Dws 03

1

الفصل الرابع Filtrationترشيح المياه

التشيح عملية تعتمد على فصل سائل عن اجلسيمات ادلعلقة ادلوجودة فيو حبجز ىذه اجلسيمات على

دعامة مسامية أك ضمن سرير مادة حبيبية. للتشيح على دعامة، ككذلك تقانات النرشيح الدقيق ظلوذجي هبذا ادلعت التصفية ادليكركنية ى

Microfiltration كالتشيح فائق الدقةUltrafiltration ك التشيح النانومتمNanofiltration كالتناضح العكسيReverse Osmosis اليت تعتمد على أغشية ذكات مسامية دقيقة جدان.

معاجلة التشيح الذم يعتمد على سرير من حبيبات الرمل )التشيح الرملي( ىو األكثر شيوعان يفأف بيد ادلياه ادلعدة لالستهالؾ البشرم.

حدكث مشاكل إزالة ادلواد العالقة من مياه الشرب ضركرية حلماية الصحة العامة من ناحية كدلنع تعداألحياء الدقيقة البكتيا ك محاية خرل. فقد تعمل ىذه ادلواد علىأحية ناتشغيلية يف شبكة التوزيع من فاعليتها على ادلادة ادلطهرة شلا يقلل من نسبة مع هنا قد تتفاعل كيمائيان من أثر ادلادة ادلطهرة، كما أ

ظلو البكتيا كيتافق ذلك مع التوزيع األحياء الدقيقة، كقد تتسب ادلواد العالقة يف بعض أجزاء شبكة كتغت رائحة ادلياه كطعمها كلوهنا.

ىذا ىو التشيح ادلباشر أك التشيح الرملي ؽلكن إصلاز التشيح دلاء خاـ بدكف إخضاعو دلعاجلة مسبقة، كتشكيل الندؼ التخثت . لكن غالبان مايسبق التشيح دبعاجلة بSlow sand filterالبطيء

نتيجة دلركر .Rapid sand filterكالتسيب كىذا ضركرم يف حالة اعتماد ادلرشح الرملي السريع عدة تغتات إضافة حلجز كامل ادلواد ادلعلقة كالغركانية ادلاء خالؿ طبقات ادلرشح الرملي يتعرض ادلاء ل

إنقاص إعداد البكتيا كإزالة اللوف أحيانان كما قد تتغت بعض اخلواص الكيميائية للماء.ك Theory of filtrationنظرية الترشيح ـ 1ـ 4

خالؿ طبقة مسامية كأىم يوجد عدة نظريات كتفستات حلصوؿ التغتات يف خواص ادلاء نتيجة لتشيحو :الظواىر ادلؤثرة يف عملية التشيح

2

Mechanical strainingـ التصفية الميكانيكية أتتشكل بت حبيبات رمل سرير التشيح مسامات تعمل كمصفاة دقيقة الفتحات ربجز ادلواد العالقة اليت

أبعادىا أكرب من ىذه ادلسامات. :كالبكتيا اليت أبعادىا أصغر من ىذه ادلسامات فسببو ظواىر أخرل أعلهاأما احتجاز ادلواد الغركانية

Sedimentationـ الترسيب ب تعمل ادلساـ بت حبيبات الرمل كأحواض ترسيب متناىية يف الصغر تتوضع فيها مواد معلقة أبعادىا أقل

من أبعاد ادلسامات بت احلبيبات. ات الرمل ـ التصاق المواد الغروانيات بحبيب ج Adherence of colloids to sand grains

تؤدم عدة قول كالثقالة كالعطالة كاإلنتشار كقول االضطراب إىل نقل اجلسيمات الغركانية إىل جوار حبيبات الرمل كمن مث يلتصق بعضها حببيبات الرمل بسبب االلتواء يف ادلساـ ادلتشكلة بت احلبيبات.

لتشيح تزداد ادلواد اليت ػلجزىا ادلرشح يف مسامو شلا يسبب ضيقان ذلذه ادلساـ كباإلستمرار يف عملية ا كبالتايل زيادة زلسوسة يف كفاءة إزالة ادلرشح.

Electrical actionـ الفعل الكهربائي دربمل حبيبات الرمل النظيف بشكل عاـ شحنة كهربائية سالبة فإذا كجد يف ادلاء ملوثات ربمل شحنة

هنا تنجذب إىل حبات الرمل كتزاؿ من ادلاء.معاكسة فإ Biological action ـ الفعل البيولوجي هـ

مع تقدـ عملية التشيح الرملي للماء تنمو كائنات حية رلهرية ضمن طبقة التشيح ادلسامية كعلى سطح كبالتايل ىذه الطبقة مستفيدة من ادلغذيات ادلوجودة يف ادلاء من أمالح كمواد عضوية كأكسجت منحل تستهلك ىذه ادلغذيات كتزاؿ من ادلاء كتتحوؿ إىل عضويات حية تتوضع ضمن طبقة التشيح.

إف تأثت الفعل البيولوجي يتبع لفتة التشيح ادلستمر، فهو كاضح يف ادلرشحات الرملية البطيئة أكثر من ية على سطح الرمل.تلك السريعة بسبب طوؿ فتة التشيح اليت تساىم يف تشكيل الطبقة احليو

type of filterـ أنواع المرشحات 2ـ 4

-4تصنف ادلرشخات ادلستخدمة يف معاجلة ادلياه إىل عدة أنواع تبعان لعدة خصائص يوضحها اجلدكؿ )1.)

3

(: تصنيف ادلرشخات ادلستخدمة يف معاجلة ادلياه.1-4اجلدكؿ )

نوع ادلرشحات اخلاصية .جرياف ادلياه ربت تأثت الثقالة األرضية فيها ةمفتوح نظاـ مركر ادلياه

.مضغوطة ربت تأثت ضغط أعلى من الضغط اجلوم ، فحم االنتاسيت، ..يةالرمل نوعية الوسط احلبييبإىل 121 سريعة حيث معدالت اجلرياف عالية من )التحميل السطحي( معدؿ جرياف ادلاء

.ـ/اليـو181 .ـ/اليـو7.5فضة أقل من بطيئة حيث معدالت اجلرياف منخ

أحادية الوسط )طبقة كاحدة من الرمل(. عدد كسائط ادلرشحالسفلى منهما ذات حبيبات ،ثنائية الوسط ) طبقتت ترشيح

كالعليا ذات حبيبات كبتة لكن خفيفة ،صغتة ادلقاس كالرمل كفحم االنتاسيت.

متعددة الوسائط )ثالث طبقات أك أكثر تتدرج حبيباهتا اسان ككزنان حيث يزداد ادلقاس كيقل الوزف من أسفل ادلرشح مق

إىل أعاله(. ىابطة حيث يتدفق ادلاء من أعلى ادلرشح إىل أسفلو. إذباه جرياف ادلياه

صاعدة حيث يتدفق ادلاء من أسفل ادلرشح إىل أعاله. .سم 71عميقة حيث مسك طبقة التشيح أعلى من عمق كسط التشيح

.سم 71ك طبقة التشيح أقل من سطحية حيث مس كىي ادلرشحات الرملية البطيئة، كادلرشحات الكتلية دكؿ السابق ظليز أىم ثالثة أنواع للمرشحاتاجل منك

الرملية السريعة، كادلرشحات ادلضغوطة.

4

ق اليت ؽلكن يف السائل ادلعلسيمات يف أنظمة معاجلة ادلياه فاف التشيح الكتلي يستخدـ إلزالة أغلب اجل .مركبات(, أف يكوف مصدرىا )ركاسب :يتميز ادلرشح الكتلي دبا يلي

ك أكثر احلبيبات ادلستخدمة أقطارىا ،عاجلةمم كفقا ألىداؼ ادل 2.5ك 1.3بت :أقطار حبيباتو - .مم 1.35إىل 1.5من األفضل ربت ضياع محولة االرتفاع : ألجل كل نوع من احلبيبات يوجد ارتفاع مثايل يعطي التشيح -

.تم 1.2 إىل 1.6ىي بت ادلستخدمةك أغلب السماكات ،أصغرم :على العوامل التالية الرملي تعتمد سرعة التشيحك .ادلطلوب إزالتهاسيمات طبيعة اجل - .ادلطلوب إزالتها سيماتاجلتركيز - .دقة التشيح ك ضياع احلمولة ادلقبوؿ - .يحنوعية ك كفاءة التش -

./سا3( ـ 4-70كبذلك فاف سرعات التشيح تتنوع ضمن رلاؿ كبت )حبيث غلب أف يتم تنظيف سرير ادلرشح من ادللوثات اليت مت ىامة جدان ي إف عملية غسيل ادلرشح الرمل

.يف السريرحجزىا

ادلسموح احلد االعظميإىل كانو من الضركرم القياـ بعملية الغسيل حادلا يصل ضياع احلمولة للمرشح :ك إال فانو سيحدث ما يلي ،(بار 0.4 -0.5من )

5

.تناقص معدؿ التدفق للسائل ادلرشح - .إجهاد أك تشقق السرير شلا يؤدم إىل زبلل ادللوثات عرب السرير - .عدـ القدرة يف تنظيف ادلرشح بشكل كامل من ادللوثات -

ؽلكن القياـ بعملية الغسيل كفق طريقتت :

لغسيل بوضع السرير يف حالة معلقة بادلاء فقط كمن الضركرم تأمت معدؿ تدفق عايل يكفي ا -% من احلجم الظاىرم ( كانو ك بشكل خاص عندما 15لتعليق السرير ك سبدده )حجم أصغرم +

/ سا خالؿ 3ـ 91إىل 25تكوف احلبيبات أقول فاف معدؿ تدفق الغسيل يكوف اكرب ك يتاكح من .ائقدق 11إىل 5ك ىذا النظاـ أكثر اقتصادية بالنسبة للماء ك يعطي أعلية لعملية الغسيل بادلاء ك اذلواء معان -

.احتكاؾ احلبيبات أكثر من التمدد Nm3/h) تدفق اذلواء ب 15m3/hبالنسبة دلرشح رملي فاف معدؿ تدفق ادلاء يكوف حوايل

.بار 1.2( ربت ضغط أعظمي سعة االحتفاظ للمرشح من خالؿ كمية ادلواد الصلبة اليت ربتفظ يف أختا فانو ؽلكن أف نعرؼ

. kg/m2 2إىل 1ك يقدر عموما بت m2السطح ب من ادلواد الصلبة ادلعلقة فاف حجم ادلاء ادلعاجل بت mg/L 20فمثال من اجل مياه خاـ حاكية

.للمت ادلربع من سطح التشيح m3 100إىل 50وايل حغسيلت يكوف العوامل المؤثرة على عملة الترشيح ـ 3ـ 4

6

لتحديد مواصفات التشيح قد يلجأ إىل مرشحات سلربية.إلصلاز تصميم جيد ألحواض التشيح ك

مت كقطره 4-2ارتفاعو كيتكوف ادلرشح ادلخربم من كعاء أسطواين مصنوع من البالستيك الشفاؼد على ارتفاعو بعدد من السكورة ألخذ عينات من ادلاء كقياس مت مزك 0.4- 0.1الداخلي

. ػلوم ىذا ادلرشح ادلادة ادلرشحة لعمق زلدكد (1-4، كما يف الشكل )الضغط يف سلتلف النقاط مستندة على صفيحة مثقبة أك مسامية تعمل كقاع للمرشح.

للمرشح ادلخربم. (: ادلكونات األساسية1-4الشكل )

:رشح التجرييب بدراسةيسمح ادل د ثوابت سريريدرب لتحقق من قانوف دارسي باإلضافة إىلاك تدفق ادلاء خالؿ السرير الرملي ادلسامي -

التشيح.ضبط التدفق )تثبيتو( حيث يتمنفاذية ادلرشح ك ألجل ذلك ك لنفس االرتفاع من ادلاء يف العمود -

:رسم ادلنحنيات اليت قواعد ربطهاتك حظ ضياع احلمولة يف السرير الرملييالعندىا ∆p =f(Q) , ∆p = f(z)

p∆ منحت رسم كألجل معدؿ تدفق معت على مدل ارتفاع طبقة التشيح ضياع احلمولةدراسة -

= f(z)

.دراسة كفاءة الغسيل يف كضع التيار العكسي -

:في الترشيح لتعابير وصيغ متداولة تعريفات

7

لسرير ادلسامي إىل احلجم الظاىرم ذلذا ابيبات حكىي نسبة حجم الفراغات ادلوجودة بت المسامية : .السرير

V empty ε = : 0 < ε < 1

V apparent

ك ىي نسبة سطح احلبيبة اليت يف سباس مع ادلاء إىل حجمها :جسيمة المساحة النوعية للag=Ag/Vg

كألجل احلبيبات الكركية

ag = π dg2/( π dg

3/6)

ag = 6/dg

سيمة.قطر احل dgحيث

المساحة النوعية لطبقة الترشيح :

إىل احلجم الظاىرم ادلساحة النوعية ىي نسبة السطح الكلي للمسامات اليت يف سباس مع السائل ادلتدفق للسرير الرملي

ac =Ap / Va

كألجل السرير ادلسامي ادلكوف من حبيباتAg (1- ε)

ac =

Vg

ac = ag (1- ε)

ضمن ادلسامات لتحديد معدالت التدفق سنستخدـ رقم رينولد معدالت التدفق للسائل المعلق : Rep = ρ.Um / ac.η η = ρ.υ

حيث

Ac: ادلساحة النوعية لطبقة التشيح. :ρ الكتلة احلجمية للسائل.

8

:Um )السرعة يف العمود الفارغ )معدؿ التشيح. η : لزكجة السائل ادلطلقة ك كاحدهتاPa.s . Υ :ك كاحدهتا للماء اللزكجة احلركيةm2/s .

