مقارنة عمليات التبلور بالتبخر لمياه الصرف الصحي المحتوية على الأمونيا والنيتروجين

عند استخدام التبلور بالتبخير لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على نيتروجين الأمونيا، يمكن تصنيف العمليات الرئيسية إلى ثلاثة أنواع: التبخير متعدد التأثيرات (MEE)، وإعادة ضغط البخار الميكانيكي (MVR)، والتبخير الفراغي منخفض الحرارة. تتميز هذه العمليات الثلاث بقدرتها على تحويل أملاح الأمونيوم من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، إلا أنها تختلف اختلافًا كبيرًا في استهلاك الطاقة، واعتمادها على البخار، والتحكم في تسرب الأمونيا، وكثافة الاستثمار، ومرونة التشغيل.

1. التبلور بالتبخير متعدد التأثيرات لمياه الصرف الصحي المحتوية على الأمونيا والنيتروجين

تعتمد شركة MEE على البخار النقي لنقل الحرارة على مراحل، حيث تنتج ما بين 0.25 و0.35 طن من البخار لكل طن من الماء، مما يؤدي إلى أعلى استهلاك للطاقة. يتميز النظام بالبساطة وتحمله الجيد لتقلبات جودة المياه، مما يجعله مناسبًا لمحطات الطاقة المستقلة وارتفاع أسعار الكهرباء. ومع ذلك، فإن التبخر عند درجات حرارة عالية (90-110 درجة مئوية) يتسبب في تسرب كمية كبيرة من الأمونيا الحرة، مما يتطلب برج تنقية حمضي متعدد المراحل؛ وإلا، فإن تركيز الأمونيا في غاز العادم يكون عرضة لتجاوز المعايير. في الوقت نفسه، تكون أسطح التبادل الحراري عرضة للتكلسات، مما يتطلب دورة تنظيف تتراوح عادةً بين 7 و10 أيام، مما يؤدي إلى زيادة وتيرة الصيانة مقارنةً بالعمليتين الأخريين.

2. تبخر وتبلور مياه الصرف الصحي المحتوية على الأمونيا والنيتروجين باستخدام تقنية MVR

يستخدم جهاز MVR ضاغطًا لتسخين البخار الثانوي إلى درجة حرارة تتراوح بين 18 و25 درجة مئوية لإعادة استخدامه. يستهلك الجهاز ما بين 25 و35 كيلوواط/ساعة من الكهرباء لكل طن من الماء، مما يكاد لا يتطلب تجديدًا مستمرًا للبخار، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل بنسبة 20-30% مقارنةً بالتبخير رباعي التأثير. يمكن أن تصل درجات حرارة التبخير إلى 70 درجة مئوية، مما يقلل الضغط الجزئي للأمونيا بمقدار كبير، ويقلل في الوقت نفسه حجم غاز العادم وحمل التنظيف. يتميز الجهاز بدرجة عالية من الأتمتة، مما يتيح تشغيل/إيقاف الجهاز بضغطة زر واحدة عبر محولات التردد ومراقبة البرامج. عيبه هو أن الضاغط يفرض متطلبات صارمة على نظافة البخار الثانوي. إذا كانت مياه الصرف الصحي ذات تركيز عالٍ من الأكسجين الكيميائي (COD) وخصائص رغوة قوية، فيجب إضافة مزيل رغوة وتطبيق التنظيف المباشر؛ وإلا، فإن الدافع يكون عرضة للتكويك، مما يزيد من تكاليف الصيانة.

3. التبخر والتبلور في درجات حرارة منخفضة لمياه الصرف الصحي المحتوية على النيتروجين الأمونيا

يعمل التبخير الفراغي منخفض الحرارة عند درجة حرارة تتراوح بين 37 و45 درجة مئوية، مع تأثير ضئيل لارتفاع درجة الغليان، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لمحلول الأم النيتروجيني الأموني عالي الطلب، واللزوجة العالية، وسهل التكوير. يسمح فرق درجة حرارة نقل الحرارة، الذي يقارب 100 درجة مئوية، باستخدام الماء الساخن منخفض الجودة أو الحرارة المُهدرة من المصنع كمصدر للحرارة، مع استهلاك طاقة لا يتجاوز 30-40% من استهلاك الطاقة في محطة الطاقة الحرارية. ونظرًا لانخفاض درجة الحرارة، يكون تسرب الأمونيا ضئيلًا للغاية، مما يؤدي إلى إطالة عمر المعدات. ومع ذلك، يكون ضغط البخار المشبع منخفضًا عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يؤدي إلى انخفاض شدة التبخر. تبلغ سعة معالجة الوحدة الواحدة عادةً ≤3 طن/ساعة⁻¹، مما يتطلب وحدات متعددة بالتوازي لتوسيع نطاق التشغيل. علاوة على ذلك، فإن نظام الفراغ معقد، مع استثمار لمرة واحدة يضاهي MVR، مما يجعله أكثر ملاءمة لسيناريوهات استعادة ملح الأمونيوم ذات الحجم الصغير والقيمة المضافة العالية أو تقليل السائل الأم العميق.

باختصار، بالنسبة للمشاريع التي يبلغ حجم مياهها ≥ 5 أطنان ساعة، وأسعار كهرباء معتدلة، ومتطلبات عملية قصيرة، ومساحة صغيرة، فإن تقنية التبخير متعدد التأثيرات (MVR) هي الخيار الأمثل. أما بالنسبة للمشاريع التي تتميز بانخفاض استهلاك الحرارة، وحجم مياهها أقل من 3 أطنان ساعة، واستهلاكها الكيميائي الكيميائي المرتفع، ومتطلبات لونها البلوري الأقل صرامة، فإن التبخير الفراغي منخفض الحرارة يُعدّ أكثر اقتصادية. إذا كان هناك فائض كبير من البخار منخفض الضغط في الموقع، وكان توسيع الحمل الكهربائي صعبًا، فيمكن النظر في التبخير متعدد التأثيرات، ولكن يجب تخصيص مساحة إضافية لغسل الأمونيا والتنظيف المتكرر. في الهندسة العملية، غالبًا ما يتم توصيل تقنية التبخير متعدد التأثيرات (MVR) على التوالي مع مجفف منخفض الحرارة لتشكيل مزيج "التركيز الرئيسي + التجفيف النهائي"، والذي لا يحافظ فقط على ميزة انخفاض استهلاك الطاقة التي توفرها تقنية التبخير متعدد التأثيرات، بل يستخدم أيضًا قسم درجة الحرارة المنخفضة لتجميد السائل الأم تمامًا، مما يحقق تصريفًا شبه معدوم لمياه الصرف الصحي المحتوية على نيتروجين الأمونيا.