.

من أجل جعل قيم الكشف قابلة للمقارنة، يتم تحديد فترة زمنية موحدة بشكل عام، يتم خلالها تربية الكائنات الحية الدقيقة مع عينات المياه عند درجة حرارة معينة ويتم قياس استهلاك الأكسجين المذاب في الماء.

بشكل عام، يتم استخدام فترة خمسة أيام، والمعروفة باسم الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين لمدة خمسة أيام، والتي يشار إليها بـ BOD5. وكلما زادت قيمة الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين، زادت كمية المواد العضوية الموجودة في الماء، وزادت حدة التلوث.

امتصاص الأشعة فوق البنفسجية 254:

تشير قيمة UV254 إلى امتصاص بعض المركبات العضوية في الماء تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة 254 نانومتر، مما يعكس الوجود الطبيعي للمواد الدبالية والمركبات العطرية التي تحتوي على روابط كربون مزدوجة وروابط كربون مزدوجة وأكسجين في الماء. الوحدة هي سم -1 ويمكن استخدامها كمعامل بديل لـ TOC.

إذا كان امتصاص الأشعة فوق البنفسجية UV254 لتدفق الترشيح الفائق أعلى من 0.5 سم-1، فهذا يشير إلى أن غشاء الترشيح الفائق من المرجح أن يتعرض للتلوث البيولوجي.

SUVA (امتصاص الأشعة فوق البنفسجية المحددة):

نسبة UV254 إلى DOC. إذا كانت SUVA أكبر من 4، فهذا يشير إلى أن المادة العضوية في الماء تتكون بشكل أساسي من مواد الدبال. إذا كانت SUVA أقل من 2، فإن المادة العضوية في الماء تتكون بشكل أساسي من الطحالب.

النفط والغاز (الزيوت والهيدروكربونات):

تتكون من هيدروكربون سائل واحد أو أكثر. إذا كان تدفق الترشيح الفائق يحتوي على زيت، حتى لو كان المحتوى صغيرًا جدًا (مثل<0.05mg/L), it will accelerate membrane fouling.

الحديد والمنجنيز:

يمكن اعتراض أشكال الأكسدة للحديد والمنجنيز بواسطة أنظمة غشاء الترشيح الفائق، ولكن في الوقت نفسه، يمكن أن تتسبب أيضًا في تلوث الغشاء. توجد أيونات الحديد بشكل طبيعي (كما هو الحال في المياه الجوفية)، أو يتم توليدها من خلال تآكل خطوط الأنابيب أو المعدات الموجودة أعلى النهر، أو من خلال المواد الكيميائية المتبقية من عمليات المعالجة والتخثر الموجودة أعلى النهر.

الكالسيوم والمغنيسيوم:

تأتي صلابة الماء بشكل أساسي من أيونات الكالسيوم وأيونات المغنيسيوم. وفقًا لدرجات الصلابة المختلفة، يمكن تصنيف الماء إلى ماء ناعم (بحد أقصى لا يتجاوز 60 مجم/لتر من كربونات الكالسيوم)، وماء عسر (بحد أقصى لا يتجاوز 180 مجم/لتر من كربونات الكالسيوم)، وماء عسر للغاية (بحد أقصى 180 مجم/لتر من كربونات الكالسيوم).

لا تشكل صلابة المياه ضررًا على صحة الإنسان، ولكن يمكن أن تؤدي صلابة المياه الزائدة إلى تكوين ترسبات على خطوط الأنابيب أو المعدات أو أسطح الأغشية أثناء معالجة المياه.

الموصلية:

ترتبط موصلية الماء ارتباطًا خطيًا بالمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، مما يدل على موصلية الماء، المقاسة بـ μ S/cm.

قيمة الرقم الهيدروجيني:

يستخدم للإشارة إلى حموضة أو قلوية الماء. الماء الذي تقل قيمته الهيدروجينية عن 7 يكون حمضيًا، بينما الماء الذي تزيد قيمته الهيدروجينية عن 7 يكون قلويًا. قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه النقية هي 7، وهي محايدة.

يمكن أن تتسبب قيم الأس الهيدروجيني المرتفعة في أن يصبح طعم الماء مرًا وقد تؤدي بسهولة إلى تراكم الترسبات في أنابيب المياه والمعدات. يمكن أن تتسبب المياه ذات قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة في تآكل المعادن والمعدات الأخرى أو إذابتها.

ثاني أكسيد السيليكون:

تنقسم إلى سيليكا نشطة (سيليكا مذابة) أو سيليكا غير نشطة (سيليكا غروانية). بشكل عام، يمكن أن تتسبب السيليكا الغروانية في تراكم الأوساخ وانسداد أغشية الترشيح الفائق.