ك عندما

Re <1 التدفق يكوف صفحي 1<Re <10 التدفق يف مرحلة انتقالية

Re >10 التدفق مضطرب

: عندما يكوف التدفق صفحي فاف قانوف دارسي ؽلكن استخدامو لتحديد ىبوط الضغط قانون دارسي :السرير كما يليعمق ل تبعان

/ β η. Um.z =∆p Um =Qv / S

:z السرير ادلسامي عمق Β: نفاذية السرير ادلسامي

:∆p ضياع احلمولة نتيجة مركر السائل إف ضياع احلمولة لواحدة الطوؿ من السرير ادلسامي كاف موضوع النموذج الرياضي ادلطور قانون كوزني : :ذم اخذ باالعتيار فيو مسامية السرير ادلساميمن قبل كوزين ال

∆p = hk . ac.η. Um. z / ε3

ac = ag . (1- ε)

∆p = ag2 . (1- ε)2. η. Um. z . hk / ε3

hk :فاف 0.6االعتبار شكل ادلسامات ك ألجل مسامية اقل من ثابت بدكف أبعاد يأخذ بhk

فانو ؽلكن أف Raschingكعندما يكوف االنسداد آخذا شكل 5.5ك 3.5يكوف بت .10يأخذ قيم اكرب من

9

دبساكاة بت القانونت )دارسي ك كوزين ( ؽلكن أف نستنتج النفاذية

ε3 β =

hk. ac2

عندما يكوف التدفق مضطرب فإننا نستخدـ قانوف دارسي حلساب حالة التدفق المضطرب : ىبوط الضغط لواحدة الطوؿ من السرير

hk. ac2.η Um hb ac.ρ. Um2 ∆p = +

Z ε3 ε3 hb تابتBurke كPlummer

hk=4.16ك hb=0.29 ؽلكن أخذ القيم التالية للثوابت

ذبرل التجارب ادلخربية دبعدالت ترشيحمختلفة أك باعماؽ سلتلفة للمياه أك بسماكات سلتلفة لطبقة التشيح كحىت حببيبات رملية سلتلفة األبعاد ، أثناء ىذه التجارب تسجل ضغوط ادلاء كتؤخذ عينات من

لقة كالعكارةكأية مؤشرات أخرل قد تتأثر بالتشيح.سلتلف األعماؽ كربلل لتعيت تركيز ادلواد الصلبة ادلعنالحظ من التجارب أف نوعية ادلياه ادلرشحة سوؼ تتحسن كلما مرت ىذه ادلياه على طبقات ترشيح أعمق. كباستمرار العملية قد تتوغل الشوائب إىل أعماؽ أكرب يف ادلرشح مثرة بذلك على نوعية كجودة

ك تبعان للنوعية ادلطلوبة للمياه أقبل التوقف الصلاز الغسيل االرتدادم شيح ادلياه ادلرشحة. كػلدد زمن الت تبعان لضياع احلمولة ادلسموح ضمن ادلرشح.

Slow sand filterـ المرشح الرملي البطيء 4ـ 4

10

ىو أكؿ طريقة معاجلة استخدمتها مدف كثتة خالؿ القرف التاسع عشر البطيء الرملي شيحالت كاف

اليت تسبب األمراض اليت ربملها ادلياه الكائنات الدقيقةكؽلكن ذلذه ادلرشحات أف تزيل بفعالية جيدة .الفتكساتك البكتتياعن فضالن الكريبتوسبوريديـوك اجلياردياتمثل أحاديات اخلالياكمن بينها

بيولوجية مهمة كثتان يف عملية التشيح الرملي البطيء اليت تعتمد على حبيبات رمل ناعمة إف الظواىر الكينمو على سطح .مت 1.2إىل 1.8ملم مشكلة سرير بسماكة من 1.35إىل 1.25أبعادىا من

7.5ػ 3.5السرير الرملي غشاء بيولوجي ذك مسامية ضعيفة حبيث تنخفض سرعة التشيح إىل حوايل . 2/ـ3ـ . اليـو

ؽلكن اعتبار التشيح الرملي البطيء كمعاجلة بيولوجية تعتمد على الغشاء البيولوجي ادلكوف من طحالب كأحياء دقيقة أخرل ىوائية. ذلذا عند بدء تشغيل ادلرشح البطيء ينبغي طرح ادلاء ادلرشح إىل اجملارم

ذلك تدخل األحياء الدقيقة بالتأثت يف ربليل العامة كدلدة عدة أياـ حىت يتشكل الغشاء البيولوجي. بعدادلواد الدبالية ضعيفة القابلية للتحلل البيولوجي إال جزئيان. أما تزاؿ الادلواد العضوية ادلوجودة يف ادلاء.

% كأكثر(.95) بكفاءةلبكتيا ادلعوية فالتشيح البطيء يزيلها ا فيما ؼلصوض الرمل بكميات كبتة من البكتتيا كالطحالب كأحاديات كبعد تكرار االستخداـ، يبدأ أنسطاـ ح

اخلاليا كالدكارات اجملهرية ادلائية كرلذافيات األرجل كالديداف ادلائية كتساعد ىذه الكائنات الدقيقة عملية .التشيح بإزالتها للملوثات على الرغم من أهنا قد تبطأ عملية التشيح

تدرغلي للتدفق الراشح، لذلك بعد فتة ترشيح بطيء بت شهر أك يسبب إنسطاـ ادلرشح البطيء اطلفاض ينبغي إيقاؼ التشيح كإزالة عدة سنتمتات من الرمل السطحي يف السرير، مث تبدأ دكرة شهرعدة أ

ترشيح جديدة دبرحلة إنضاج للغشاء البيولوجي مث مرحلة ترشيح بكل معت الكلمة كأختان إيقاؼ التشيح دة سنتمتات من الرمل كىكذا دكاليك.كإزالة مساكة ع

ـ العقبات التي تحد من استخدام الترشيح البطيء: 1ـ 4ـ 4

إف ادلسامية الضعيفة جدان للغشاء البيولوجي ذبعل ادلرشح حساس جدان لكل كصوؿ كاضح دلواد معلقة ملغ/لت، 51ال تتجاكز تسطم ادلرشح سبامان خالؿ عدة ساعات، عمليان تركيزات ادلواد ادلعلقة ينبغي أف

فإذا كانت ادلياه اخلاـ زلملة كثتان بادلواد العالقة فيلـز استخداـ منشآت ترسيب مسبق كترشيح مسبق يرفعاف من الكلفة اإلقتصادية دلعاجلة مثل ىذا ادلاء اخلاـ.

11

ادلوجودة يف ادلاء دبا أف ادلعاجلة تتم بفعل الوسط احليوم فينبغي أف يكوف الوسط احليوم مالئم للتلوثات كما ينبغي أف ال يتغت تركيب التلوثات بكثرة كال فجائيان. إف زيادة التحميل السطحي للتشيح قد

تسبب يف تشقق سطح الطبقة البيولوجية ادلعوؿ عليها يف التشيح البطيء كنتيجة ذلذا التشقق سبر ادلياه ت لة لبعض ادلواد الغركانية كالبكتيا.إىل داخل طبقة الرمل كمن مث إىل خارج ادلرشح كىي حام

البطيء دلعاجلة مياه معاجلة مسبقان بالكلور ألنو قد يكوف الرملي ك ال ينصح باستخداـ أنظمة التشيح للمرشح. أثر مدمر على احمليط البيولوجي الدقيق للكلور

كالطحالب التعكرذات مستويات دلياه ادلصدركتعمل أنظمة التشيح البطيء بالرمل جيدا فقط بالنسبة بصفة خاصة يف تعاملها مع ادلستويات العالية من الطحالب ادلنخفضة كتبذؿ ىذه األنظمة جهدا كبتان

أك احملتول من الطت الذم ؽلكن أف يسد أحواض الرمل.

ـ المخطط العملي لمنشآت الترشيح البطيء: 2ـ 4ـ 4لذلك تشمل منشأة ترشيح ،ملغ/لت 51 دلياه السطحية ربتوم بشكل عاـ مواد معلقة بتكيز يزيد علىا

(.2ػ 4بطيء سلسلة من أحواض التشيح مسبوقة أك ال حبوض ترسيب الشكل)

(: مكونات منشأة ترشيح بطيء دلاء خاـ.2ػ 4الشكل )

مسبق، ترشيح بطيء توضع األحواض غالبان على ثالثة طوابق متتالية: إزالة الشوائب الضخمة، ترشيحمت، كأبعاد 1.5بكل معت الكلمة. طبقات ادلواد ادلرشحة يف الطوابق التمهيدية تكوف أقل مساكة:

ملم 1ملم يف مرشح إزالة الشوائب الضخمة، كتصبح أبعاد احلبيبات حوايل 3إىل 2من احلبيبات أكربن أجل مرشح إزالة الشوائب من أجل ادلرشح ادلسبق. كخبصوص معدؿ التحميل السطحي فإنو م

.اليـو ، كمن أجل ادلرشحات ادلسبقة يكوف ادلعدؿ بت 2/ـ3ـ 144إىل 72الضخمة يكوف ادلعدؿ من

12

. كتزكد ادلرشحات ادلسبقة ك مرشحات إزالة الشوائب الضخمة بوسائل إزالة 2/ـ3ـ 48ك 24 .اليـوزالة مساكة عدة سنتيمتات من الطبقة إنسطاـ بتيار إرتدادم للماء، بينما ينظف ادلرشح البطيء بإ

السطحية للسرير. كمع استعماؿ ادلرشح البطيء تنخفض مساكة سرير التشيح بسبب إزالة جزء من الرمل مت ينبغي ربميل ادلرشح بطبقة رمل نظيف 1.8اطلفضت مساكة طبقة التشيح إىل السطحي فإذا ما مت. 1.2لتعود السماكة لػ

المكشوفة الرملية السريعةالمرشحات ـ 5ـ4

كىي أحواض غالبان مستطيلة الشكل مبنية من البيتوف العادم أك ادلسلح، تشتغل ىذه ادلرشحات ربت 2ـ 51ساحة كل حوض التزيد على متأثت الثقالة )جرياف ادلاء ادلعد للتشيح من األعلى إىل األسفل(.

(. 3ػ 4) الشكلكما يف ،يتكوف ادلرشح السريع ادلكشوؼ بشكل أساسي.

مكونات ادلرشح السريع ادلكشوؼ.(: 3ػ 4الشكل) 1.5، ػلتوم حبيبات رمل قطرىا الوسطي بت مت 1.75إىل 1.6ػ سرير رمل سيليسي بإرتفاع من 1 ملم. 1.8ك ما شبكة طبقة داعمة من البحص، كإ ػ قاع ادلرشح مكوف إما من أرضية مسامية أك مثقبة يعلوىا أك ال 2

إىل 1.45 جلمع ادلياه الراشحة مطمورة ضمن طبقة حبص بسماكة من ذات أنابيب مثقبة تصريف . مت 1.51

13

كبعض ادلرشحات ،ػ التجهيزات الالزمة للغسيل بالتيار االرتدادم بغية إعادة فعالية سرير التشيح 3ة، ثابتة أك دكارة موضوعة على ربوم أيضان ذبهيز غسيل سطحي للسرير الرملي مكوف من أنابيب مثقب

بعد عدة سنتيمتات فوؽ الرمل. قذؼ ادلاء من ىذا التجهيز ػلطم القشرة السطحية اذلالمية ادلتشكلة ربطيم ىذه القشرة يضمن غسيل ارتدادم منتظم.إف نتيجة التشيح.

.يسرير الرملفوؽ سطح ال مت 1.5ػ قنوات تصريف ماء غسيل ادلرشح موضوعة على ارتفاع حوايل 4السريع الرملي التشيح يسبق .ػ سكورة دخوؿ كخركج كذبهيزات ربكم كقيادة دلختلف مراحل التشغيل 5

كالتسيب لتخفيف احلمل على ادلرشح كإطالة ،كتشكيل الندؼالتخثت ، غالبان، بعملية معاجلة للماء ب فتة التشيح قبل الغسيل.

ي السريعالرمل مراحل تشغيل المرشحـ 1ـ 5ـ4

. ادلكشوؼ ظليز عدد من ادلراحل يف تشغيل ادلرشح الرملي السريع Starting the filterـ بدء تشغيل المرشح أ

عند بدء التشغيل ألكؿ مرة بعد انتهاء اإلنشاء ؽللئ ادلرشح بادلاء ببطئ من األسفل إىل األعلى حيث كبارتفاع ادلاء تطرد فقاعات ،(4ػ 4) لشكلا مفتوحاف كباقي السكورة مغلقة Dك Cيكوف السكر

اذلواء ادلوجودة يف مساـ احلصى كالرمل.

14

يع.ر : السكورة ادلستخدمة يف ادلراحل ادلختلفة لنشغيل ادلرشح الرملي الس(4ػ 4) الشكل

Ripening periodـ فترة اإلعداد بغلمع ادلاء الراشح عرب السرير ألنو غت نظيف كال، Aتبدأ بإدخاؿ ادلاء ادلعد للتشيح بفتح السكر

دقيقة تتشكل خالذلا طبقة سطحية 21إىل 11، كتستمر ىذه الفتة من Fكيصرؼ عن طريق السكر ىالمية تؤدم لتحست نوعية ادلاء الراشح.

