تقنية التبلور بالتبريد في معالجة مياه الصرف الصحي

1. المقدمة

التبلور هو أحد العمليات الأساسية والشائعة في الإنتاج الكيميائي. تنقسم عمليات التبلور إلى ثلاثة فئات رئيسية: التبلور بالتبريد، التبلور بالتبخير، والتبلور بالتفريغ. التبلور بالتبريد يفصل المذاب من المحلول المشبع على شكل بلورات عن طريق خفض درجة الحرارة.

هذه الطريقة لا تزيل المذيب، ولكن سيتم تبريد المحلول ليصبح محلولاً فوق مشبع. وهي قابلة للتطبيق أيضاً على المواد التي تزداد ذوبانيتها بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة. أصبح التبلور بالتبريد طريقة تبلور صناعية مستخدمة على نطاق واسع.

2. التطبيق الصناعي ومزايا تكنولوجيا التبلور بالتبريد

إن تكنولوجيا التبلور بالتبريد المطبقة في الصناعة تحقق التبلور عن طريق تبريد أو تجميد المحلول المشبع حراريًا. مقارنة بالتبلور بالتبخير، فإن التبلور بالتبريد قابل للتطبيق على نطاق أوسع على المواد التي تزداد ذوبانيتها بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة حرارتها.

تشمل هذه المواد نترات الأمونيوم، ونترات البوتاسيوم، وكلوريد الأمونيوم، وفوسفات الصوديوم، وملح جلوبر. التغير في معامل درجة الحرارة والذوبان كبير. عندما تنخفض درجة الحرارة، يقل ذوبان هذه المواد أيضًا ويتشكل محلول فوق مشبع. بسبب عدم استقراره الديناميكي الحراري، ستتبلور المادة المذابة خارج المحلول. تستخدم طريقة التبلور بالتبريد فرق ذوبان كل مكون في المحلول مع تغير درجة الحرارة (انظر الشكل 1) لتحقيق هدف فصل المواد.

في التطبيقات الصناعية، غالبًا ما يتم دمج التبلور بالتبريد مع تكنولوجيا التركيز بحيث يتم أولاً تبخير المحلول وتركيزه لتشكيل محلول مشبع. ثم يتم تبريد المحلول المشبع وتبلوره للحصول على المذاب عن طريق الفصل بالطرد المركزي.

3. تطبيق تكنولوجيا التبلور بالتبريد في معالجة مياه الصرف الصحي مجال

غالبًا ما تحتوي مياه الصرف الصناعي على كمية كبيرة من الملح، وتكون تركيبة مياه الصرف معقدة. 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. لا يزال يتطلب تكاليف وقوى بشرية للتعامل معه.

فيما يلي تطبيق نموذجي لتقنية التبلور بالتبريد في أحد المصانع الكيميائية في الصين. المكون الرئيسي لمياه الصرف الصحي الناتجة في هذا المصنع الكيميائي هو Na2SO4. وفقًا لمتطلبات معالجة مياه الصرف الصحي، من الضروري استخلاص كبريتات الصوديوم من المحلول. لهذا الهدف، تم اعتماد تقنية التركيز بالتبخير وتقنية التبلور بالتبريد لمعالجة مياه الصرف الصحي والحصول على بلورات كبريتات الصوديوم في نفس الوقت كمنتج ثانوي ذي قيمة مضافة. يظهر المخطط التفصيلي أدناه.

بعد تسخين مياه الصرف الصحي المالحة Na2SO4 بمكثف المياه من عملية التبخر، تدخل إلى سخان التأثير الأول والثاني للتبخر والتكثيف. بعد الوصول إلى تركيز التشبع، يتم فصل كبريتات الصوديوم العشرية المائية وتجميدها من خلال جهاز التبلور بالتجميد. تحتوي الأم السائلة بعد الفصل النابذ على كمية صغيرة من كبريتات الصوديوم، والتي يمكن معالجتها بطرق معالجة مياه الصرف الصحي الأخرى.

الملاط البلوري المنفصل يتكون بشكل رئيسي من بلورات كبريتات الصوديوم العشرية المائية، ويحتوي أيضًا على كميات صغيرة من المركبات العضوية وشوائب أخرى. هذا يحتاج إلى تنقيته إلى كبريتات الصوديوم اللامائية. أولاً، تدخل كبريتات الصوديوم العشرية المائية خزان الذوبان للحصول على ملاط كبريتات الصوديوم.

ثم، تدخل مبخر MVR لتخضع للتبخير والتبلور. يتم إنتاج بلورات كبريتات الصوديوم بسبب ارتفاع درجة الحرارة. بعد الفصل الصلب-السائل بواسطة فعل الطرد المركزي، يتم تجفيف السائل في سرير مائع ويتم إنتاج بلورات كبريتات الصوديوم أيضًا. أخيرًا، يتم الحصول على كبريتات الصوديوم وفقًا للمعايير.

يتم تطبيق تكنولوجيا التبلور بالتبريد بشكل معقول في العملية المذكورة أعلاه، باستخدام الخاصية الفيزيائية التي تنخفض فيها ذوبانية 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، كتكنولوجيا فصل شائعة، فإن التبلور بالتبريد له العديد من المزايا، مثل مبدأ العملية البسيط، وسهولة التشغيل، وما إلى ذلك. كما أن له تطبيقًا واسعًا في الصناعة. المبرد المستخدم للتبلور بالتبريد هو محلول بدرجة حرارة -10 درجة مئوية، والذي سيدخل مبادل حراري أنبوبي لإعادة التدوير. التبلور بالتبخير يعتمد على تبخير MVR عملية، والتي لها مزايا انخفاض استهلاك الطاقة وكفاءة تشغيل عالية. إذا تم الجمع بين هاتين الطريقتين للعملية، فسيتم إنتاج فوائد اقتصادية أعلى.

4. الخاتمة

نظرًا للسياسة الوطنية واحتياجات المؤسسة نفسها، تزداد أهمية معالجة مياه الصرف الصناعي يومًا بعد يوم. لا تزال كمية الملح الكبيرة الموجودة في مياه الصرف تحقق فوائد اقتصادية عالية. لكن الطرق التقليدية غالبًا ما تكون غير قادرة على الحصول على الملح الصناعي النقي الذي يمكن استخدامه كمنتج. لذلك، فإن طريقة التبلور بالتبريد تتمتع بمزايا كبيرة وجدوى في التعامل مع مياه الصرف الصناعي وتحقيق تصريف صفري لمياه الصرف، وسيتم استخدامها على نطاق أوسع في مجال معالجة مياه الصرف.