المركز القومى للبحوث

شبكة المعامل المركزية ومراكز التميز

إعداد الفلاتر الدوامية من أغشية الترشيح الفائق بإستخدام خامات محلية الصنع

بقلم:أ.د أحمد محمود شعبان , أ.د.م/ هبه عبد الله محمد,

أ.د.م/ مروة سعيد شلبي

معامل الفلاتر المسطحة

مقدمة

يعد نهر النيل من اهم مصادر المياه العذبة الرئيسية في مصر، حيث يوفر 95% من إجمالي استخدام المياه. ومع ذلك تتعرض مصر لتهديد بنقص حاد في المياه خلال العقد القادم كما أن كمية المياه المتاحة لمصر من مياه نهر النيل ثابتة، بالرغم من النمو السكاني والتنموي السريع في مصر وهذا يزيد من تفاقم مشكلة نقص المياه. وبالتالي كان لابد من ابتكار طرق جديدة لزيادة المياه العذبة التي توفرالاحتياجات الضرورية لمصر. ويعتبر استغلال المياه الجوفية لتوفير المياه العذبة هو احد الوسائل التقليدية، وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي، وإعادة تدوير مياه الري والصرف الزراعي، بالإضافة الي تحلية المياه، وهي العملية التي يتم من خلالها إزالة الأملاح من مياه البحر والمياه  العكرة، وذلك للحصول على المياه العذبة لاستخدامها في أغراض الزراعة وتعتبر من الوسائل البديلة لتوفير المياه الصالحة للاستخدام الادمي.
وقد تنوعت الطرق المستخدمة في معالجة المياه ومنها الطريقة التقليدية والتي تعتمد علي عدة مراحل
 أولا: مرحلة الترسيب حيث يتم ترك المياه في أحواض ضخمة تحت ظروف ساكنة لتترسب جسيمات المواد الصلبة الي أسفل الأحواض وتسمي طبقة المواد المترسبة في قاع الأحواض بالحمأة. ويتم تجيع الحمأة في حوض تجميع عن طريق كشطها بمكاشط ميكانيكية. تلي هذه العملية المرحلة الثانية وهى مرحلة التخثر أو التجلط ويتم في هذه المرحلة إضافة مواد كيميائية لعمل تكتل للجسيمات الصغيرة جدا في الحجم والتي لم تترسب في أحواض الترسيب ومن المواد الكيميائية المستخدمة في هذه العملية هي كبريتات الالومنيوم, كبريتات الحديد والومينات الصوديوم حيث يتم خلط هذه المواد الكيميائية في أحواض التجلط وتقليبها لضمان حدوث التفاعل الكيميائي. المرحلة الثالثة هي مرحلة التصفية والترشيح وهي عملية فيزيائية تتم عن طريق مرور المياه علي مرشحات رملية لإزالة الشوائب مثل الأوليات والألوان الضارة ثم المرور علي المرشحات الكربونية لتصفية الشوائب الأصغر في الحجم.
أما بالنسبة لمياه الصرف فيتم لها معالجات أولية في أحواض الترسيب لإزالة المواد العضوية وغير العضوية وتليها المعالجة الثانوية التي تعتمد علي البكتيريا الهوائية التي تقوم بتحليل المركبات العضوية بطريقة بيوكيميائية وتحويلها الي مركبات غير عضوية أو مركبات عضوية مستقرة يسهل فصلها بعد ذلك بالمرشحات.
كل هذه الطرق التقليدية تحتاج الي مساحات واسعة وكبيرة لكي تتم مراحل وخطوات المعالجة. من الطرق الحديثة الاقتصادية هي المعالجة بإستخدام فلاتر المياه وخاصة فلاتر الترشيح الفائق. وهي فلاتر تعتمد علي وجود غشاء ذو مسامات دقيقة يقوم عمله تحت تأثير الضغط الهيدروليكي. حيث يتم ضخ المياه المراد معالجتها تحت تأثير الضغط الهيدروليكي ( 2 الي 10 بار) الي الفلتر ويتم حجز الجزيئات الصلبة والعالقة علي سطح الغشاء الذي لايسمح بمرورها ولكن الغشاء يسمح بمرور الماء والمواد الذائبة ذات الوزن الجزئي المنخفض. تستعمل أنظمة فلاتر الترشيح الفائق في معالجة مياه الصناعة وتنقية وتركيز الجزيئات في السوائل وفصل البروتينات. كما تستخدم في تنقية المياه الصالحة للشرب . وتستخدم كأغشية مغمورة في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف تحت مسمي أغشية المفاعل الحيوي حيث يتم الفصل المباشر للمياه المعالجة حيويا من خلال الغشاء الفائق وفصل المركبات غير العضوية والعضوية المتكونة. وتتم مراحل الغسيل لهذه الاغشية اتوماتيكيا كغسيل عكسي بالماء والهواء او بدون هواء.
يتميز الفريق الذي يعمل في تحضير الاغشية المسطحة علي خبرات في تحضير الاغشية حيث تم الحصول علي عدد 4 براءات اختراع في تحضير الاغشية بالاضافة الي التقدم بعدد 9 براءات اختراع اخري واكثر من 40 بحثا منشورا في مجلات دولية في تحضير الأغشية وتحلية المياه لذلك تم الاتجاه الي تنمية وتطوير الفكر البحثي ليتجه الي الإنتاج الصناعي الأمثل للأغشية المسطحة وتحويلها الي الفلاتر الدوامية لتستخدم في تحلية ومعالجة المياه محاولة منا الي انتاج منتج محلي مصري ينافس المنتج المستورد.