Filtation period الترشيح ـ فترة جإىل ادلرشح دبعدؿ Aر كادلاء ادلعد للتشيح من الس تبدأ مباشرة بعد إنتهاء مرحلة اإلعداد، كؽلر

( كغلمع ادلاء الراشح اخلارج من السكر . 2/ـ3ـ 181إىل 121ثابت )من ، يفتح من البداية Bاليـوسبب بإضطراب قابل لتحريك ترتفاع النظامي دكف الإىل االجزئيان حىت يرتفع منسوب ادلاء A السكر

يكوف .قيمة التدفق اخلارج راقبتك Bفتح السكر يليان مث ك Aكر الرمل مث بعد ذلك يفتح السيوقف التشيح عندما ، كمث يزداد تدرغليان تم 1.5يف بداية فتة التشيح ضياع احلمولة يف سرير التشيح

ساعة تبعان 36إىل 12ماء. كتستمر فتة التشيح من مت 2.75ػ 1.75يصل ضياع احلمولة إىل بعاد حبيبات الرمل كمعدؿ التشيح الذم ينبغي أف حسب أادلواد ادلعلقة يف ادلاء ادلعد للتشيح ك لتاكيز

ـ إنتظامو يؤدم حلصوؿ تشققات يف السرير الرملي شلا يسبب كعديكوف منتظمان خالؿ فتة التشيح، ة فيها.ىركب ادلياه من خالؿ الشقوؽ إىل طبقة البحص مباشرة دكف أف ربجز ادلعلقات ادلوجود

Wash period ـ مرحلة الغسيل د

يف حالة توفر ذبهيز غسيل سطحي لسرير الرمل، ينفذ يف البداية الغسيل السطحي لتحطيم الطبقة بدأ يبعد ذلك .اليـو. 2/ـ3ـ 411دقائق كؼلرج ادلاء من الثقوب دبعدؿ 5بفتح السكر دلدة ،اذلالمية

دقائق كينقذ الغسيل االرتدادم بإغالؽ 5ع الغسيل السطحي دلدة مان أك رلتمعان الغسيل االرتدادم منفردالغسيل من األسفل باذباه طبقة البحص دبعدؿ . يندفع ماء Dك Cمجيع السكورة عدا السكرين

31نتيجة ذلذا تتفكك كتل الرمل عن بعضها كيتمدد حجمها بنسبة من .. اليـو 2/ـ3ـ 1211ػ 721مل يف ادلاء الصاعد زلتكة ببعضها البعض كيزاؿ عنها ماعلق هبا من % ، كتتحرؾ حبيبات الر 41ػ

ة كشوائب أثناء مرحلة التشيح. زبرج ىذه الشوائب مع ماء الغسيل إىل قنوات ماء الغسيل كمنها إىل شبكتستهلك ،دقيقة 21ك 11تتاكح فتة الغسيل الكاملة بت .Dالتصريف العامة عن طريق السكر

% .3.5ك 1.5ه الراشحة تتاكح بت كمية من ادليا

15

خواص مواد الترشيح ـ 2ـ5ـ4ينبغي أف يكوف سرير التشيح مكوف من مواد غت منحلة، خاملة كيميائيان ذباه ادلاء العدكاين كمقاكمة

الحتكاؾ قوم ناتج عن عملية الغسيل، لذلك من أىم مواد سرير التشيح الرمل السيليسي. ذية السرير ادلرشح تأثت كاضح على عملية التشيح .من ناحية أخرل لنفا

كبأبعاد احلبيبات )القطر ،تتعلق نفاذية السرير دبساميتو )نسبة الفراغات بت احلبات إىل احلجم الكلي(% كزنان من احلبيبات كيفضل أف يكوف بت 11الذم ؽلرر ادلنخلالذم ىو بعد فتحات d10الفعاؿ ،بيباتاحلمن % كزنان 61الذم ؽلرر خل الذم ىو بعد فتحات ادلن d60 كملم 0.6ػ 0.35

امل االنتظاـ حلبيبات قيمة معزيد تال ف يفضل أ كd10/ . d60يعطى بالعالقة الذماالنتظاـ عامل مك .1.5الرمل ادلستخدـ يف التشيح عن

ائل:خلواص سرير احلبيبات كللزكجة احلركية للس Kتتبع قيمة معامل النفاذية / قK = K

حيث: : اللزكجة احلركية عامل النفاذية الذايت اخلاص بالسرير نفسو كىذا األخت يتبغ ألبعاد ادلسامات بت احلبيبات :Kق

)ادلسامية( كللشكل اذلندسي للحبيبات كلتجانسها. شبكات جمع المياه الراشحةـ 3ـ 5ـ4

ات التصميم القدن نسبيان، يستند سرير الرمل على طبقة مسيكة من احلصى كالبحص يف ادلرشحات ذك 6ة أنابيب مثقبة زبدـ جلمع ادلاء الراشح، رباط ادلصارؼ حبصى أبعادىا حوايل كاليت تطمر فيها شب

يها طبقة البحص العليا اليت يستند علتتكوف .سم، ىذه الطبقة يعلوىا حبصى بأبعاد متناقضة أكثر فأكثر ملم. 3ك 2الرمل مباشرة من حبيبات أبعادىا

ادلرشحات ذكات التصميم األحدث مزكدة غالبان بقاع مستعار مكوف من بالطات بيتونية مسامية أك (.5ػ 4الشكل) كما يف بالطات مثقبة أك مزكدة دبصايف مثبتة عليها

16

.اع ادلستعار يف ادلرشح السريع ادلكشوؼظلاذج الق ( :5ػ 4) الشكل

لكن ،حشوة التشيح الطبقة الداعمة كاألرضية ادلستعارة ليس فقط دعم سرير التشيح كحجزإف دكر ينبغي أف تكوف الثقوب .أيضان ربقيق إنتظاـ تيار ادلاء أثناء التشيح كأثناء الغسيل بالتيار االرتدادم

دىا كافية لتجنب التيارات ادلنتظمة الزائدة. بعض األرضيات ادلستعارة كادلصايف ادلثبتة متباعدة كاعداتطلب طبقة داعمة من البحص كحالة البالطات ادلثقبة كالبعض اآلخر كبالطات االلوكسيت ي

Aloxut phtes تتطلب طبقة حبصى ربت الرمل للحصوؿ على توزيع ال( 6ػ 4) شكل الادلسامية منتظم دلياه الغسيل.

مقطع جزئي يف مرشح ذم بالطة مسامية كتفصيلة للدعامة الصلبة. (:6ػ 4) الشكل

17

تصميم شبكات األنابيب المثقبة لجمع المياه الراشحةـ 4ـ 5ـ4

ع صنتتألف الشبكة من أنابيب فرعية مثقبة متوازية التوضع تصب يف أنبوب رئيسي الػلوم ثقوب. تاألنبوب الرئيسي من احلديد صنعوس االمسنيت بينما يبستمن احلديد الزىر أك من األسساألنابيب الفرعية

أك البيتوف.تقع ثقوب األنابيب الفرعية على ادلولد العلوم لألنبوب بل تقع يف األسفل حبيث يكوف اخلط الواصل ال

فع ادلياه عند الغسيل كذلك حىت تند 454من الثقب إىل مركز مقطع األنبوب مائالن على األفق بزاكية تسبب ال االرتدادم باذباه األسفل مث ترتد إىل األعلى بانتظاـ يف ادلقطع األفقي الكامل للمرشح حىت

إضطرابان يف طبقة احلصى . كما أف كضع الثقوب هبذا الشكل ؽلنع احتماؿ دخوؿ الرمل إىل األنابيب ادلثقبة.

س التصميمية التالية:عند تصميم شبكة األنابيب المثقبة نراعي األ

إنش . 1/2إىل 1/4قطر الثقوب من -1

. cm 24 8تباعد الثقوب : -2

.1/4) 1/2= ) نسبة -3

4- ≤ 61 .

5- =0.0014 – 0.0021 .

. cm 30- 15التباعد بت األنابيب الفرعية تتاكح بت -6

7- =1.7-2

( كذلك أثناء الغسيل . m/sec 3.5 – 1.295 سرعة ادلياه يف األنابيب متغتة بت )

. m/sec 0.5سرعة دخوؿ ادلياه يف األنبوب إىل ادلرشح من األعلى -8

. m/sec 2.5 – 1.75سرعة ادلاء يف أنبوب الغسيل تتكاح بت -11

18

. m/sec 2 – 1 شح ادلاء الر االسرعة يف انبوب -11

: 1 تطبيق عدديادلطلػػوب تصػػميم شػػػبكات صػػرؼ للمرشػػػح مػػن نػػوع األنابيػػػب ادلثقبػػة علمػػػان بػػأف ادلرشػػح ىػػػو مرشػػح رملػػػي

.يوميان m3 6250كعليو تأمت m3/m2/day 125معدؿ التشبح فيو سريع الحل

. m3/m2/day 125لدينا : معدؿ التشيح للمرشح مساحة ادلرشحات :

50 m2

. 8 × 6.25 كيكفي مرشح كاحد أبعاده عدد كأقطار الثقوب :

مساحة ادلرشح األفقية . 1.1121 1.1114ادلساحة الكلية للثقوب = m2 0.1= 51× 1.112ادلساحة الكية للثقوب =

=1000 cm2

كمنػو cm2 0.8كبالتػايل تكػوف مسػاحة الثقػب= cm 1 ≈إنػش 3/8فػإذا افتاضػنا أف قطػر الثقػب ثقب . 1251= يكوف عدد الثقوب =

ادلساحة اليت ؼلدمها الثقب الواحد : = 400 cm

2

عػن بعضػها cm 20، ككضػع األنابيػب الفرعيػة بتباعػد cm 20لك ؽلكػن اختيػار الثقػوب بتباعػد كبػذ ظلوذجان مبسطان لتوضع األنابيب : (7-4)الشكل . كيبتالبعض كذلك مطابق لشركط التصميم

6.25 m

8 m

4 m

6.25 m

8 m

4 m

21

19

ة جلمع ادلياه الراشحة.: مكونات شبكة األنابيب ادلثقب(7-4الشكل)

األنابيب الفرعية : عدد األنابيب الفرعية على كل جانب من جوانب األنبوب الرئيسي :

أنبوب 31 = 62فيكػوف العػػدد الكلػي لألنابيػػب الفرعيػػة = m 4أنبػوب علػػى كػل جانػػب كطػوؿ كػػل منهػػا 31إذان

عدد الثقوب على األنبوب الفرعي الواحد :فيكوف 1250كلدينا عدد الثقوب الكلي ثقب 20 =

cm2 = 20 × 0.8 16كتكوف مساحة الثقوب على األنبوب الفرعي الواحد أضػعاؼ رلمػوع مسػاحات 4 2كلدينا من أسس التصػميم : أف مسػاحة مقطػع األنبػوب الفرعػي =

. ( أضعاؼ 3الثقوب اليت عليو فنختار )

cm2 =16 ×3 48مساحة مقطع األنبوب الفرعي

= 48

20

= 61.1

إنش

7.8 × 60 = 468 cm = 4.68 < 4 m

مرة قطر األنبوب الفرعي . 61أم أهنا ربقق الشرط : إف طوؿ األنبوب أصغر أك يساكم كلدينا من أسس التصميم :

=( 1.7 2 )

. cm2 48لدينا مساحة األنبوب الفرعي أنبوب 62لدينا عدد األنابيب الفرعية ادلوصلة باألنبوب الرئيسي

كبالتلي رلموع مساحات مقاطع األنابيب الفرعية :62 × 48 = 2976 cm

2

( : 1.7مساحة ادلقطع لألنبوب الرئيسي ) طلتار

1.7 × 2976 = 5059.2 cm2

= 5059.2 cm2

= 6444.84

≈ 80 cm

63 كيف ىذه احلالة نستطيع أف نستبدؿ األنبوب دبجرل مستطيل تصب فيو األنابيب الفرعية أبعاده

cm ×80

تصميم األنابيب اخلارجية ادللحقة :

من حوض التكيق .أنبوب تغذية ادلرشح بادلياه اخلارجية -

cm/sec =0.5 m/sec 50سرعة الدخوؿ

. m3 / j 6250التدفق اليومي الوارد إىل ادلرشح -

= 0.072 m3/sec .

21

مساحة مقطع أنبوب التغذية:

= 0.144 m2 = 1440 cm2

D = = 1440 cm2

D = 42.8 cm ≈ 43 cm ≈ 17 inches

أنبوب مياه الغسيل : -

L/m2/min 800 500 = معدؿ الغسيل

: m2 50/ ، كلدينا مساحة ادلرشح 611ادلتوسط /

600 × 50 = 30000 L/min = 30 m3 / min = 0.5 m3 /sec

: m/sec 2تؤخذ السرعة الوسطية يف أنبوب الغسيل

D = 0.564 m = 56.4 cm

كقد يقاـ قناة أك رلرل كذلك حسب تصريف مياه الغسيل من ادلرشح .

