التحلية3

التحلية المباشرة والكثيفة

الجزء1

يمثل نظام التحلية3 المبتكر، نظام تحلية دون معالجة او اغشية او حرارة (تحلية مباشرة - تم) والذي يمثل حل هام في تحدي التحلية WDCs Water Desalination Challenge-solved، وكسر الحواجز المتمثلة في حجم الانتاج والكلفة واستهلاك الطاقة بالإضافة الى التأثير الإيجابي في قضايا البيئية. تعتمد منهجية الحل على ظاهرة مائية هامة تدعى المستوى المائي 10.3م Water level 10.3 phenomenon (والتي تشير الى عدم قدرة أي مضخة من رفع المياه سلبيا اعلى من الارتفاع 10,3 م) ولكن التقنية3 تذهب ابعد من ذلك وتستثمر هذه الظاهرة في تحلية ومعالجة المياه بثلاث خطوات مباشرة كما يلي:

1- الرفع

يعتمد على رفع كتلة مائية اعلى المستوى 10.3 م حيث يتم التبخير والتحلية، ويمكن للنظام توظيف مبتكر لكتلة موازية للرفع شبيه بكتلة المصاعد لتحقيق جدوى وكفاءة عالية.

2- الانتاج:

تتعرض الكتلة المائية المعلقة الى التفكيك تحت تأثير قوتين متضادتين واحدة للأعلى (قوة الرفع) وأخرى للأسفل (قوة الجاذبية و/او قوة ميكانيكية يمكن تحقيقها بالضخ السفلي) تساهم في التفكيك.

3- الحصاد:

الذي يوصف بانه عالي غير بسيط ويتمثل في جمع بخار الماء بتكثيف مقابل سريع في عملية تدعى (التبخير والتكثيف الومضيFEC ) الى ماء عذب سائل.

النظام:

يتكون نظام التحلية ت3 المبتكر التي يمكن تطويره ببنيات معيارية بسيطة ومقاييس متفاوتة من التالي:

1- البنية:

تتحقق فيها الاستمرارية والجدوى من خلال البنية الثلاثية:

والتي يمكن تحقيقها حسب السعة المستهدفة من خلال بنيات انبوبية او حوضية كما يلي:

كما يمكن تحقيق مفهومي البنية العمودية او الافقية، والتي يمكن من خلالها بناء انظمة مضغوطة.

2- التقنية:

تلعب التقنية3 من خلال مضخاتها المبتكرة والتي تحقق مفهوم الطرد المركزي العالي ومبادئ تحرير الحركة والتدفق، الدور الرئيسي في التقنيات المشغلة لنظام التحلية3 , حيث تعمل ضمن مستويين من نظام التصريف:-

-السفلي للتغذية والتدوير.

-العلوي(المركزي) والذي يتمثل بتقنيات مبتكرة تدعى المعصرات او أجهزة الطرد المركزي للتحلية (اطمح) ®Water Desalination Centrifuges (WDCs) قادرة على القيام بمهام التحلية في النظام بشكل استثنائي.

3- التدفق:

يحقق النظام تدفق مستمر بفعل بنيته وتقنياته العاملة ويشمل:

-         التدفق السفلي: لتدوير المياه ومعالجة المحلول الملحي (الاختياري) الناتج عن التحلية والقيام بتركيزه وتخزينه لاستخدامات أخرى او تعدينه (مع إمكانية التخلص منه عميقا او بعيدا)، يمكن من خلال هذه العملية تحقيق صفر/لا راجع ملحي وكذلك يمكن معايرة النظام لتحقيق صفر/لا محلول ملحي®.

-         التدفق العلوي: ومنه يتم انتاج وحصاد المياه العذبة.

المعاملات (سماح التدفق):

يملك النظام أربع معاملات او مستويات تحدد عمله تختصر بكلمة سماح كما يلي:

1-    السعة C: وتمثل حجم نظام التحلية. ويجب ان يمثل اعلى قيمة.

2-    المستوى L: ويحدده اما مستوى البحر او حجم عمود الماء للمضخة بارتفاع 10.3 متر. ويجب ان يمثل اقل قيمة.

3-    الإنتاج P: يحدده حجم عزم نظام الضخ.