إنتاج أغشية الترشيح الفائق

تم إنتاج فلاتر الترشيح الفائق البوليمرية في معامل الفلاتر المسطحة بمبني شبكة المعامل المركزية  ومراكز التميز بالمركز القومي للبحوث.  حيث تم دراسة إنتاج الأغشية بمواد بوليمرية مختلفة منها البولي ايثر سلفون والبولي فينيل داي فلوريد والبولي فينيل كلوريد وتم سحب المحاليل البوليمرية علي أقمشة منسوجة وغير منسوجة من السوق المحلي وكذلك تم سحبها علي الأقمشة غير المنسوجة المستوردة للمقارنة وتم هذا بإستخدام ماكينة سحب للأغشية البوليمرية محلية الصنع.
وقد لوحظ أن الأغشية المسحوبة علي الاقمشة المنسوجة وغير المنسوجة المحلية قد أظهرت تفوقا في معدلات إنتاجية المياه المعالجة مع جودة في نسبة فصل العكارة ومخلفات الصرف المصنعة.

التجارب النصف صناعية

تم اجراء التجارب علي وحدات نصف صناعية لمعالجة المياه السطحية ومياه صرف مصنعة وهذا بعد لف الأغشية المسطحة وتشكيلها وتركيبها الي فلاتر دوامية بمقاس 4021 وتم تركيب الفلاتر في شاسيهات الوحدة وتشغيلها فلوحظ إنتاجية لمعدلات المياه المعالجة وصلت الي 54 لتر/متر مربع ساعة ( 10متر مكعب/اليوم) مقارنة بالمستورد 34 لتر/متر مربع ساعة (7 متر مكعب/اليوم) وبنسبة فصل 94 الي 99% طبقا لتركيز المواد المراد فصلها.

التجارب الحقلية

يتم في الوقت الراهن الدراسة بتطبيق الإغشية المنتجة كفلاتر فائقة دوامية في محطة معالجة المياه بمزرعة النوبارية الخاصة بالمركز القومي للبحوث كتجارب حقلية وسوف تتم الدراسة علي فترة زمنية طويلة لتقييم الفلاتر الدوامية المنتجة لتوصيفها كمنتج نهائي قادر علي منافسة الفلاتر المستوردة.