أنبوب ادلياه ادلرشحة كاليت تقود ادلياه إىل خزانات التجميع : -

m3/sec 0.0725تدفق ادلرشح

m/sec 2 – 1كالسرعة يف أنبوب التشيح

m/sec 1.5نأخذ السرعة ادلتوسطة

: 2تطبيق عددي

22

ادلطلػػوب تصػػميم شػػبكات صػػرؼ للمرشػػح مػػن نػػوع األنابيػػب ادلثقبػػة علمػػان بػػأف ادلرشػػح ىػػو مرشػػح رملػػي مت مربع. 25ف أخت مرشحات مساحة الواحد منها يوميان m3 6250سريع كعليو تأمت

الحل . m3/m2/j 125لدينا : معدؿ التشيح للمرشح

مساحة ادلرشحات : 50 m2

. m2 25طلتار مرشحت أساسيت ك مرشح احتياط ، مساحة ادلرشح ادلطلوبة ىي . 5m × 5mطلتار أبعاد ادلرشح :

عدد كأقطار الثقوب :

مساحة ادلرشح األفقية . 1.1121 1.1114ادلساحة الكلية للثقوب = m2 0.05= 25× 1.112حة الكية للثقوب = ادلسا

=500 cm2 cm2 0.8كبالتػايل تكػوف مسػاحة الثقػب= cm 1 ≈إنػش 3/8فػإذا افتاضػنا أف قطػر الثقػب ثقب . 625= كمنو يكوف عدد الثقوب =

ثقب الواحد :ادلساحة اليت ؼلدمها ال = 400 cm2

عػن بعضػها cm 20، ككضػع األنابيػب الفرعيػة بتباعػد cm 20كبػذلك ؽلكػن اختيػار الثقػوب بتباعػد البعض كذلك مطابق لشركط التصميم كالشكل التايل يبت ظلوذجان مبسطان لتوضع األنابيب:

5 m

5 m

2.5

m

5 m

5 m

2.5

m

21

23

رعية :األنابيب الف عدد األنابيب الفرعية على كل جانب من جوانب األنبوب الرئيسي :

أنبوب 25 = 51فيكوف العػدد الكلػي لألنابيػب الفرعيػة = m 2.5أنبوب على كل جانب كطوؿ كل منها 25إذان

د :فيكوف عدد الثقوب على األنبوب الفرعي الواح 625كلدينا عدد الثقوب الكلي ثقب 13 =

cm2 = 13 × 0.8 10.4كتكوف مساحة الثقوب على األنبوب الفرعي الواحد

أضػعاؼ رلمػوع مسػاحات 4 2كلدينا من أسس التصػميم : أف مسػاحة مقطػع األنبػوب الفرعػي = ( أضعاؼ . 3الثقوب اليت عليو فنختار )

cm2 =11.4 ×3 31.2مساحة مقطع األنبوب الفرعي

= 31.2

= 39.74

إنش 6.3 × 60 = 378 cm = 3.78 m < 2.5 m

مرة قطر األنبوب الفرعي . 61أم أهنا ربقق الشرط : إف طوؿ األنبوب أصغر أك يساكم كلدينا من أسس التصميم :

=( 1.7 2 ) . cm2 31.2نا مساحة األنبوب الفرعي لدي

أنبوب 50لدينا عدد األنابيب الفرعية ادلوصلة باألنبوب الرئيسي كبالتلي رلموع مساحات مقاطع األنابيب الفرعية :

51 × 31.2 = 1560 cm2

( : 1.7مساحة ادلقطع لألنبوب الرئيسي ) طلتار 1.7 × 1560= 2652 cm2

= 2652 cm2

24

= 3378.34

≈ 60 cm

كيف ىػػػػذه احلالػػػػة نسػػػػتطيع أف نسػػػػتبدؿ األنبػػػػوب دبجػػػػرل مسػػػػتطيل تصػػػػب فيػػػػو األنابيػػػػب الفرعيػػػػة أبعػػػػاده 45 cm ×61

تصميم األنابيب اخلارجية ادللحقة :

أنبوب تغذية ادلرشح بادلياه اخلارجية من حوض التكيق . -

cm/sec =0.5 m/sec 50وؿ سرعة الدخ

. m3 /day 3125التدفق اليومي الوارد إىل ادلرشح -

= 0.036 m3/sec .

مساحة مقطع أنبوب التغذية:

= 0.072 m2 = 720 cm2

A = = 720 cm2

D = 30.28 cm ≈ 30 cm ≈ 12 inches

أنبوب مياه الغسيل : -

L/m2/min 800 500 = معدؿ الغسيل

: m2 25/ ، كلدينا مساحة ادلرشح 611ادلتوسط /

600 × 25 = 15000 L/min = 15 m3 / min = 0.25 m3 /sec : m/sec 2تؤخذ السرعة الوسطية يف أنبوب الغسيل

25

D = 0.399 m = 40 cm

.اـ قناة أك رلرل كذلك حسب تصريف مياه الغسيل من ادلرشحكقد يق

أنبوب ادلياه ادلرشحة كاليت تقود ادلياه إىل خزانات التجميع : -

m3/sec 0.036تدفق ادلرشح

m/sec 2 – 1كالسرعة يف أنبوب التشيح

m/sec 1.5نأخذ السرعة ادلتوسطة

ولة في المرشح الرمليضياع الحم

كتصبح النفاذية غت ثابتة كعالقة ،عندما يبدأ انسطاـ السرير التشيح تتناقص نفاذية ادلنطقة ادلنسطمةة حيث يكوف ضياع مبل فقط يف ادلنطقة غت ادلنسط ،دارسي التصبح قابلة للتطبق يف ادلنطقة ادلنسطمة

دلاء حسب العالقة:لرمل ادلعبور من قبل اااحلمولة متناسب مع مساكة

dH

dL k

Q

A

1

على زلور التاتيب االرتفاع الكلي للماء يف كل نقطة كعلى زلور الفواصل (8ػ 4) تبت يف الشكل عندما يكوف ادلرشيح متوقف عن العمل فإف العالقة بت ارتفاع ادلاء .معرب عنو بارتفاع ماء ،يظهر الضغط

السنتيمتات األكىل العلوية من السرير كيتناقص لكن يتسخ ادلرشح يف ،CDكالضغط تعطى بادلستقيم

26

كدبا أف باقي مساكة سرير التشيح نظيفة فإف الضغط ، CEالضغط يف ىذه ادلنطقة حسب ادلنحت .EFيتناقص حسب ادلستقيم

كأختان إىل Gك Eمث تتقدـ إىل ادلستول Cتكوف جبهة التشيح يف بداية التشيح على ادلستول . F دلستولا

.منحنيات الضغط يف سرير ترشيح تقليدم :(8ػ 4الشكل )

ينبغي ذبنب ىذا ،Kك Iيوجد فراغ يف سرير التشيح بت ادلستويات ، CIJKLيف حالة ادلنحت

الظرؼ بتوقيف التشيح قبل أف ؼلرج ادلاء . حـ ضياع الحمولة في سرير الترشي 6ـ4

يقاس بضياع احلمولة، أك ىبوط ،ينتج عن جرياف ادلاء عرب سرير التشيح ضياع طاقة بسبب االحتكاؾ الضغط الذم يتعرض لو ادلاء.

حسب قانوف دارسي: Kعندما يكوف سرير التشيح نظيفان فإف ضياع احلمولة يتعلق بنفاذية السرير

HQ L

K A

(3 - 21)

حيث: Q: تدفق ادلاء ادلعد للتشيح. :L ارتفاع طبقة سرير التشيح. :A مساحة مقطع السرير.

.خالؿ التشيح ينسطم السرير بسرعة كبتة أك قليلة كبالتايل يزداد ضياع احلمولة

27

موضوعت على Bك Aضغط يزكد دبقياسضياع احلمولة يف مرشح م (9ػ 4) الشكليبت يف ق ربت مستول ادلاء .نفس العم

.ضياع احلمولة يف ادلرشح :(9ػ 4الشكل ) لكن عندما يبدأ جرياف ادلاء ،صلد نفس قيمة الضغط يف ادلقياست ،عندما يكوف ادلرشح حبالة استاحة

يشت إىل ضغط أقل: Bفإف ادلقياس PB < PA

كالفارؽ: (H)T = PA - PB

ضياع احلمولة الناتج عن جرياف ادلاء عرب سرير التشيح كطبقة البحص كذبهيزات مجع ادلاء الراشح أك بيد .( كتصبح قياس لدرجة إتساخ ادلرشح Hاد قيمة )دمع تقدـ إتساخ ادلرشح تز .األرضية ادلستعارة

أما ضياع احلمولة الذم سببو فقط سرير التشيح ىو الذم يتغت .( Hأنو ينبغي ذكر أف اجلزء من ) .فقطح عن األرضية ادلستعارة فيتبع لبنيتها تالنا

بالعالقة: Bالضغط يف يعطى من ناحية ثانية PB = H - (H)T

حيث: H ارتفاع ادلاء فوؽ منسوب مقياس الضغط.

أم H ،H =(H)T(حىت تصبح مساكية لػ H)Tسطاـ سرير التشيح تزداد قيمةمع استمرار ان . = B ، 1 PBينعدـ الضغط يف

حيث ان سالب PBكإذا استمر التشيح بعد ىذا يصبح الضغط > H (H)T .

تمتات األكىل من الطبقة العلوية ضياع احلمولة ، خاصة ، يف السنػلصل ،يف حالة سرير ترشيح تقليدمينتج عن ىذا أف .للسرير حيث تتكز احلبيبات األنعم بسبب التطبق الذم ينتجو الغسيل االرتدادم

28

كتزداد ىذه ،ربصل ظركؼ انفراغية ربت ىذه الطبقة السطحية يف البداية حىت داخل طبقة التشيح .الظركؼ كلما كاف ارتفاع ادلاء أقل

أقل من الضغط اجلوم داخل سرير التشيح يؤدم إلزالة الغازات من ادلاء كتتشكل إف كجود ضغط ادلرشح. فقاعات ىوائية قادرة على التسبب يف إنسطاـ

ـ المرشحات السريعة المكشوفة ذوات الطبقات المتعددة 7ـ4

بيبات الرمل تبعان من ادلالحظ أف ادلرشحات السريعة التقليدية احلاكية على طبقة رمل تتعرض إىل تنضيد حلألبعادىا بعد عملية الغسيل االرتدادم فاحلبيبات الكبتة تتوضع يف أسفل الطبقة بينما احلبيبات األنعم

ذات تركيز أعلى أم أف احلبيبات األكثر قابلية لإلنسطاـ ستقابل مياه ،تتوضع يف الطبقة العليا السطحيةلعلوية من رمل التشيح كبالتايل ضركرة إيقاؼ التشيح يؤدم ىذا إىل إنسطاـ سريع للطبقة ابالشوائب.

إلجراء الغسيل االرتدادم على الرغم من أف الطبقات األعمق من سرير الرمل كاحلاكية على احلبيبات األكرب مل تصل حلالة اإلنسطاـ .

حلل ىذه ادلسألة ؽلكن استخداـ مرشح متعدد الطبقات حبيث تكوف الطبقات العلوية حاكية علىكحىت اليقلب الغسيل االرتدادم ىذا ،حبيبات ذكات أبعاد أكرب من أبعاد حبيبات الطبقة السفلية

التوزيع لتطبق احلبيبات ينبغي أف تكوف الكتلة احلجمية للحبيبات يف الطبقة العلوية أدىن من الكتلة بقة باستخداـ فحم ينفذ ىذا اإلجراء يف حالة ادلرشح ثنائي الط .احلجمية حلبيبات الطبقة السفلية

.دلكسر يف الطبقة العلوية كالرمل السيليسي يف الطبقة السفليةااالنتاسيت تخفيض تداخل الطبقات مع بعضها ألقل ماؽلكن ينبغي اختيار أبعاد احلبيبات حبيث يكوف سبدد ل

خذ باالعتبار متساكية تقريبان . يأ ،الطبقات كسرعة سقوط احلبيبات ادلختلفة األبعاد كالكتلة احلجمية ترشيح ثنائي الطبقة أف يكوف: قوانت التسيب من أجل نظاـ جرياف انتقايل يلـز من أجل سرير

d

d

w

w

1

2

2

10 62

FHG

IKJ

l l

l l^ .

29

(3 - 22)

حيث: d1 : القطرd60 حبيبات الطبقة العلوية.من ان( % كزن61)قطر ادلنخل الذم ؽلرر

e1 :. الكتلة احلجمية حلبيبات ىذه الطبقة d2 : القطر الفعاؿd10 كزنان( حلبيبات الطبقة السفلية.11)قطر ادلنخل الذم ؽلرر % e2 :الكتلة احلجمية حلبيبات ىذه الطبقة. e3 :.الكتلة احلجمية للسائل

يف ىذه الطبقات، كبالتايل تنقص نفاذية ادلناطق اإلنتقالية، لكن الؽلكن ذبنب حصوؿ بعض التداخل أما فيما ؼلص السماكات النسبية لكل كاحدة من ،ادلناطق اإلنتقالية بقوة أكربتنسطم كخالؿ التشيح

لتالية:االطبقتت، نقبل بشكل عاـ القاعدة

l

l

1

2

60 1

60 2

d

d

( )

( ) (3 - 23)

ـ ضبط تدفق الماء الراشح في المرشحات المكشوفة 8ـ4

تغت للمحافظة على تدفق ثابت للماء الراشح على الرغم من تقدـ انسطاـ سرير التشيح قد نضطر ل .مساكة طبقة ادلاء فوؽ سرير التشيح

فإف ادلاء يعرب طبقة التشيح بسرعة كبتة إذا مل يكبح مركره بوساطة ذبهيز عندما يكوف ادلرشح نظيفان ضياع التعويض ىذا كلما ازداد انسطاـ سرير كيقلل .ميكانيكي أك ىوائي ؼللق ضياع محولة تعويض

.التشيح ، حبيث ضلافظ على تدفق ثابت للماء الراشحادلتوفرة لضبط تدفق ادلاء الراشح، إىل ادلبدأين لنشت ، دكف الدخوؿ يف تفاصيل التجهيزات ادلتعددة

اللذين ػلكماف التجهيزات: سفليال التحكم أو علوي ال التحكم احلفاظ على مستول ثابت للماء فوؽ ادلرشح. تؤمن تغذية تحكم العلوم مهمة ذبهيز التحكم يف حالة ال

يت حبيث يستقبل كل مرشح تدفق ماء ثابت. تقاد حركات عة قابلة للتادلرشح بادلاء بوساطة ىدار أك فتح (.11ػ 4الشكل ) كما يفض لضياع احلمولة إنطالقان من مستول ادلاء فوؽ ادلرشح ر العضو ادلع

30

.ضبط تدفق ادلاء الراشح مع مستول ثابت للماء فوؽ ادلرشح (:11ػ 4) الشكل

ذبهيز الضبط احلفاظ على تدفق ماء راشح ثابت يف ادلرشح لكن مستول يف حالة الضبط السفلي مهمة تغذية كل حوض ترشيح على .ادلاء فوؽ ادلرشح ؽلكن أف يتغت ليعوض ضياع احلمولة يف سرير التشيح

) شكلالالعضو ادلعوض لضياع احلمولة يوفراف بوساطة ىدار أك فتحة قابلة للتغبت بحدة بادلاء كالتحكم .(11ػ 4 4ـ أرضية المرشح 3ـ وسط الترشيح 2ـ مدخل الماء المعد لمترشيح 1

ـ ماء راشح 5ـ ضابط لمتدفق

.يف مستول ادلاء فوؽ ادلرشح ضبط تدفق ادلاء الراشح مع تغيت (: 11ػ 4الشكل )

ـ للحفاظ على ثبات تدفق ادلاء الراشح أنبوب فانتورم يوضع عند أنبوبة سلرج ادلياه الراشحة كما استخددفق ادلاء يف ادلرشح بذراع الرافعة اليت ينزلق عليها كزف معت حبيث يسمح دبركر كمية ادلاء تحيث يوازف

بت عنق كهناية اجلهاز عن عندما يزداد تدفق ادلاء الراشح يزداد فرؽ الضغط .احملددة بوزف الرافعة فقط

31

القيمة ادلوازنة بذراع الرافعة كبالتايل ينخفض القرص ادلرف إىل األسفل فيغلق قليالن فتحة ادلاء كينقص التدفق ادلار شلا يؤدم إىل نقصاف فرؽ الضغط بت طريف القرص عن القيمة ادلوازنة بذراع الرافعة . . .

