تطبيق التبلور بالتبريد في معالجة مياه الصرف الصحي

١. المقدمة

التبلور هو أحد العمليات الأساسية والشائعة في الإنتاج الكيميائي. تنقسم عمليات التبلور إلى ثلاث فئات رئيسية: تبلور التبريد، تبلور التبخير، والتبلور بالتفريغ. يعمل تبلور التبريد بشكل أساسي على فصل المذاب من المحلول المشبع على شكل بلورات عن طريق خفض درجة الحرارة.

هذه الطريقة لا تزيل المذيب، لكن المحلول سيتم تبريده ليصبح محلولاً فوق مشبع. وهي قابلة للتطبيق أيضًا على المواد التي تزداد قابليتها للذوبان بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة. أصبح تبلور التبريد طريقة تبلور صناعية مستخدمة على نطاق واسع.

٢. التطبيق الصناعي ومزايا تقنية تبلور التبريد

تحقق تقنية تبلور التبريد المطبقة في الصناعة التبلور عن طريق تبريد أو تجميد المحلول المشبع حراريًا. مقارنة بتبلور التبخير، فإن تبلور التبريد أكثر قابلية للتطبيق على نطاق أوسع على المواد التي تزداد قابليتها للذوبان بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة حرارتها. تشمل هذه المواد نترات الأمونيوم، ونترات البوتاسيوم، وكلوريد الأمونيوم، وفوسفات الصوديوم، وملح غلوبر. يكون التغير في معامل درجة الحرارة والذوبان كبيرًا.

عندما تنخفض درجة الحرارة، تنخفض أيضًا قابلية ذوبان هذه المواد ويتكون المحلول فوق المشبع. بسبب عدم استقراره الحراري، سوف يتبلور المذاب خارج المحلول. تستخدم طريقة تبلور التبريد الفرق في قابلية ذوبان كل مكون في المحلول مع تغير درجة الحرارة (انظر الشكل ١) لتحقيق غرض فصل المواد.

في التطبيقات الصناعية، غالبًا ما يتم دمج تبلور التبريد مع تقنية التركيز بحيث يتم أولاً تبخير المحلول وتركيزه لتكوين محلول مشبع. ثم يتم تبريد المحلول المشبع وتبلوره للحصول على المذاب عن طريق الفصل بالطرد المركزي.

٣. تطبيق تقنية تبلور التبريد في مجال معالجة مياه الصرف

غالبًا ما تحتوي مياه الصرف الصناعي على كمية كبيرة من الملح، ويكون تركيب مياه الصرف معقدًا. تركيز التشبع لكل مكون مختلف أيضًا. وبالتالي، لا يمكن لطرق التبلور بالتبخير التقليدية فصل ملح المكون في المنتجات البلورية. بعبارة أخرى، المنتج المتبلور الناتج غير متاح كمنتج نهائي. ولا يزال يتطلب تكلفة وقوى بشرية للتعامل معه.

فيما يلي تطبيق نموذجي لتقنية تبلور التبريد في أحد المصانع الكيميائية في الصين. المكون الرئيسي لمياه الصرف الناتجة في هذا المصنع الكيميائي هو Na2SO4. وفقًا لمتطلبات معالجة مياه الصرف، من الضروري استخلاص كبريتات الصوديوم من المحلول.

لهذا الهدف، تم اعتماد تقنية تركيز التبخير وتقنية تبلور التبريد لمعالجة مياه الصرف والحصول على بلورات كبريتات الصوديوم في نفس الوقت كمنتج ثانوي ذي قيمة مضافة. المخطط الانسيابي المحدد موضح في الشكل ٢.

بعد تسخين مياه الصرف المالحة Na2SO4 بواسطة مياه التكثيف من عملية التبخير، تدخل إلى سخان المرحلة الأولى والثانية للتبخير والتكثيف. بعد الوصول إلى تركيز التشبع، يتم فصل كبريتات الصوديوم العشرائية وتجميدها عبر جهاز التبلور بالتجميد. يحتوي السائل الأم بعد الفصل بالطرد المركزي على كمية صغيرة من كبريتات الصوديوم، والتي يمكن معالجتها بطرق أخرى لمعالجة مياه الصرف.

المعلق البلوري المنفصل يتكون أساسًا من بلورات كبريتات الصوديوم عشاري الهيدرات، ويحتوي أيضًا على كميات صغيرة من المركبات العضوية وشوائب أخرى. هذا يحتاج إلى تنقيح إلى كبريتات الصوديوم اللامائية. أولاً، تدخل كبريتات الصوديوم عشاري الهيدرات خزان إذابة للحصول على معلق كبريتات الصوديوم. ثم، تدخل مبخر MVR للتبخير والتبلور.

يتم إنتاج بلورات كبريتات الصوديوم بسبب ارتفاع درجة الحرارة. بعد الفصل الصلب-السائل بواسطة فعل الطرد المركزي، يتم تجفيف السائل في سرير مُمَيع ويتم إنتاج بلورات كبريتات الصوديوم أيضًا. أخيرًا، يتم الحصول على كبريتات الصوديوم المتوافقة مع المعايير.

يتم تطبيق تقنية تبلور التبريد بشكل معقول في العملية المذكورة أعلاه، باستخدام الخاصية الفيزيائية التي تقل فيها قابلية ذوبان كبريتات الصوديوم مع انخفاض درجة الحرارة. من خلال التنظيم المعقول لدرجة الحرارة، يتم تحقيق فصل كبريتات الصوديوم والشوائب الأخرى في مياه الصرف. المنتج الذي تم الحصول عليه، كبريتات الصوديوم، يمكن بيعه كمنتج، مما لا يلغي فقط تكلفة التعامل مع الملح المختلط، بل ينتج أيضًا قيمة مضافة.

علاوة على ذلك، كتقنية فصل شائعة، فإن لتبلور التبريد العديد من المزايا، مثل مبدأ العملية البسيط، وسهولة التشغيل، وما إلى ذلك. كما أن له تطبيق واسع في الصناعة. المبرد المستخدم لتبلور التبريد هو محلول بدرجة حرارة -١٠°م، والذي سيدخل مبادل حراري أنبوبي لإعادة التدوير.

يتبنى التبلور بالتبخير عملية MVR، والتي تتميز باستهلاك منخفض للطاقة وكفاءة تشغيل عالية. إذا تم الجمع بين هاتين الطريقتين للعملية، فسيتم إنتاج فوائد اقتصادية أعلى.

٤. الخاتمة

بسبب السياسة الوطنية والطلب الذاتي للمؤسسة، تزداد أهمية معالجة مياه الصرف الصناعي يوماً بعد يوم. لا تزال كمية الملح الكبيرة الموجودة في مياه الصرف تحقق فوائد اقتصادية عالية. لكن الطرق التقليدية غالباً ما تكون غير قادرة على الحصول على ملح صناعي نقي يمكن استخدامه كمنتج. لذلك، فإن طريقة التبلور بالتبريد لها مزايا كبيرة وجدوى عالية في التعامل مع مياه الصرف الصناعي وتحقيق تصريف صفري لمياه الصرف، وسيتم استخدامها على نطاق أوسع في مجال معالجة مياه الصرف.