4-    الحصاد H: ويحدده حجم سرعة نظام الضخ.

تسمى السعةC والمستوىL المعاملان الخارجيان ويسمى الإنتاجP والحصاد H المعاملان الداخليان.

كما يجب ان تحافظ المستويات على الترتيب لتحقيق عملية تحلية ناجحة ومستمرة. ومنها يتم حساب فاعلية وكفاءة النظام.

الحسابات:

يتم حساب

1-    الحصاد من سرعة S نظام الضخ وفق المعادلة:

Qh=V*S

او

Qh= (π R² h) *Srpm

 

1-    الإنتاج من عزم T نظام الضخ وفق المعادلة:

Qp=V*T

او

Qp= (π R² h) *Tnm

 

كما ان هنالك معامل هام يجب اخذه بعين الاعتبار في حساباتنا يتمثل بالمساحة A او سطح التماس والذي يمثل مساحة السطح الفاصل بين المياه بالحالة السائلة والغازية. وتأثير هذا المعامل على الإنتاج والحصاد.

مثال:

 حساب عزم انتاج وجدوى وحدة(مضخة) تحلية 3 قطرها 3 أمتار وارتفاعها 1 متر وسرعتها 10000دورة في الدقيقة، بمتوسط استهلاك 100KWh.

الحل:

 حصاد الوحدة الغازي = ٧٠٦٥٠م3 / الدقيقة.

حصاد الوحدة السائل = 70650/ 1700= 41,5 م3 /الدقيقة.

وزن الحصاد=41500 كجم.

الوزن الفعلي=41500/60=691,6 كجم

أي ان عزم الإنتاج المطلوب =691,6 * 9,8 =6778 نيوتن.متر

لحساب الجدوى:

انتاج الوحدة اليومي=60480 متر مكعب.

متوسط استهلاك الوحدة =100kWh

سعر 1KWh = 1.5 ريال سعودي.

استهلاك الوحدة اليومي=2400 كيلووات=3600 ريال سعودي.

كلفة المتر المكعب من المياه= 0,04كيلووات=0.06 ريال سعودي.

التوسعة:

من اهم ميزات النظام قابليته للتوسعة اما بزيادة الوحدات modules او زيادة الحجم او السرعة حيث يزيد معها (بحسب بنية النظام المبتكرة) عزم الإنتاج وحجمه، فمثلا إذا قررنا مضاعفة السرعة للوحدة كما في المثال السابق من 10000rpm الى 20000rpm فان عزم الوحدة سيتضاعف حتى ١٣,٥٥٦نيوتن. متر (بحسب مبدا الحركة الحرة® للتقنية3) وكذلك انتاج الوحدة اليومي سوف يتضاعف حتى ١٢٠,٩٦٠ متر مكعب.

الطاقة:

تحقق تقنيات التحلية3 كفاءة عالية في استهلاك الطاقة، لذلك تصبح كل انواع الطاقة التقليدية والمتجددة وحتى الجديدة® خيارات مطروحة بقوة لتشغيلها، منها 1- مصادر الطاقة التقليدية بكفاءة عالية او 2- الطاقة البحرية مثل طاقة الأمواج المتغيرة الشدة والاتجاه والتي يمكن توظيفها لتحقيق طاقة اهتزاز مهمة (رنين ميكانيكي) في النظام تسهم في تسريع وزيادة كفاءه عملية الإنتاج والحصاد. كما نذكر هنا نظام ®WEVER-3 المبتكر والذي يقوم بحصاد الطاقة البحرية الثلاثية (الأمواج والرياح والشمسية) بكل كفاءة.3- كما يمكن لنظام التحلية ان يكون مدمجا ضمن نظام يولد الطاقة مثل محطات DEEP3 ® (للمياه والطاقة والتعدين). 4-وصولا الى انشاء نظام ذاتي الطاقة Self-powered بالكامل من الطاقة الجديدة بدمج أنظمة هامة مثل نظام ضخ الضواغط الأرضية (المائية) المبتكرGrounders  ® والتي يمكن من خلاله تحقيق تدفق عالي الحجم والضغط بشكل ثابت ومستدام.

