ما هي الأيونات التي يمكن إزالتها بواسطة التحليل الكهربائي؟

التحليل الكهربائي تُعدّ تقنية التناضح الكهربائي (ED) مسارًا مستقلاً لتحلية المياه يعتمد على الأغشية، ويختلف عن تقنيات الأغشية التي تعمل بالضغط (التناضح العكسي/الترشيح النانوي/الترشيح الفائق/الترشيح الدقيق). وبفضل المجال الكهربائي، تحقق هذه التقنية فصل الأيونات من خلال الهجرة الانتقائية لأغشية التبادل الأيوني، مكملةً بذلك تقنية التناضح العكسي بدلاً من منافستها.

المكون الأساسي للتحليل الكهربائي هو مجموعة الأغشية: بين المصعد والمهبط، أغشية تبادل الكاتيونات (CEMs) (التي تسمح فقط بمرور الكاتيونات) وأغشية تبادل الأنيونات (AEMs) (أغشية تبادل الأنيوناتتُرتب الأغشية الرقيقة (التي تسمح بمرور الأنيونات فقط) بالتناوب، مُشكلةً "حجرات تخفيف" و"حجرات تركيز" متناوبة. عند دخول مياه التغذية المالحة إلى حجرة التخفيف، وتحت تأثير المجال الكهربائي: تهاجر الكاتيونات (Na⁺، Ca²⁺، Mg²⁺، K⁺، إلخ) نحو المهبط، وتمر عبر غشاء التبادل الكاتيوني (CEM) إلى حجرة التركيز المجاورة، ولكنها تُحجز بواسطة غشاء التبادل الأنيوني التالي (AEM) وتُحتجز في حجرة التركيز؛ بينما تهاجر الأنيونات (Cl⁻، SO₄²⁻، NO₃⁻، HCO₃⁻، إلخ) نحو المصعد، وتمر عبر غشاء التبادل الأنيوني (AEM) إلى حجرة التركيز المجاورة، ولكنها تُحجز بواسطة غشاء التبادل الكاتيوني التالي (CEM) وتُحتجز في حجرة التركيز. والنتيجة: انخفاض ملحوظ في تركيز الأيونات في مياه الصرف الخارجة من حجرة التخفيف، بينما تزداد تركيزات الأيونات المهاجرة من حجرة التركيز في مياه الصرف الخارجة من حجرة التركيز. لا تتطلب العملية برمتها أي تغيير في الحالة، ولا ضغط عالٍ، ولا مواد كيميائية.

ما هي الأيونات التي يمكن إزالتها بواسطة التحليل الكهربائي؟

أنواع الأيونات، والمصادر الشائعة، وآليات الإزالة، والاعتبارات الهندسية هي كما يلي:

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن أنظمة التحليل الكهربائي حساسة نسبياً لبعض أيونات المعادن الثقيلة، وأن جودة المياه الداخلة إلى نظام التحليل الكهربائي لها متطلبات معينة. لذلك، المعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي المصدرية يُعدّ ذلك ضروريًا لتلبية معايير المياه الداخلة. وفيما يتعلق بالمعالجة الفيزيائية، تُستخدم عادةً الترشيح الميكانيكي، والترشيح الفائق، وفلاتر الخراطيش لإزالة الرواسب والغرويات والشوائب الأخرى، مع الحفاظ على مستويات المواد الصلبة العالقة عند أدنى مستوياتها. أما فيما يخص المعالجة الكيميائية والامتزازية، فتُستخدم فلاتر الكربون المنشط لإزالة الكلور الحر ذي التأثيرات التأكسدية الضارة، واللون، وبعض المواد العضوية، كما تُضاف مثبطات الترسبات أو يُعدّل الرقم الهيدروجيني بناءً على جودة المياه لمنع ترسب الأملاح غير العضوية. وبالنسبة لأيونات العسر مثل الكالسيوم والمغنيسيوم، وكذلك أيونات المعادن عالية التكافؤ مثل الحديد والمنغنيز، يلزم إزالتها بشكل كامل من خلال التليين الكيميائي أو الراتنجات المخلبية لتقليل الترسبات والتسمم على أسطح الأغشية بشكل ملحوظ.

بعد المعالجة المسبقة المذكورة أعلاه، يجب أن تستوفي جودة المياه الداخلة إلى نظام التناضح الكهربائي سلسلة من مؤشرات التحكم الأساسية: المواد الصلبة العالقة (SS) مطلوبة عمومًا أقل من 1 ملغم/لتر؛ يجب أن يكون مجموع الكاتيونات ثنائية التكافؤ وأعلى تكافؤًا المعرضة لترسيب الهيدروكسيد، مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والحديد والزنك، <يجب ألا يتجاوز تركيز الكلور الحر 0.3 ملغم/لتر، ويجب خفضه إلى ما دون الحد الآمن البالغ 0.5 ملغم/لتر. إضافةً إلى ذلك، يجب عادةً ضبط درجة حرارة الماء بين 5 و40 درجة مئوية. في التطبيقات الهندسية العملية، يتم تكوين مزيج عمليات المعالجة المسبقة (مثل "المعالجة المسبقة + التليين + التناضح الكهربائي" أو "المعالجة المسبقة + التناضح العكسي + التناضح الكهربائي") بمرونة بناءً على خصائص جودة المياه الخام ومتطلبات المياه المنتجة النهائية لتحقيق تشغيل فعال طويل الأمد للنظام.

التعليمات:

1. ما هو مبدأ عمل التحليل الكهربائي؟

يعمل هذا الجهاز بواسطة مجال كهربائي، ويستخدم أغشية تبادل الكاتيونات وأغشية تبادل الأنيونات المرتبة بالتناوب لتحقيق الهجرة الانتقائية للأيونات، لتنقية المياه وتركيز الأيونات.

2. ما هي مزايا التحليل الكهربائي مقارنة بالتناضح العكسي؟

لا تتطلب عملية التناضح الكهربائي ضغطًا عاليًا ولا مواد كيميائية، وتتميز بمعدل استرداد مياه أعلى وعدم إنتاج مركزات عالية الملوحة.

3. ما هي سيناريوهات المياه التي تناسبها عملية التناضح الكهربائي؟

ينطبق ذلك على مياه البحر، والمياه قليلة الملوحة، ومياه الصرف الصناعي، والجريان السطحي الزراعي، والمياه الجوفية، ومعالجة المياه المالحة في البحيرات.