الشكل يتوازف التدفق كبالتايل فرؽ الضغط مع القيمة بذراع الرافعةكىكذا يرتفع القرص ادلرف ثانية إىل أف (.12ػ 4) ـ ماء راشح 5ـ ضابط لمتدفق 4

.أنبوب فانتورم منظم لتدفق ادلياه الراشح (:12ػ 4الشكل )

)المضغوطة( المرشحات السريعة المغلقة ـ 9ـ4كبقاع أك أفقية شاقولية ةمغلق خزاناتمن ( 13-4كما يظهر يف الشكل )رشحات تألف ىذه ادلت

كتضخ ادلياه إىل ىيكل ادلرشح ،بار 6قد يصل إىل ادلاء ادلعد للتشيح ربت ضغط اؽلر فيه كركم كر ادلياه عرب الطبقة ادلرشحة (. كسب1( حيث توزع بوساطة قمع )8( عن طريق األنبوب)2ادلضغوط )أما بالنسبة دلياه .( إىل الشبكة5(، ك تضخ عرب األنبوب )3شبكة صرؼ ادلياه ادلرشحة ) كمنها إىل

( ادلوصوؿ 1( يف اذباه معاكس حيث ذبرم ادلياه عرب القمع )3الغسيل فإهنا تضخ عرب شبكة الصرؼ )مع (. كتنظم شدة الغسيل عرب صماـ7( كبالتايل إىل اجملرل )9( الذم يقع عليو سكر )8باألنبوب ) (.4( تتوضع فتحة )2( كعلى جانب سطح ادلرشح )2عوامة )

مت( 3.4 كإف زيادة القطر عن ) (مت 1 - 3.4 تتاكح أقطار ادلرشحات الشاقولية ادلضغوطة بت ) .ادلرشحات اجلاىزة لالستخداـ نقلعملية تؤدم إىل صعوبات يف

32

مضغوط.مرشح مغلق شاقويل سلطط :(13ػ 4 )الشكل

مواد ذكات أبعاد حبيبات ككتلة حجمية تتوافق مع أعلية السرعة االرتدادية تكوف الطبقة ادلرشحة من ت كتستند طبقة التشيح على طبقات متتالية من مواد ذكات ك رشحة،طبقة ادلالدلاء الغسيل الالزمة لتمديد

.أبعاد حبيبات متزايدة كلما اذبهنا ضلو األسفل

ضياع احلمولة األقصى الذم . كيتبع ـ/سا تبعان ألبعاد احلبيبات 51إىل 5تتغت سرعة التشيح من ،ػلصل يف هناية دكرة التشيح يف ىذه ادلرشحات لنعومة حبيبات طبقة التشيح كلسرعة التشيح ادلطبقة

بار . تتعلق سرعة غسيل ادلرشح بأبعاد احلبيبات أيضان، 2.5ك 1.2كن أف يتغت الضياع بت ؽلك % . 25إىل 15نبغي عليها ربقيق سبدد ارتفاع طبقة التشيح بنسبة حيث ي

ـ/سا . 35ملم تطبق سرعة غسيل 1.35ذلذا من أجل حبيبات ذكات قطر فعاؿ

ملم 1.95ـ/سا كمن أجل قطر فعاؿ 65فتكوف سرعة الغسيل 1.75أما من أجل قطر فعاؿ ـ/سا. 81فتطبق سرعة غسيل

دقائق 8ك 5يل ادلرشح تبعان لنوعية ماء الغسيل اخلارج، تراكح ىذه ادلدة بت يتم ربديد مدة دكرة غس تبعان إلرتفاع الرمل ككمية ادلواد احملجوزة .

أما ادلرشحات الشاقولية ذكات الغسيل بادلاء كاذلواء معان فيمكن أف تكوف مؤلفة من طبقة ترشيح كحيدة التشيح على أرضية معدنية مثقبة تثبت عليها تستند طبقة .متجانسة أك من عدة طبقات ترشيح ( . 14ػ 4مصايف معدنية أك بالستيكية )شكل

33

ـ كأس التغذية 4ـ أرضية مع مصاف 3ـ الكتمة المرشحة 2ـ جسم المرشح 1

ـ خروج ماء الغسيل 8 ـ دخول ماء الغسيل 7 ـ خروج الماء الراشح 6ـ دخول الماء الخام 5ـ 12واء هـ تفريغ ال 11 ـ تنفيث الهواء 11ـ دخول هواء الغسيل 9

ـ حمقة غسيل 13 فتحات

: مكونات مرشح مغلق ذك غسيل بادلاء كاذلواء معان .14ػ 4الشكل

متزامن ذلواء كماء راشح بتدفق ضعيف كباذباه عكسي، مث تتم ينفذ غسيل ىذه ادلرشحات بإمرار عملية شطف للسرير بتدفق ماء راشح كبت.

من أىم ادلواصفات الشائعة للمرشحات الشاقولية ذكات الغسيل بادلاء كاذلواء نذكر:

ملم . 1.35إىل 1.7ػ القطر الفعاؿ حلبيبات الطبقة ادلرشحة من

. سا2/ـ3ـ51ػ تدفق ىواء الغسيل

. سا 2/ـ3ـ 7إىل 5ػ تدفق ماء الغسيل خالؿ نفث اذلواء من

. سا 2ـ /3ـ 25ػ 15من هػ تدفق ماء الشطف لوحد

بار. 1.4ك 1.1ػ ضياع احلمولة يف هناية دكرة التشيح بت

دلعد للتشيح تتاكح ؼلتار ارتفاع طبقة التشيح تبعان لسرعة التشيح كألعلية تركيز ادلواد ادلعلقة يف ادلاء ا ـ/سا . 21ك 4سرع التشيح بت

. كانطالقان /3ـ 5111تستخدـ ادلرشحات الشاقولية ادلضغوطة يف زلطات ادلعاجلة ذات االنتاجية اليـواليـو كيف الظركؼ اليت اليسمح فيها /3ـ 5111من الناحية األقتصادية كعندما تزيد االنتاجية عن

ية ادلسلحة ادلكشوفة يلجأ إىل استخداـ ادلرشحات األفقية ادلضغوطة. استخداـ ادلرشحات البيتونمت 27مت كسطح ترشيح حىت 11مت كطوؿ حىت 3.4كتكوف ىذه ادلرشحات بأقطار تصل حىت

مربع.

باقتصاد يف اإلنشاء عندما يكوف ادلقصود إصلاز سطوح ترشيح ادلرشحات ادلغلقة األفقية يسمح ظلوذج من سطوح أصغر موجودة سابقان حيث يكفي زيادة طوؿ الوعاء األسطواين ذك احملور كبتة إنطالقان

األفقي بدكف تعديل قطره.

ػ 4كما ؽلكن كضع عدة مرشحات أفقية فوؽ بعضها البعض لتقليل مساحة األرض الالزمة )شكل 15 .)

34

فقية فوؽ بعضها البعض .نصب ادلرشحات ادلغلقة األ: 15ػ 4الشكل

لتشيح مياه خاـ قليلة احلمولة بادلواد ادلعلقة ألف مساكة طبقة ادلضغوطة تستخدـ ادلرشحات األفقية ـ فقط. 1.5التشيح حوايل

غت مفيدة لالستعماؿ كمرشحات ابتدائية لتخفيف احلمولة عن ادلرشحات الرميلة ضغوطة ادلرشحات ادلفائدة من ادلستول البيتكمتم تتطلب مساحات كاسعة عند سطح األرض كالالبطيئة إذ اف األختة

لقة. غالعايل للماء الراشح اخلارج من ادلرشحات ادل

ألف الضخ الالـز لتوجيو ادلياه إىل ادلرشح التخثت يستخدـ التشيح ربت الضغط كمعاجلة بعد أيضان الستعمل ادلرشحات ادلغلقة لتأمت مياه االمداد لذلك ت ،يكسر الندؼ شلا يقلل من فعالية التشيح

إنطالقان من مياه خاـ ذكات نوعية جيدة يف كل الظركؼ كادلياه اجلوفية. كما تستعمل لتأمت ادلياه للمصانع أك الوحدات السكنية ادلتنقلة كوحدات اجلنود احملاربة كيف ىذه احلالة يثبت ادلرشح ادلغلق على

مكاف إىل آخر حسب احلاجة. سيارة نقل عادية لنقلو من

الترشيح باألغشية -4-11

35

كيتقدـ .كتبعان ألبعاد ىذه ادلسامات يتم حجز ادللوثات ،ربتوم أغشية التشيح على مسامات دقيقةإلصلاز عمليات فصل لشوائب معلقة أك غركانية أك منحلة اهادلييف معاجلة األغشية باستمرار استخداـ

ادللوثاتلذلك ربدد نوعية األغشية اليت ؽلكن استخدامها تبعان ألحجاـ ،غشيةاألتبعان ألبعاد مسامات (16-4) ادلطلوب فصلها كما يف الشكل

أساليب التشيح ادلمكنة.(: تصنيف ادللوثات يف ادلياه حسب أبعادىا، ك 16-4الشكل )

ات األغشية ذبزئة زللوؿ التغذية إىل جزئت األكؿ ىو احمللوؿ النافذ عرب الغشاء ك يف التقانات ذ يتمPermeat كالثاين ىو احملجوز من قبل الغشاءRetentat (17-4)كما يف الشكل.

36

.إىل عملية ادلعاجلة باألغشية إىل تدفقت خارجت (: توزع التدفق الداخل17-4)الشكل

،حيزان كبتان كال أعماؿ ىندسة مدنية ضخمة ذكات األغشية تطلب األجهزة ادلستخدمة يف التقنياتتكال التقانات كميات سللفات أدىن من تلك الناذبة عن طرائق ادلعاجلة التقليدية ذه ينتج عن معاجلة ادلياه هبك

.أك الكيميائية)فرؽ ضغط( كما يف تقانة التشيح ىي يف الغالب ميكانيكيةباألغشية لقوة احملركة يف عملية معاجلة ادلياه ا

النانومتم أك التشيح Ultrafiltrationفائق الدقة أك التشيح Microfiltration الدقيق Nanofiltration اضح العكسيػػػػأك التن Reverse Osmosis .

كونات يف زللوؿ بينما سبنع مادلستخدمة يف عمليات ادلعاجلة ىي أغشية تسمح بنفوذية األغشيةدبا أف .تركيب احمللوؿ العابر للغشاء ؼلتلف عن تكوين احمللوؿ ادلعد للمعاجلة فإفخرل من النفوذ أكونات م

الذم درس ظاىرة التناضح ) أم مركر Nolletيعزل مفهـو غشاء نصف منفذ إىل القسيس نوليت ادلذيب من زللوؿ ذم تركيز منخفض إىل زللوؿ ذم تركيز أعلى ( باستخداـ أغشية حيوية طبيعية

.أما ربديد الضغط اإلمسوزم فتم يف كسط القرف التاسع عشر تتميز سلتلف طرائق الفصل اليت تستخدـ األغشية نصف ادلنفذة بػ

بعد اجلزيئات ادلعتربة ادلطلوب حجزىا. - ركة للتحويل.طبيعة القوة احمل -

الطبيعة الفيزيائية كالكيميائية للغشاء. -

:رمن أىم طرائق ادلعاجلة اليت تستخدـ األغشية، نذك

37

Microfiltrationالترشيح الدقيق -

كأحياء دقيقة موجودة بشكل Particleعملية تعتمد على فصل جسيمات التشيح الدقيق ىو رار ربت ضغط بسيط )عدة بارات ( ادلذيب عرب ميكركمت( بإم 11ميكركمت حىت 1معلقات )من

.الغشاء. يطبق التشيح الدقيق إلزالة ادلعلقات كإزالة التلوث اجلرثومي من احملاليل Ultrafiltrationالترشيح فائق الدقة -

أمت جرياف ربت ضغط بت، عملية تسمح بتنقية أك تركيز ادلعلقات الغركائيةالتشيح فائق الدقة ىو 1.1مسامات صغتة جدان ) أدىن من م بتماس مع غشاء نصف منفذ ذك بار ( 11أدىن من متوسط )

جز ىذا الغشاء بفعل الغربلة اجلسيمات أك اجلزيئات الضخمة Macromoleculesميكركمت ( ػلحذات األقطار اذليدركديناميكية األكرب من قطر خاص يدعى حد الفصل بينما يحعرب ادلذيب كاألجساـ

يدعى اجلزء الذم يعرب الغشاء .ابة ذات الكتلة اجلزيئية الضعيفة بتدفق يتناسب مع الضغط ادلطبقادلذزللوؿ مركز بادلركبات ذات الكتلة اجلزء اآلخر فهو أما Permeat باجلزء النافذ أك احمللوؿ الراشح