التطبيقات:

يمكن مع التحلية3 (كنظام للتحلية الكثيفة والقادر على تامين كميات هائلة من المياه النقية من المياه المالحة او من أي مصادر مائية اخرى) تلبية احتياجات المياه المباشرة مثل البشرية او التوسع لتلبية الاحتياجات الأخرى الزراعية او الصناعية ...الخ, من خلال محطات التحلية3 او مسارات التحلية DePa® ,كما يسهم في انجاح مشاريع تنموية هامة مثل المستدامات , ومن ناحية أخرى يمكنه تحقيق الاحتياجات غير المباشرة وتحقيق مفهوم " شحن النهر الاصطناعي"Artificial River Charging®(ARC)  والذي يسهم في تصميم دورات مائية خاصة من خلال استحداث مجاري مائية (انهار) جديدة او احياء القديمة او دعم الحالية. كما يمكن تغذية وتجديد الخزانات السطحية والجوفية (او استغلالها في عمليات مثل المعالجة والتعدين والتخزين الطبيعي-الاستراتيجي® لمياه التحلية)، لتحقيق الوفرة المائية او حتى لتلبية احتياجات اجيال قادمة.

مشاكل وحلول:

·         الحجم: قد ينظر البعض الى حجم تقنيات مثل المضخات3 على انه عيب، بينما في الواقع يعتبر تحدي وانجاز تقني، كما ان خيار تصغير الحجم متاح مقابل زيادة في السرعة.

·         المواد: تعتبر ظروف عمل تقنيات التحلية3 صعبة من حيث اداءها (سرعتها وعزمها العاليين) بالإضافة الى البيئات العدوانية (المالحة) التي تعمل معها، كل تلك العوامل قد تودي الى إمكانية ظهور مشاكل مثل التكهف Cavitation Pump, لذلك فان اختيار المواد عالية الأداء يجب ان تكون حل واساس في بناءها.

·         العوائق: قد توثر احتباسات الهواء في بعض الأجزاء على فاعلية النظام، ويتم تدارك هذا الامر من خلال صمامات مبتكرة لطرد الهواء تسمى Air valves® .

·         الصدمات: ان ظروف عمل تقنيات التحلية3 تحت ضغوط مرتفعة ومنخفضة للغاية، قد يودي الى إمكانية حصول صدمات مفاجئة خطيرة ناتجة عن تغير الضغط المفاجئ (والناتج ربما عن حصول كسر ما) والتي تدعى صدمة او مطرقة الماء (Water Hammer) اوما ندعوه هنا بالقذيفة المائية (Water projectile) ويمكن تفادي ذلك بدمج تقنيات الأمان مثل الصمامات الثقيلة ® او خزانات امتصاص الصدمات وغيرها. وكما في نموذج محطة التحلية3 التالي (والتي سنناقشه بالتفصيل في الجزء الثاني):

الأهمية:

·         الية لتحلية مباشرة دون قيود.

·         تمثل جيل جديد ومبتكر ومختلف لتقنيات تحلية المياه.

·         يوسع نطاق استخدامات التحلية من الاحتياج البشري (الحالي) ليشمل استخدامات أخرى صناعية وزراعية... الخ. 

·         يوسع نطاق المعالجة ليشمل مصادر ملوثة أخرى مثل الرمادية او حتى السوداء (العادمة).

·         يمكن من تحقيق التحلية في مشاريع محطات او مسارات تحلية طويلة ®DePa.

·         يحقق مفاهيم هامة مثل المعالجة والتعدين والتخزين الطبيعي-الاستراتيجي®.

·         مصدر للمياه العذبة شبيه في خصائصها من مياه الامطار المقطرة طبيعيا.

·         يساهم في تحقيق الاستدامة المائية للأجيال القادمة.

·         يعزز الأمن المائي ويحمي الموارد الطبيعية.

·         يدعم التحول نحو صناعة مياه متقدمة قائمة على المعرفة والتقنية.

·         يمكنه تحقيق مفهوم التحلية الكبيرة او ما ندعوهاMega-Desa ®.

·         يساعد في مواجهة تحديات ندرة المياه وتغير المناخ.

·         يساهم في إعادة التوازن المائي العالمي.