Back to Blog

إزالة الفلورايد باستخدام الألومينا المنشط: منحنيات الاختراق والاقتصاديات العمرية للطبقة

---

إزالة الفلوريد باستخدام الألومينا المنشطة هي الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإزالة الفائض من الفلوريد من مياه الشرب في المجتمعات التي تتجاوز فيها المياه الجوفية الطبيعية 1.5 ملغ/لتر، وهو الحد الموصى به من قبل منظمة الصحة العالمية. الهند وحدها لديها أكثر من 20,000 محطة لإزالة الفلوريد على مستوى المجتمع، ومعظمها يستخدم الألومينا المنشطة كمادة ماصة رئيسية.

تأثير مساحة سطح الألومينا المنشطة على إزالة الفلوريد تورد شركة Aluminaworld حوالي 1800 طن متري سنويًا من الألومينا المنشطة من فئة إزالة الفلوريد، وتوردها بشكل رئيسي لمشاريع المياه الحكومية وغير الحكومية في الهند وبنغلاديش وكينيا والمكسيك. تستند الأعمال التالية إلى مشروع رائد في راجستان حيث قمنا بمراقبة منحنيات الاختراق عبر 12 محطة على مستوى المجتمع لمدة 36 شهرًا.

تتحكم تكاليف استبدال طبقة المادة الماصة وتكرار التجديد في اقتصاديات إزالة الفلوريد. إذا تم القيام بالأمرين بشكل صحيح، يمكنك تقديم مياه شرب آمنة بتكلفة تتراوح بين 0.15 إلى 0.30 دولارًا أمريكيًا للمتر المكعب؛ أما إذا تم القيام بها بشكل خاطئ، فإن التكلفة تتضاعف ثلاث مرات في غضون عامين.

1. كيف تمتص الألومينا المنشطة الفلوريد: كيمياء السطح تعمل الألومينا المنشطة على إزالة الفلوريد من خلال آلية تبادل ربيطة. تحتوي مواقع هيدروكسيد الألومنيوم على سطح الألومينا المنشطة على مجموعات هيدروكسيل تتبادل مع أيونات الفلوريد في الماء:

Al-OH + F- = Al-F + OH-

تعتمد السعة المتوازنة على درجة الحموضة، مع أقصى امتصاص عند درجة حموضة 5 إلى 6. فوق درجة الحموضة 7، تتنافس أيونات الهيدروكسيد مع الفلوريد؛ وأقل من درجة الحموضة 4، تبدأ الألومينا في الذوبان. تقوم معظم أنظمة المجتمع بضبط درجة الحموضة مسبقًا إلى 5.5 إلى 6.0 باستخدام حمض الكبريتيك أو حقن ثاني أكسيد الكربون.

السعة المتوازنة مقابل درجة الحموضة

درجة الحموضة السعة (ملغ F-/g) النسبة المئوية من الحد الأقصى

4.0 3.5 70% 5.0 4.8 96% 5.5 5.0 100% (الذروة) 6.0 4.7 94% 7.0 3.2 64% 8.0 1.8 36%

البيانات أعلاه خاصة بفئة الألومينا المنشطة القياسية لدينا لإزالة الفلوريد (0.5 إلى 1.0 مم حبيبات، مساحة سطح 320 م²/غ). تحقق الدرجات ذات المساحة السطحية الأعلى (350+ م²/غ) سعة أعلى بنسبة 10 إلى 15% ولكن بتكلفة مواد ماصة أعلى.

2. منحنيات الاختراق من الدراسة الميدانية في راجستان تراوحت المحطات الـ 12 التي قمنا بمراقبتها في راجستان (بالتعاون مع منظمة غير حكومية محلية) من 5 م³/يوم (مقياس القرية) إلى 200 م³/يوم (مقياس المدينة). جميعها استخدمت نفس ملف مياه التغذية: الفلوريد من 4.2 إلى 6.8 ملغ/لتر، ودرجة الحموضة من 7.4 إلى 8.2، والمواد الصلبة الذائبة الكلية من 600 إلى 1200 ملغ/لتر.

حجم طبقة المادة الماصة لمحطة 50 م³/يوم

حجم الطبقة: 1.0 م³ (1000 لتر من الألومينا المنشطة، كثافة الحجم السائبة 0.78 كغ/لتر) عمق الطبقة: 1.5 م في وعاء بقطر 0.92 م الحمل الهيدروليكي: 10 م/ساعة (5 أحجام طبقة في الساعة) وقت التلامس في الطبقة الفارغة (EBCT): 9 دقائق السعة التشغيلية عند درجة الحموضة 6.0: 4.0 ملغ F-/غ (مقابل 4.7 ملغ F-/غ عند التوازن) الأيام لكل دورة تجديد عند تغذية 5 ملغ/لتر: 28 إلى 35 يومًا

شكل منحنى الاختراق عند EBCT من 9 دقائق، يكون منحنى الاختراق حادًا: تحافظ الطبقة على فلوريد المخرج أقل من 0.5 ملغ/لتر لمدة حوالي 80% من الدورة، ثم يحدث الاختراق في غضون 5 إلى 7 أيام. يجب على المشغلين التجديد عندما يصل المخرج إلى 1.0 ملغ/لتر (80% من حد منظمة الصحة العالمية) لتجنب وصول مياه غير آمنة إلى المستهلكين.

يعطي EBCT الأقصر (أقل من 6 دقائق) دورة كلية أطول ولكن منحنى اختراق أكثر تسطحًا (أقل قابلية للتنبؤ). يعطي EBCT الأطول (أكثر من 15 دقيقة) اختراقًا أكثر حدة ولكنه يهدر سعة الطبقة. الـ 9 دقائق EBCT هي النقطة المثلى لمحطات المجتمع.

3. إجراء التجديد وتكاليف الاقتصاديات يستخدم التسلسل القياسي للتجديد للألومينا المنشطة في إزالة الفلوريد هيدروكسيد الصوديوم متبوعًا بمعادلة الحمض:

الغسل العكسي (10 دقائق): تدفق تصاعدي بسرعة 20 م/ساعة لإزالة الجسيمات وإعادة تصنيف الطبقة. تجديد NaOH (60 دقيقة): محلول NaOH بنسبة 1 إلى 2%، 3 إلى 4 أحجام طبقة، تدفق تنازلي. الشطف (15 دقيقة): مياه خام عند التدفق التصميمي لإزالة NaOH المتبقي. معادلة الحمض (45 دقيقة): 0.5 إلى 1% H2SO4 أو HCl، 2 إلى 3 أحجام طبقة، لاستعادة درجة الحموضة. الشطف النهائي (15 دقيقة): مياه خام لإزالة الحمض وتثبيت درجة الحموضة عند 5.5 إلى 6.5.

إجمالي وقت التجديد: 2.5 إلى 3 ساعات. خلال التجديد، تعمل المحطة بنسبة 60 إلى 70% من سعتها باستخدام وحدة تلميع متوازية.

عمر الطبقة وتكلفة الاستبدال مع التجديد المناسب وضبط درجة الحموضة، يبلغ عمر طبقة الألومينا المنشطة في خدمة إزالة الفلوريد عادة من 5 إلى 8 سنوات. الفشل السائد هو فقدان التآكل