األساسي بت التشيح . الفارؽ Retentat اجلزيئية العالية كيدعى ىذا احمللوؿ باحملجوز أك ادلمسوؾالدقيق كالتشبح فائق الدقة ىو أبعاد اجلسيمات احملجوزة من قبل الغشاء فالتشبح فائق الدقة أكثر تقدمان

.ميكركمت 1.11حيث بإمكانو حجز جسيمات أبعادىا تصل إىل Nanofiltrationالترشيح النانومتري

سي حيث أمكن تصنيع أغشية ترشيح نانومتم التشيح النانومتم ىو تطور يف تقانة التناضح العكتبدم خصائص رفض انتقائية للشوارد ادلوجودة يف ادلاء، خبالؼ أغشية التناضح العكسي اليت تزيل كل

إف أغشية التشيح النانومتم ربجز بكفاءة عالية جدان الشوارد متعددة التكافؤ .الشوارد بنسبة مرتفعةك ( كربجز بكفاءة أقل الشوارد أحادية التكافؤ )مثل الصوديـو.. تاتكالكربينيكل كالكادميـو )مثل ال

.الكلورايد(البوتاسيـو ك

كبالتايل ضغط ،تقانة التشيح النانومتم عندما يراد احلصوؿ على إزالة معتدلة لألمالح من ادلاءتستخدـ .التشغيل الالـز يكوف منخفض ككذلك استهالؾ الطاقة

Reverse Osmosisالتناضح العكسي يرتكز على تطبيق يف اجلهة العليا من احمللوؿ ضغط ىيدركديناميكي أعلى من الضغط اإلمسوزم للمحلوؿ

بار ( احلصوؿ على زللوؿ راشح 111إىل 31ؽلكننا نتيجة لتطبيق ضغوط عالية ) من .ادلائيPermeat جوز أك ادلمسوؾ مكوف من ماء نقي بينما ربجز اجلزيئات الصغتة يف احمللوؿ احمل

38

Retentat .التناضح العكسي إف OI ادللوحة ذات الكتلة اجلزيئية الضعيفة كىذا يػفحرقو عن ؼلص .الذم من أجلو تكوف أبعاد اجلزيئات أكرب U.F التشيح فائق الدقة

.كاحملاليل ادلياهيطبق التناضح العكسي إلزالة العديد من الشوارد من ضحظاهرة التنا -4-11-1

يب نقي ذبتماس مع م A+Sالتناضح ىو ربويل حلظي للماء الذم نالحظو عندما نضع زللوؿ مائي S بوساطة غشاء ذم نفوذية انتقائية يتؾ )ادلاء( كمذيب فقط ليمر. كيتم تساكم التكيز بت احلجرتت

ك .(18-4كما يف الشكل ) بفضل انتقاؿ ادلاء من احمللوؿ ادلمدد )ادلاء النقي( إىل احمللوؿ األكثر تركيزان يتجم انتقاؿ ادلاء بظهور فارؽ يف ادلستول اذليدركستاتيكي بت احلجرتت يزداد مع الزمن ليصل إىل قيمة

.( تدعى الضغط اإلمسوزم للمحلوؿ ) حدية يثبت عندىا

يق ضغط على ؽلكن عكس جهة جرياف ادلاء من احمللوؿ ذم التكيز العايل إىل ادلاء النقي عن طريق تطب .حسب فانت ىوؼ ػلسب ك ، األمسوزم احلجرة ذات احمللوؿ أعلى من الضغط

.كالوصوؿ إىل حالة التوازف (: ظاىرة التناضح18-4الشكل )

قانون فانت هوف -4-11-2

كفق العالقة a1يف احلالة العامة يتعلق الضغط اإلمسوزم للمحلوؿ بفعالية ادلذيب

زللوؿ ماء

S A+S

التناضح -أ

A+S

زللوؿ

ماءS

التوازف -ب

39

[1] smm P

P

V

TRa

V

TRlog

.log

.

1,

1

1,

بار ( 5-10 =: الضغط اإلمسوزم )الباسكاؿ حيث: R ( ثابت الغازات الكاملة :R=8.31 1-. موؿ 1-جوؿ . كالفن joul.K-1.mol-1 ) T كالفن ( درجة احلرارة ادلطلقة :K ) Vm,1 ـ ( 1-. موؿ 3: حجم ادلوؿ الواحد من ادلذيب m3.mol-1 )

: a1 فعالية ادلذيب. P: ضغط البخار للمحلوؿ Ps: ) ضغط البخار للمذيب )ادلاء

:أم x1إىل الكسر ادلويل للمذيب a1يف حالة احملاليل ادلمددة ؽلكن تشبيو فعالية ادلذيب :) عدد موالت ادلذيب / رلموع موالت ادلذاب كادلذيب ( أم يكتب الضغط اإلمسوزم بالعالقة

)1log(.

log.

2

1,

1

1,

xV

TRx

V

TR

mm

على رلموع n2ويل للمذاب )ادلعدنية ، ادللوحة( الذم يساكم عدد موالت ادلذاب الكسر ادل x2حيث صغتة ؽلكننا كتابة x2لكن عندما تكوف ب من أجل احمللوؿ ادلمدديموالت ادلذ

أي تصبح عالقة الضغط األسموزي

عدد موالت ادلذاب. : n2حيث: n1 : .) عدد موالت ادلذيب ) ادلاء

نلكVm,I . n1=V

TRVM

mTRCTR

V

n

mn

nTR

Vx

V

TR

mm

..

....1.

2

22

2

21

2

1,

2

1,

40

.حجم ادلوؿ االخر Vm,1مع Vm,1x n1 : حجم احمللوؿ = Vحيث m2 : ذاب ذك الكتلة اجلزيئية

M2كتلة ادل

:C2 التكيز ادلويل للملوحة )ادلذاب ( يف احمللوؿ األضعف تطبق Mكتلة فإف ادللوحة )ادلذاب( ذات ال متساكية m2نالحظ أنو من أجل كتلة منحلة

ذاب( ذات الكتلة اجلزيئية األكربأضغط لذلك فاحملاليل اليت تعاجل بتقنية مسوزم أعلى من ادللوحة )ادل

كحيث اجلسيمات ادلنحلة ذات كتلة مولية التشيح فائق الدقة

قانون فانت هوف

TRvM

mTRC .

...

2

22

: = ( بار 5-11الضغط اإلمسوزم )الباسكاؿ. C2 :التكيز ادلويل للمذاب يف احمللوؿ. R : جوؿ/ موؿ.كالفن 8.314ثابت الغازات العامة. T :) درجة احلرارة ادلطلقة )كالفن.

m2 كتلة ادلذاب كغ يف حجم احمللوؿV 3ـ . M2 الكتلة اجلزيئية للمذاب كغ/ موؿ.

الكتلة اجلزيئية األصغر كذيطبق ادلذاب ،متساكية كادلذيبت سلتلفت m2نالحظ أنو من أجل كتلة منحلة

لذلك فاحملاليل اليت ،ضغط أمسوزم أعلى من ذلك الذم يطبقو ادلذاب الثاين ذك الكتلة اجلزيئية األعلىحيث تكوف اجلسيمات ادلنحلة ذات كتلة جزيئية كبتة ) جزيئات ضخمة التشيح فائق الدقةتعاجل بتقنية

Macromolecules أمسوزم ضعيف بعكس احملاليل اليت تعاجل بتكنولوجيا ( تشكل ضغط .كتلة جزيئية ضعيفةذم ب االتناضح العكسي حيث تكوف احملاليل ادلعدة للمعاجلة حاكية على مذ

.زيئػػات ادلػػادة ادلذابػػة كادلػػذيب كتتبعثػػر بطريقػػة متجانسػػةجشػػر تتن :ؽليػػل تركيػػز زللػػوؿ إىل أف يكػػوف منتظمػػان إذا سػػكبنا يف إحػػدل احلجػػرتت مػػاء نقػػي كيف .رتت بوسػػاطة حػػاجز نفػػوذلنأخػػذ حػػوض مفصػػوؿ إىل حجػػ

مكبػالتواز ،األخرل زللوؿ مائي من سكر القصب مثالن، ػلصل انتشػار جلزيئػات ادلػاء ضلػو احمللػوؿ السػكرم

41

تنتشػػػر جزيئػػػات مػػػن سػػػكر القصػػػب ضلػػػو ادلػػػاء النقػػػي حػػػىت يػػػتم ذبػػػانس اجملمػػػوع ىػػػذه ىػػػي ظػػػاىرة التناضػػػح أردنػػا عكػػس اذبػػاه جريػػاف ادلػػاء فإنػػو يلػػـز تطبيػػق ضػػغط أعلػػى مػػن الضػػغط األمسػػوزم علػػى ، كإذا (حللػػوؿ)ا

.( 19-4شكل )يف ال كما يف احمللوؿ

(: آلية عمل التناضح كالتناضح العكسي. 19-4الشكل)

42

ئػػػات ) لػػػبعض اجلزيذة و فػػػربػػػوم مسػػػامات بأقطػػػار متغػػػتة كبالتػػػايل ن ،تػػػدعى نصػػػف نفػػػوذة الػػػيت احلػػػواجزإف األصغر ( فقط. ىذه حالة احلواجز اخللوية كأيضػان بعػض ادلػواد الصػناعية كاالغشػية السػيلللوزية. عنػد فصػل

نالحػػظ ،نفػػوذ، تسػػتطيع اجلزيئػػات الصػػغتة للمػػذيب عبػػور ىػػذا اجلػػدارالر نصػػف ااحلجػػرتت دبثػػل ىػػذا اجلػػديف أكثر. يطبػق إذان ان ا كاف احمللوؿ مركز كيزداد ارتفاع ادلستول كلم ،ارتفاع ادلستول يف جهة احمللوؿ السكرم

)الضػػغط يػػدعى ىػػذا الضػػغط بالضػػغط احللػػويل hيتناسػػب مػػع فػػرؽ االرتفػػاع ∏ىػػذه احلجػػرة ضػػغط مػػا فصػػوؿ منقػػي مػػذيبلضػػغط الواجػػب تطبيقػػو علػػى احمللػػوؿ دلنػػع دخػػوؿ علػػى أنػػو ا، كيعػػرؼ أيضػػان (االمسػػوزم

( مهمػػػة جػػدان يف البيولوجيػػا، تتصػػػرؼ حللػػوؿ)ا حتناضػػظػػػاىرة ال . إفلنفػػوذاشػػػاء نصػػف غلعػػرب اعػػن احمللػػوؿ يػػل ادلػػاء النقػػي للػػدخوؿ إىل ؽلإذ كضػػعت خليػػة حيػػة يف مػػاء نقػػي .احلػػواجز اخللويػػة كجػػدراف نصػػف نفػػوذة

بادلقابػل إذا .كىنػاؾ خطػر انفجارىػا ،اج )انتفػاخ( اخلليػةبػنتكاداخلػي حلػوؿ ػلصػل : اخللية لتمديد زلتواىاؽلػػر ادلػػاء ادلوجػػود يف اخلليػػة إىل احمللػػوؿ ىػػذا مػػػا ضػػػغط(،ال ةزيػػاد)ؿ مركػػز بقػػوة غمػػرت خليػػة حيػػة يف زللػػو

ذلػػذا السػػبب .كػلصػػل إنقبػػاض بركتػػوبالمسي كتػػتقلص اخلليػػة. متجػػو ضلػػو ادلػػذيب حلػػوؿ خػػارجي يػػدعى بػػػ أم غلػب أف يكػوف ح(،تناضػلػوؿ )الضػمن األكردة متسػاكية احل حقػنغلب أف تكوف السوائل ادلستخدمة لل

،للضػغط احللػويل )االمسػوزم( للػدـان ز ىذه السوائل حبيث يكوف الضغط االمسوزم ذلذه السػوائل مسػاكيتركيينجػػػز قيػػػاس الضػػػغط احللػػػويل . غػػػت مالئػػػم لالسػػػتهالؾ الػػػدائم ان كػػػاف نقيػػػ همػػػاككػػػذلك يعتػػػرب ادلػػػاء ادلقطػػػر كم

حمللػػػوؿ يف خليػػػة ( ػلػػػبس ا 21-4الشػػػكل ح كمػػػا يف التناضػػػ احللػػػوؿ ) )االمسػػػوزم( حمللػػػوؿ بفضػػػل مقيػػػاسنقػي، مػذيبيغمػر اجلهػاز يف .ر نصػف نفػوذايعلو اخللية أنبوب ذك قطر صػغت كتغلػق اخلليػة ػد ،كتيمة

يرتفػػع مسػػتول السػػائل يف األنبػػوب الػػدقيق حػػىت .دد احمللػػوؿمػػللخليػػة عػػن طريػػق الغشػػاء ليدلػػذيب يػػدخل ا .ي )االمسوزم(ضحلتنايوازف عكسيان الضغط ادلطبق من قبل العمود السائل للضغط ا

بالعالقة. مم زئبق بواحدةالضغط احللويل )االمسوزم( أم يعطى

6.13.

h

Hgh

المحلول.-4جدار نصف منفذ، -3مذيب نقي، -2أنبوب شعري، -1

43

: مقياس التناضح.21-4الشكل

تكيػز ىػذا ل)االمسوزم( يف زللوؿ ارتفاع الضغط احللويلتبعية hoff vant العامل فانت ىوؼ أظهردرجػة زيػادة مػع ، كمػا يرتفػع الضػغط احللػويلn/vعدد ادلوالت ادلوجودة يف كاحػدة احلجػم لأم ،احمللوؿ

T.احلرارة ادلطلقة T

v

nk ..

.R الكاملة ت الغازاتلثاب kقانوف الغازات الكاملة، يساكم الثابت ىذه العالقةشابو تبالفعل TRnv ...

