🔹 بالعربية

نجد في العقود القليلة الماضية، بزوغ نجم تكنولوجيا التقطير الغشائي (MD) هو تقنية فصل جديدة للمياه علي صورة بخار الذي يتولد تحت تأثير الفارق في درجات الحرارة علي جانبي الغشاء. يتضمن نقل جزيئات بخار الماء من محلول مائي ساخن من خلال غشاء غير-محب للمياه، ذو مسام دقيقة. هذه التقنية هي طريقة موهوبة لتحلية المياه لأنها تنتج مياه بجودة عالية تصلح للصناعات الدوائية والغذائية والكيميائية كمياه عمليات لا تحتوي على أي أملاح، ناهيك عن استخدامها كمياه للشرب وخاصة في المجتمعات النائية والتجمعات السكنية ذات الكثافة المنخفضة، وأيضا في معسكرات الجيش وشركات البترول في الأماكن المحرومة من المياه. تعمل هذه التكنولوجيا عند درجات حرارة منخفضة وضغط منخفض، وتستخدم لجميع أنواع مياه التغذية بدءا من المياه الملوثة بأي أنواع من الملوثات حتى المياه عالية التركيز. علاوة على ذلك، فإن القدرة على استخدام الطاقة الشمسية أو الحرارة المهدرة من محطات الطاقة والمصانع الكيميائية يمكن أن تجعل هذه العملية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، وأيضا تعد هذه التكنولوجيا صديقة للبيئة. تتميز هذه التقنية بـ (1) الماء الموجود أثناء التشغيل في الحالة السائلة لا ينفذ خلال الغشاء، (2) الأملاح في مياه التغذية تطرد بالكامل ولا تعبر الغشاء تمامًا، حيث لا ينفذ عبر الغشاء إلا البخار فقط، (3) يمكن تطبيق هذه التقنية على أي خصائص لمياه التغذية، (4) تعد تقنية بسيطة ووغير معقدة، (5) تعمل في ظل فرق درجات حرارة صغير (∆T على الأقل 2 درجة مئوية) ، و(6) يؤدي استرجاع الحرارة الكامنة إلى ترشيد استهلاك الطاقة ، وبالتالي، يقلل تكاليف التشغيل. يعد VMD أحد الطرق المستخدمة في تكنولوجيا التقطير الغشائي، وتعتبر منافسًا جيدًا لتقنية التناضح العكسي (RO). وهي تعمل تحت تأثير درجات الحرارة علي جانبي الغشاء، ويمكن مقارنتها بالتكنولوجيات الحرارية المطورة سابقًا، مثل الوميض متعدد المراحل (MSF)، المبخرات متعددة التأثير (MEE). يمكن تطبيق عملية VMD في العديد من العمليات الصناعية، مثل تركيز المحاليل المائية وعصير القصب في صناعة السكر، وإزالة المركبات العضوية المتطايرة من المياه الملوثة، ومعالجة مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، فإن تكنولوجيا VMD لها عيوب أداء حرجة، مثل ارتفاع استهلاك الطاقة الحرارية لتسخين مياه التغذية. تعد الوحدات متعددة المراحل نهجًا أساسيًا للاقتصاد في استهلاك الطاقة وزيادة نسبة استرجاع المياه (RR). المفاهيم العامة للتصميم: يتكون نظام التقطير الغشائي المفرغ متعدد المراحل (Multi Stage Vacuum Distillation, MS-VMD) من جزأين رئيسيين: حوامل الغشاء والأجزاء المساعدة الداعمة. يحتوي ME-VMD على أغشية مسامية غير محبة للمياه مُحضرة مسبقًا بمعامل المركز القومي للبحوث وتم تقييم أدائها في مراحل سابقة، وهي تعد اللاعب الرئيسي في عملية الفصل، وتم تصميم مكثف للحصول على الماء المقطر. يشتمل نظام ME-VMD على أربعة مراحل، وكل مرحلة تشتمل على أربع وحدات كل وحدة تحمل غشاءين. أساس التصميم: • السعة التصميمية: ~ ١-٣ م٣/ يوم. • معدل تدفق التغذية: ٤-٥ لتر/دقيقة. • درجة حرارة التغذية: ٦٥ درجة مئوية. • تركيز ملوحة مياه التغذية: ٤٠،٠٠٠ جزء في المليون. • التدفق خلال الغشاء حوالي: ٢٥-٣٠ لتر/ م٢ ساعة. • نسبة الأملاح المطرودة: ٩٧-٩٩٪. • يتم نقل محتوى كل مرحلة إلى المرحلة التالية بمعدل تدفق مساوٍ لمياه التغذية. ستمكن إعادة تدوير مياه كل مرحلة من الاقتراب من مستوى الصفر لتصريف السوائل، مع الأخذ في الاعتبار زيادة عدد المراحل كما يؤدي لزيادة الإنتاج. • تعمل الوحدة تحت حوالي - ١ بار (قياسي) أو بالقرب من صفر بار (مطلق). • يتم تكثيف بخار الماء في مكثف خارجي باستخدام الماء البارد، ويمكن استخدام مياه التغذية في التكثيف لترشيد استهلاك الطاقة. • تبلغ مساحة الغشاء الكلية ٥،١٢ م٢. • يتم تسخين المياه باستخدام سخانات كهربائية مغمورة. • النظام المتكامل متصل بمضخة تفريغ. • تم تطوير غشاء PVDF غير محب للمياه محليًا. • يمكن توصيل النظام بمجمع شمسي لتوفير استهلاك الطاقة. • تكلفة التصنيع حوالي 350 ألف جنيه (٢٠١٨- ٢٠١٩). • يتم تجميع البخار المتولد من جميع المراحل وتوجيهه إلى المبادل الحراري (٠،٥ متر مربع من المساحة السطحية نقل الحرارة). • يتم تجميع ناتج التقطير وتوجيهه إلى خزان المنتج. • يتم إعادة تدوير ركيز كل مرحلة إلى المرحلة التالية لتعظيم نسبة استرجاع المياه.

