محطة معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية التي تعمل بالطاقة الشمسية، والوحدات النمطية، محطة معالجة مياه الصرف الصحي المنزلية

مقدمة موجزة
نظام الترشيح النانوي الشمسي الصناعي هو جهاز لمعالجة مياه الصرف يجمع بين التكنولوجيا الشمسية وتكنولوجيا أغشية الترشيح النانوي، ويستخدم بشكل أساسي لاستعادة وتنقية مياه الصرف الصناعي. يتم تشغيل هذا النظام بالطاقة الشمسية لتشغيل عملية الترشيح ويستخدم مواد غشائية ذات أحجام مسام نانوية لفصل الملوثات الموجودة في مياه الصرف بشكل انتقائي (مثل أيونات المعادن الثقيلة، والمواد العضوية، والغرويات، وما إلى ذلك)، مما يؤدي في النهاية إلى إعادة تدوير مياه الصرف أو تصريفها وفقًا للمعايير. تكمن ميزته الأساسية في الجمع بين الطاقة المتجددة وتكنولوجيا الفصل الغشائي الفعالة، والتي تناسب السيناريوهات الصناعية التي تعاني من نقص في إمدادات الطاقة أو الحاجة إلى تقليل استهلاك الطاقة (مثل الصناعات الكيميائية والأدوية والمنسوجات).

خصائص النظام
الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة
يعمل بالطاقة الشمسية، مما يقلل من استهلاك الطاقة التقليدية ويخفض انبعاثات الكربون، ويلبي متطلبات الصناعة الخضراء.
لا حاجة لإضافة عوامل كيميائية، مما يتجنب التلوث الثانوي ويجعل عملية المعالجة أكثر صداقة للبيئة.
قدرة فصل عالية الكفاءة
عادة ما يتراوح حجم مسام أغشية الترشيح النانوي بين 1 و 10 نانومتر، وهي قادرة على الاحتفاظ بالمواد التي يتراوح وزنها الجزيئي بين 100 و 1000 دالتون. معدل إزالة المعادن الثقيلة والمواد العضوية وأيونات الصلابة (مثل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم) يزيد عن 90٪.
يمكنها تحقيق أهداف متعددة في وقت واحد مثل إزالة الملوحة وإزالة اللون وإزالة الملوثات الضئيلة، وجودة المياه الخارجة مستقرة.
الاستقرار التشغيلي والقدرة على التكيف
تمتلك المواد الغشائية (مثل البولي أميد والسيراميك والمواد النانوية المركبة) مقاومة للأحماض والقلويات بالإضافة إلى خصائص مضادة للتلوث، مما يجعلها مناسبة لبيئات مياه الصرف الصناعي المعقدة.
يمكن دمج نظام إمداد الطاقة الشمسية مع أجهزة تخزين الطاقة لتحقيق التشغيل على مدار الساعة والتكيف مع الظروف الضوئية لمختلف المناطق.
النمطية وسهولة الصيانة
يعتمد النظام تصميمًا معياريًا، والذي يمكن توسيعه بمرونة وفقًا لحجم معالجة مياه الصرف ويسهل تركيبه.
يمكن تجديد وحدات الغشاء من خلال التنظيف الكيميائي أو التدفق المادي، مع انخفاض تكاليف الصيانة وعمر خدمة طويل (عادة من 3 إلى 5 سنوات).

مبدأ العمل
1. تحويل الطاقة الشمسية والقيادة
وحدة توليد الطاقة الشمسية: تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال الألواح الكهروضوئية، مما يوفر الطاقة لمضخات المياه وأنظمة التحكم ووحدات الغشاء، ويعزز دوران مياه الصرف داخل النظام.
نظام تخزين الطاقة: إذا كان مزودًا ببطارية، فيمكنه تخزين الطاقة الكهربائية عندما لا يكون هناك ضوء، مما يضمن التشغيل المستمر للنظام.
2. آلية فصل غشاء الترشيح النانوي
تأثير الفرز: تحت تأثير الضغط، تمر مياه الصرف عبر غشاء الترشيح النانوي، ويتم الاحتفاظ بالجسيمات الأكبر من حجم مسام الغشاء، والغرويات، والمواد العضوية الجزيئية الكبيرة.
تنافر الشحنات: يحمل سطح الغشاء شحنة (مثل الشحنة السالبة)، والتي يمكن أن تتنافر مع الأيونات المتشابهة (مثل الأنيونات) من خلال التفاعل الكهروستاتيكي، مما يحقق إزالة انتقائية للملوثات الأيونية (مثل تقليل صلابة مياه الصرف).
الانتشار والامتصاص: يمكن إزالة بعض الملوثات ذات الجزيئات الصغيرة من خلال الانتشار عبر مسام مادة الغشاء أو الامتصاص السطحي.
3. عملية معالجة مياه الصرف
المعالجة المسبقة: تمر مياه الصرف أولاً عبر شبكة، وخزان الترسيب، وما إلى ذلك لإزالة الشوائب ذات الجسيمات الكبيرة لمنع انسداد وحدة الغشاء.
الترشيح النانوي: بعد المعالجة المسبقة، تمر مياه الصرف عبر غشاء الترشيح النانوي بضغط يتراوح بين 0.5 و 1.5 ميجا باسكال تحت تأثير مضخة المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية. يتم الاحتفاظ بالملوثات، وتمر المياه الصافية عبر الغشاء لتصبح مياه المنتج.
التركيز والاستعادة: يمكن معالجة المياه المركزة المحتفظ بها بشكل أكبر أو يمكن استعادة المواد القيمة (مثل أيونات المعادن الثقيلة). يمكن إعادة استخدام المياه المنتجة أو تصريفها بعد استيفاء المعايير.

توسيع سيناريوهات التطبيق
إعادة استخدام مياه الصرف الصناعي: على سبيل المثال، يتم معالجة مياه التنظيف من صناعة الإلكترونيات ومياه الصرف من الطلاء الكهربائي وإعادة استخدامها في عملية الإنتاج.
في المناطق التي تعاني من نقص المياه: من خلال دمج تحلية مياه البحر أو تنقية المياه المالحة التي تعمل بالطاقة الشمسية، يمكن توفير مصادر المياه النظيفة.
معالجة مياه الصرف في المناطق النائية: لا يلزم الاتصال بشبكة الطاقة الخارجية، وهي مناسبة للمجمعات الصناعية أو مناطق التعدين التي تفتقر إلى البنية التحتية.

يوفر هذا النظام، من خلال مزيج مبتكر من "الطاقة الشمسية + تكنولوجيا الأغشية"، حلاً منخفض استهلاك الطاقة وموثوقًا به للغاية لمعالجة مياه الصرف الصناعي، وهو مناسب بشكل خاص للسيناريوهات الصناعية الحديثة التي تسعى إلى التنمية المستدامة.