حلػػويل ضػػغط ،ـ˚1مػػوؿ/ؿ بدرجػػة حػػرارة 1دبعػػت آخػػر يطبػػق زللػػوؿ ذك تركيػػز مػػويل حجمػػي مسػػاكم ؿ مػوؿ غػاز بػنفس درجػة احلػرارة كإذا كضػع يف كعػاء 1لضػغط الػذم يطبقػو ة لمساكي 22.4 ( قيمتوامسوزم)

لت 1حبجم kpa2270atm4.22

1

273082.01

V

T.R.n

ππ

مت 231يطابق للضغط ادلطبق من قبل عمود ماء بارتفاع ىذايف حالػػػة احملاليػػػل االلكتكلتيػػػة يطبػػػق ىػػػذا .ددةشلػػػاليػػػل زلىػػػذا القػػػانوف إال مػػػن أجػػػل يطبػػػقمػػػع ذلػػػك ال

.اجلزيئاتعدد فقط كليس الشوارد يف احمللوؿ ك توافق عندىا إىل العدد الكلي للجزيئات nلكن ،القانوف : عددي تطبيق -

ال تسػػػتطيع .مقاكمػػػة كنصػػػف نفػػػوذة بشػػػكل جيػػػد حػػػواجزيػػػة األساسػػػية ىػػػي احلصػػػوؿ علػػػى فنادلشػػػكلة اللكػػن تػػػنقص فعاليػػػة الغشػػػاء مػػػع أبعػػػاد جسػػػميات لشػػػائعة االسػػػتعماؿ، اجلزيئػػات الضػػػخمة عبػػػور األغشػػػية ا

.ادلذابيل )االمسػوزم( نستخدـ التناضج العكسػي، بالفعػل بتطبيػق ضػغط أعلػى مػن الضػغط احللػو ادلياه عاجلةميف

اء نقػػي ، كربجػػز األمػػالح كاجلزيئػػات دلػػصػػل جريػػاف ، كػلعلػػى تػػرؾ احمللػػوؿ ذيبعلػػى زللػػوؿ ؽلكننػػا إرغػػاـ ادلػػالعايل كىو يوافق نفس الظػاىرة لكػن الغشػاء شيح العضوية بوساطة الغشاء، تدعى ىذه الطريقة أحيانان بالت

.زيئات الكبتةزيئات الشوارد ك ال يوقف إال اجلجادلستخدـ يسمح دبركر يسػمح .لتحقيػق فػوؽ التشػيح أصػغر مػن الضػغط الػالـز لتحقيػق التناضػح العكسػيادلطبق الضغط عمليان

.التضيع عمليات بعضمن فوؽ التشيح باستجاع سوائل مثال :

:ليكن ماء البحر احلاكم على التكيزات ادلولية احلجمية ادلتوسطة التالية

44

l/mol029.0SOl/mol560.0Cll/mol005.0K

l/mol0105.0Cal/mol055.0Mgl/mol48.0Na

2

4

22

ـ 21ماء البحر ىذا بدرجة ةاحسب قيمة الضغط األصغرم الالـز تطبيقة لتحلي الحل :

Cحلسب التكيز الكلي للشوارد يف ماء البحر c=0.048+0.055+0.0105+0.005+0.560+0.029= 1.14mol/l

∏حساب الضغط احللويل )االمسوزم( -

Pasc.k2780atm4.27

)20273)(082.0)(14.1(T.R.CV

T.R.n

تطلب تطبيق ضػغط أعلػى بقليػل مػن قيمػة الضػغط احللػويل )االمسػوزم( لكػن عمليػان تربلية ماء البحر نظريان .ال يستهاف بو يلـز تطبيق ضغط أعلى بكثت معاجلكللحصوؿ على تدفق ماء

المعدل قانون فانت هوف -4-11-3

د التفكك عند معاجلة زلاليل إلكتكليتية بتكنولوجيا التناضح العكسي غلب مضاعفة العالقة األختة بعدi أم

= i .C2m .R.T

iفتكوف قيمة Mg cl2، أما يف زللوؿ كلور ادلغنزيـو Na clيف زللوؿ كلور الصوديـو i=2إف قيمة

.كىكذا 3مساكية إىل

تطبيق عددي °c 27كتكليتية عند درجة حرارة احسب الضغط اإلمسوزم لثالثة زلاليل غت إل

غ/موؿ 511غ/ؿ من مركب ذم كتلة جزيئية 121احمللوؿ األكؿ بتكيز غ/موؿ 5111غ/ؿ من مركب ذم كتلة جزيئية 121احمللوؿ الثاين بتكيز غ/موؿ 51111غ/ؿ من مركب ذم كتلة جزيئية 121احمللوؿ الثالث بتكيز

الحل

) كيلو باسكاؿ (

45

طيات إىل كاحدات اجلملة يساكم الواحد لنحوؿ ادلع iلكتكليتية لذلك عدد التفكك دبا أف احملاليل غت إ S.I العادلية

T =27+273=300 K Cs=120 g/l=120 kg/m3 R=9.314

J/mol.k M1=500 gm/mol=500.10-3kg/mol من أجل احمللوؿ األكؿ

barpascal 6106300314.810500

120 5

3

M2=5000 gm/mol=5000.10-3kg/mol من أجل احمللوؿ الثاين barpascal 6.0106.0300314.8

105000

120 5

3

M3=50000 gm/mol=50000.10-3kg/mol من أجل احمللوؿ الثالث barpascal 06.01006.0300314.8

1050000

120 5

3

الترشيح شيةأغتصنيف -4-11-4

بت نوعت من أغشية من ناحية التكوين ظليز . بت طورين متجانست يعرؼ الغشاء بأنو حاجز انتقائي تشيح:ال symetriqueاألغشية ادلتناسقة

تؤمن ىذه الطبقة عملية الفصل ك من طبقة كاحدة ذات تكوين كمسامات متماثلة ىذه األغشية تتألف لذلك فسماكة ىذه الطبقة (21-4) ، كما يف الشكلكادلقاكمة ادليكانيكية للضغط ادلطبق يف آف معان

.ذات ادلسامات الدقيقة كبتة نسبيان ال تؤمن تدفق ماء راشح عاؿ يف كاحدة السطح Asymetriqueاألغشية الالمتناسقة

األكىل ذات مسامية دقيقة تؤمن الفصل كمساكتها من الطبقة .تتكوف ىذه األغشية من أكثر من طبقة 111طبقة على طبقة ثانية ذات مسامية أكرب كمساكة كبتة تستند ىذه ال ، كميكركمت 1.5حىت 1.1الطبقة الثانية ىذه ليس ذلا أم دكر يف عملية الفصل بل تؤمن فقط ادلقاكمة ، ك ميكركمت 211 –

.ادليكانيكية للضغط ادلطبق

46

األغشية ادلتناسقة كاالمتناسقة.(: 21-4الشكل)

:يز بتنميفأما من ناحية طبيعة مادة األغشية organique membranes األغشية العضوية

ىذه األغشية ،بويل كربونات( ،تتكوف ىذه األغشية من مادة عضوية كالسيللوز أك البوليمت )بويل أميدادلتطرؼ ضعيف، كما أهنا ال تسمح PHال تتحمل ضغوط عالية كال درجات حرارة عالية كربملها للػ

.عمليان بالغسيل االرتدادم

Nonorganique membranes عضويةالشية الاألغ

األغشية غت عضوية ذات تكوين ال متناسق كتتألف غالبان من طبقتت األكىل سبثل اجللد السطحي ادلوضوع على دعامة ذات ثقوب غت متناظرة كالطبقة الفعالة يف الفصل ) أم اجللد السطحي ( ؽلكن أف

تتميز األغشية غت .عامة من الكربوف أك الستاميكدكالطبقة ال Zr تكوف من أكسيد الزركونيـو العضوية دبقاكمتها للعوامل الكيميائية كاحملاليل األصلية كما أف مدة حياهتا العملية أطوؿ من األغشية

.العضوية لكن أسعارىا أعلى أيضان أشكال النماذج الحاوية لألغشية -4-11-5

Module plane a circulationالنموذج المستوي ذو الجريان المتوازي .1

parallel

47

يعترب ىذا النموذج ادلستوم من أبسط كأقدـ ظلاذج تقنيات األغشية ذات اجلرياف ادلماسي استخدـ النموذج ادلستوم ذك اجلرياف ادلتوازم يف البداية لتحقيق التناضح العكسي بينما يستخدـ حاليان لتحقيق

.التشيح فائق الدقةالتشيح الدقيق ك

:.22-4لشكل ا

نموذج مستوي ذو جريان شعاعي: .2يتميز ىذا النموذج عن النموذج السابق بالشكل اذلندسي للصفائح احلاملة لألغشية ذات الشكل

.االىليلجي كربتوم ىذه الصفائح على خنادؽ ذات شكل دكراين

: مقياس التناضح.23-4الشكل

النموذج األنبوبي: .3مفرغة مسامية، قطر األنبوب يتاكح بت عدة مليمتات كعدة سنتيمتات يتكوف ىذا النموذج من أنابيب

يثبت على ىذه األنابيب طبقة فعالة يف عملية الفصل ؽلكن أف تكوف الطبقة الفعالة ىذه إما داخل األنبوب أك على زليطو اخلارجي إف مساحة التبادؿ ادلقدمة يف كاحدة احلجم من ىذه األغشية ليست

ىذه النماذج استخداـ عدد كبت من الوصالت لذلك فهي مكلفة اقتصاديان إال أهنا تتميز كبتة كتتطلب .بسهولة التنظيف لذلك ؽلكن استخدامها دلعاجلة زلاليل عكرة أك ذات تركيز عايل من اجلزيئات الضخمة

: مقياس التناضح.24-4الشكل

:النموذج اللولبي الملفوف .4ء الفعاؿ لولبيان حوؿ دعامة مرنة يدخل ادلاء ادلطلوب معاجلتو أحد أطراؼ يلتف يف ىذا النموذج الغشا

لفة كؽلر زلوريان ربت تأثت الضغط عرب الغشاء كغلمع ادلاء الراشح عرب الغشاء بوساطة دعامة أسفنجية ليصل إىل أنبوب مركزم كؼلرج منو يتميز ىذا النموذج بتقدن مساحة تبادؿ كبتة يف كاحدة احلجم إال

48

أف ىذا النموذج صعب التنظيف لذا فال ؽلكن استخدامو دلعاجلة احملاليل ادلرتفعة العكارة أك ذات تركيز .عايل باجلزيئات الضخمة غالبان ما يستخدـ إلصلاز التناضح العكسي

: مقياس التناضح.25-4الشكل

النموذج المتعدد األقنية: .5ت عضوية كسطح التبادؿ ادلقدـ يف كاحدة احلجم كبت يف ىذا النموذج عناصر التشيح ذات طبيعة غ

مقارنة مع النماذج األنبوبية كتفضل األقنية ادلتوازية ذات األقطار الصغتة كما أف ىذا النموذج يتميز .بسهولة التنظيف

: مقياس التناضح.26-4الشكل

transfert matere نقل المادة في التكنولوجيا ذات األغشيةآليات -4-11-6

لوصف نقل ادلادة عرب األغشية نصف ادلنفذة كلتفست انتقائية ىذه األغشية يعتمد على آليتت: آلية -Solutionاالنتشار -كآلية االضلالؿ – ecoulment capellareاجلرياف الشعرم

diffusion . ربقيق الفصل تبعان يتم U.F التشيح فائق الدقةك M.Fنقبل بشكل عاـ أنو من أجل التشيح الدقيق

ألبعاد اجلسيمات أك لكتلتها اجلزيئية، أم كفق آلية اجلرياف الشعرم، بيد أف اآللية ادلسيطرة يف حالة االنتشار. -ىي االضلاللية O.Iالتناضح العكسي

الجريان الشعري آلية-4-11-6-1

التدفق الواحدم للمذيب -أ

49

تفرز ىذه اجلسيمات تعمل كمنخل للجسيمات ائق الدقةالتشيح فيعترب أغلب الباحثت أف أغشية تدعى حد حسب أبعادىا )أقطار أك كتل جزيئية( أم أف اجلسيمات اليت أبعادىا أكثر من قيمة زلددة

.ال تستطيع عبور الغشاء بعكس اجلسيمات اليت أبعادىا أصغر الفصلكربتوم rتماثلة نصف قطر ادلساـ الواحد إىل حزمة من ادلسامات ادل التشيح فائق الدقةيشبو غشاء

.مساـ Nكاحدة ادلسطح من الغشاء على حيث ) الذم يتبع دلسامية الغشاء Nكلعدد ادلسامات يتبع تدفق ادلذيب لنصف قطر ادلساـ

= ) كلشكل ادلسامات ادلتعرجة حيث اليت ىي نسبة طوؿ األنبوب إىل مساكة الغشاء األنبوب غت مستقيم.

:ػلسب تدفق ادلذيب يف كاحدة السطح من الغشاء من عالقة بوازكم التالية

X

PrNJ

8

4

1

باسكاؿ.ثانية ( -اللزكجة احلركية للمحلوؿ : اللزكجة احلركية للمذيب ) حيث x :مساكة الغشاء

تبعان للعوامل ادلميزة لنسيج الغشاء، أم Nح من الغشاء كبالتعبت عن عدد ادلساـ يف كاحدة السط

2.rN

X

P

X

PrJ

.8

2

1

B ( 2: عامل نفاذية الغشاء ) ـ J1 تدفق ادلذيب يف كاحدة السطح من الغشاء :

.كيتناسب عكسان مع لزكجة ادلذيب P فرؽ الضغط معنالحظ: أف تدفق ادلذيب يتناسب طردان

50

12 JCpJ

التدفق الواحدم للمذاب –ب ؽليز حيث 1 0 للجزء من احمللوؿ الذم عرب الغشاء بوساطة ادلسامات أم نشت بالرمز

توزع أقطار ادلسامات يف الغشاء :ببساطة من العالقة التالية J2ؽلكن حساب تدفق ادللوحة يف كاحدة السطح من الغشاء إذا علمنا

OO C

X

PCJJ )(12

أم . CO = CPلكن

: تركيز ادللوحة يف احمللوؿ العابر )الراشح( Cpحيث CO تركيز ادللوحة يف احمللوؿ احملجوز :

معدؿ االحتجاز -ج لدينا

O

P

O

OC

C

CJ

JCJJ

1

1

212

إذان -1يساكم TRإف معدؿ االحتجاز

O

PR

C

CT 1

51

مستقل عن الضغط ادلطبق كيتبع بشكل أساسي لتوزيع أبعاد مسامات الغشاء TRإف معدؿ االحتجاز الؿ ضلاإل عن آلية التشيح فائق الدقةكألبعاد ادلسامات ادلعدة للحجز كىذا ما ؽليز آلية اجلرياف الشعرم يف

االنتشار يف التناصح العكسي حيث معدؿ االحتجاز يف اآللية األختة ال يتعلق بتوزع أبعاد مسامات - .غشاء التناضح العكسيعندما يزداد الضغط )تشوه TRيف نسبة االحتجاز اطلفاض التشيح فائق الدقةعمليان نالحظ يف عملية

.مطاطي(

تشاراالن –آلية االنحالل -4-11-6-1

االنتشار فإف ادلذيب )ادلاء( كجزء من مكونات احمللوؿ ينحل ضمن مساكة –حسب نظرية االضلاللية .الغشاء الفعاؿ كينتشر عرب الغشاء حبركية تتبع تتدارج الضغط كللضغط االمسوزم كلتدارج التكيز

ة ذباه ادلذاب ادلطلوب عند تصنيع أغشية التناضح العكسي غلب البحث عن مواد أكلية تتمتع بإلفة ضعيف .ه كخبواص شليهة جيدة ذباه باقي مكونات احمللوؿ كبشكل خاص ذباه ادلذيب )ادلاء(ز حج

التدفق الواحدي للمذيب - أ

التالية: يعطى التدفق ادلذيب يف كاحدة السطح من الغشاء بالعالقة

P

TR

VCDJ 111

1

ب ضمن الغشاء: عامل انتشار ادلذي1Dحيث 1C التكيز الوسطي للمذيب ضمن الغشاء :

V1 حجم ادلوؿ الواحد من ادلذيب : X مساكة الغشاء : ر : فرؽ الضغط االمسوزم بت احمللوؿ احملجوز كاحمللوؿ العاب =(R)-(T)

52

P- فارؽ الضغط االمسوزم –الضغط الفعاؿ = الضغط اذليدركستاتيكي

:عندما ال تكوف أية خاصة من اخلواص السابقة عدا الضغط الفعاؿ متعلقة بالضغط ؽلكن أف نكتب

)(11 PKJ

. بار 2حدة ) ليت/يـو . ـبوا K1: ثابت يدعى عامل نفاذية الغشاء ذباه ادلذيب يعرب عن K1حيث . بار 2ليت/يـو . ـ 11كتتمتع أغشية التناضح العكسي ادلستخدمة ذباريان بعامل نفاذية قريب من (

.ذباه ادلاء

.(=0)أم ،سلربيان فيتم بإجراء ذبارب على ماء نقي K1أما ربديد قيمة

تتناقص مع زيادة ىذا K1لغشاء ذباه ادلذيب بيد أف نفاذية ا يتناسب تدفق ادلذيب مع الضغط الفعاؿ .الضغط الفعاؿ ) ظاىرة ارتصاص الغشاء (

مع ارتفاع درجة احلرارة كفق العالقة التالية ذباه ادلذيب K1من ناحية أخرل يزداد عامل نفاذية الغشاء

TR

E

eKK .11

لورم/ ادلوؿ.كيلو كا 6 - 4طاقة الفعالية اليت تساكم حوايل Eحيث

التدفق الواحدي للمذاب: - ب .يعطى تدفق ادلذاب يف كاحدة السطح من الغشاء بالعالقة التالية اليت تدعى قانوف االنتشار عرب الغشاء

)(22 CCKJ R

53

ذاب K2حيث:

: عامل نفاذية الغشاء ذباه ادل

CR ذاب يف احمللوؿ احملجوز : تركيز ادل

Cp ذاب يف احمللوؿ العابر : تركيز ادل

ذاب يف K2إف تتناسب عكسان مع السماكة الفعالة للغشاء تبت العالقة األختة التأثت الضار لتكيز ادل

.حيث أف الغاية من التناضح العكسي احلفاظ على تدفق مذاب أصغر ما ؽلكن CRاحمللوؿ احملجوز ذاب م

.ؿقليالن مع زيادة الضغط الفعاK2 ستقل عن الضغط الفعاؿ لكن عمليان تزداد قيمة نظريان تدفق ادل

تدفق الماء الراشح عبر األغشية :-4-11-7

لضغط التشغيل، Pf لفرؽ الضغط االمسوزم بت احمللوؿ ادلركز كاحمللوؿ الفقت بادللوحة ك Δחإذا رمزنا بػ : S كيصبح تدفق ادلاء العابر للغشاء ذم السطح - Δ P = Pfח فيكوف الضغط الفعاؿ

Q= K.S.P

لنوع الغشاء، كؽلثل التدفق يف كاحدة السطح من الغشاء كيف كاحدة الضغط الفعاؿ. كمن Kيتبع العامل .أجل غشاء معطى كضغط تشغيل زلدد، يزداد تدفق الرشاحة مع اطلفاض ملوحة ادلاء اخلاـ

مع بعض األغشية كربت ضغوط كافية، إف تدفق إنتاج ادلاء الراشح من ماء البحر الذم أزيلت منو ، كمع أغشية أخرل يصل التدفق إىل 2لت / ـ 411 – 311% يتاكح بت 98ادللوحة بنسبة يف اليـو

، أما عند ربلية ماء صلييب ذم ملوحة 2لت/ ـ 511 ادلاء ادلزاؿ ادللوحة غراـ /لت فإف تدفق 5يف اليـو. كلقد مت احلصوؿ بفضل أغشية ديناميكية 2لت/ ـ 1351 –1211% يصبح بت 96بنسبة يف اليـو

يف اليـو انطالقان من ماء ذم ملوحة ضعيفة. ك 2ؿ/ ـ 11111يف الواليات ادلتحدة على تدفق رشاحة يزداد تدفق الرشاحة مع ارتفاع درجة احلرارة.

54

: في التناضح العكسي الطاقة استهالك-4-11-7

نسبة تدفق ادلاء الراشح إىل تدفق Y ( Yيتعلق استهالؾ الطاقة يف التناضح العكسي دبعدؿ التحويل ، كفق العالقة ادلاء الداخل(، كبضغط التشغيل، كأيضان دبردكد ادلضخات ادلستخدمة لتأمت الضغط الالـز

التالية:

W= P/36.7.Y.S شغيل)بار(.: ضغط الت P حيث

Y .معدؿ التحويل : S .مردكد ادلضخات :

، مردكد ادلضخات أدىن من % كيصل 51من أجل تدفقات صغتة حبدكد عدة أمتار مكعبة يف اليـومن ادلاء احمللى الناتج عن معاجلة ماء البحر. لكن من أجل 3ؾ . ك . سا / ـ 15استهالؾ الطاقة إىل

ؾ . ك . سا / 8 – 5ت ذات مردكد أفضل، يكوف استهالؾ الطاقة بت تدفقات كبتة ، كمع مضخامن ادلاء احمللى الناتج عن معاجلة ماء البحر. إذا لـز نقل مصدر الطاقة ادليكانيكية الالزمة إلدارة 3ـ

ادلضخات فإف النقل يكوف سهالن، ك هبذا الشكل ؽلكن إشراؾ كاحدة متنقلة للتناضح العكسي منصوبة رة مع زلرؾ ديزؿ.على مقطو

يف أغلب األحياف ؼلفف الضغط يف دارة ادلاء احمللى عرب سكر ، كىذا ؽلثل ضياع طاقة . ؽلكن بالفعل التفكت بتخفيف ضغط ادلائع عند الضغط العايل عرب عنفة . إذا أمسينا ضياع احلمولة يف ظلوذج التناضح

ىل العكسي ك مردكد العنفة ، فالطاقة ادلستعادة تساكم إW= P/36.7.Y.S

كيف حالة استجاع ىذه الطاقة تكوف الطاقة ادلستهلكة فعليان W= P/36.7.Y.S غلب أف يؤخذ القرار باعتماد عنفة بعد مقارنة التكاليف ادلالية السنوية العائدة ذلذا األستثمار التكميلي ،

وينارد الفرنسية ، كاليت تسمح كقيمة الطاقة ادلستعادة . يبت الشكل ميزات عنفة طورت من قبل شركة ج ( . 1.43= 319/227% من الطاقة ) استطاعة العنفة/استطاعة ادلضخة = 43باستعادة حوايل

تطبيق عددي

55

علمان أف عامل 2/ ـ11احسب تدفق ادلذيب الناتج عند استخداـ غشاء تناضح عكسي سطحو /كفرؽ P=30 barأجل ضغط مطبق قدره .بار من 2ليت/ يـو . ـ 11 نفاذية الغشاء ذباه ادلذيب

π=20 barالضغط االمسوزم بت احمللوؿ احملجوز كاحمللوؿ العابر الحل :

إذف لنطبق العالقة: نالحظ ذبانس يف كاحدات ادلعطيات

jourmlitreKJ 2

11 /100)2030(10)(

فتدفق احمللوؿ العابر ادلمكن احلصوؿ عليو بفضل ادلساحة الكلية للغشاء

jourlJQ /10001001010 11

:2تطبيق عددي جهاز من خالؿ TDS = 2600 mg/lك تركيز m3/s 0.3يراد معاجلة مياه ذات تدفق

، ميزات ىذه األغشية أف معامل نفاذية m2 34250للتناضح العكسي ادلساحة اإلمجالية ألغشيتو ذا علمت أف صايف فإ m/s 6-10 * 1.2ك معامل نفاذية األمالح s/m 9-10 *1.8 ادلاء

mg/l 450ك أف التكيز االعظمي ادلسموح بو يف ادلياه الراشحة ىو atm 40الضغط ادلطبق .ادلطلوب حساب تدفق ادلياه الراشحة ك تدفق ادلياه ادلاحلة

الحل :

ΔP – Δπ = 40 atm = 40 * 101.325 = 4053 Kpa =4053 .103

kg/m.s2 الضغط الصايف ادلطبق w = 1.8 . 10 -9 s/m معامل نفاذية ادلاء

56

Fw = w.( ΔP – Δπ) معدؿ تدفق ادلياه الراشحة يف كاحدة ادلساحة من الغشاء

Fw = 1.8 . 10 -9 * 4053.103 = 7.3 .10 -3 kg/ m2.s

= 7.3 . 10 -3 * 10 -3 = 7.3 . 10 -6 m3/ m2.s Fw

Qp = Fw . A = 7.3 .10 -6 * 34250 تدفق ادلياه الراشحة = 0.25 m3/.s

يكوف تدفق ادلياه ادلاحلة 0.3- 0.25 = 0.05 m3/.s

ن تدفق التغذيةنسبة ادلياه ادلاحلة م % 16.6 = 0.05/0.3 يف ادلياه الراشحة TDSضلدد تركيز

Cf = 2600 mg/l = 2.6 kg/ m3 تركيزTDS يف مياه التغذية

Fs = S .( Cf –Cp) معدؿ تدفق األمالح يف كاحدة ادلساحة من الغشاء

Cp تركيزTDS يف ادلياه الراشحة

Qp.Cp = Fs .A = S (Cf –Cp).A

S .Cf .A 1.2 .10-6(m/s) * 2.6(kg/m3) * 34250(m2) CP = =

Qp +S.A 0.25(m3/s) + 1.2 .10-6(m/s) * 34250(m2)

Cp = 0.367 kg/ m3 = 367 mg/l 450 ك ىو أقل من التكيز ادلسموح mg/l

قبل إكماؿ احلل صلرم احملاكاة التالية لنبت عالقة بعض العوامل ادلؤثرة يف التناضح ببعضهااألغشية ك باقي العوامل فإننا نصل إىل بتغيت قيمة الضغط الصايف ك احملافظة على مساحة -1

:النتائج التالية ادلوضحة يف اجلدكؿ التايل

ΔP – Δπ Cp Qp

35 411.4209 0.218634

57

38 383.7341 0.237374

40 367.2576 0.250000

42 352.1377 0.262361

44 338.2136 0.274854

45 331.6564 0.281101

ق ضلصل على مياه راشحة بتكيز مواد منحلة أقل ك على تدفق حيث أنو بزيادة الضغط ادلطب

أكرب للمياه الراشحةبتغيت قيمة ادلساحة ك احلفاظ على الضغط ك باقي العوامل فإف تركيز ادلواد ادلنحلة سيبقى -2

.كفقط يزداد تدفق ادلياه الراشحة بزيادة ادلساحة mg/l 367ثابتا يف ادلياه الراشحة

450ليل من مساحة األغشية دبا ػلقق التكيز األعظمي ادلسموح يف ادلياه الراشحة ؽلكن التق

mg/l كذلك دبزج جزء من تدفق مياه التغذية مع تدفق ادلياه الراشحة

( ′Qp + ′Qf )(0.45) = ′Qf (2.6) + ′Qp(0.367) ….(1)

′Qp + ′Qf = 0.25 .…(2)

حبل ادلعادلتت

′Qp = 0.24 m3/s ′Qf = 0.01 m3/s

كبالتايل تكوف ادلساحة اجلديدة لألغشية A =′Qp / Fw = 0.24/(7.3 .10-6 )

= 32880 m2

58