🔹 English

Membrane distillation (MD) is a promising, novel non-isothermal separation technology. It includes the transport of water vapor molecules from a hot aqueous solution through a microporous hydrophobic membrane. This technology is a talented method for water desalination since it produces high water quality. It can operate at low temperatures and low pressure, handle high concentrated feed water. Moreover, the capability of utilizing solar energy or waste heat from power stations and chemical plants can make this process more efficient, cost-effective, and environmentally friendly. This technology is characterized by (1) the water of liquid state does not permeate across the membrane, (2) the salts in the feed water are entirely rejected, (3) this technology can be applied for any feed water characteristics, (4) it is simple and eases technology, (5) it operates under small temperature gradients (∆T at least 2°C), and (6) The recovery of latent heat can economize the energy utilization, and consequently, enhances the operation costs. VMD is one of MD configurations, it is considered a good competitor to reverse osmosis (RO) technology. It is a thermally driven process, compared with earlier developed thermal processes, such as multi-stage flash (MSF), multiple-effect evaporators (MEE). VMD process can be applied in various industrial operations, such as concentrating aqueous solutions and sugar syrup, removing volatile organic compounds from contaminated water, and treating wastewater. However, VMD processes have critical performance disadvantages, such as high energy consumption for heating the feed water. Multi-stage arrangements are an essential approach to economize energy consumption and increase the recovery ratio (RR). The recovery of the latent heat of condensation and the multi-stages lead to lower thermal energy demand for the process. Design approach The ME-VMD system consists of two major parts: the membrane holders and the supporting auxiliary parts. The ME-VMD contains the earlier prepared hydrophobic microporous membranes, which are the principal player in the separation process and the condenser to obtain the distilled water. The ME-VMD system comprises four effects. The ME-VMD unit is designed with four effects and a condensation system. Design basis • Design capacity: ~3 m3/d. • Feed flow rate: 4–5 L/min. • Feed temperature 65°C. • Feed water concentration: 40,000 ppm. • The membrane flux is about 20–25 L/m2 h. • The salt rejection was 97-98%. • The content of each effect is conveyed to the subsequent effect with the equal flow rate. The recycling of the reject water will enable to approach too near zero-liquid-discharge. • The unit is working under about – 1 bar (gauge) or near 0 bar (absolute). • The water vapor is condensed in an external condenser, using cold water as a coolant. • The total membrane area is 5.12 m2. • Immersed electrical heaters are used to heat-up the system. • The integrated system is connected to a vacuum pump. • A hydrophobic micro-porous PVDF membrane was locally developed. • The system will be connected with solar collector to economize the heat consumption (running project). • A further development will be applied by recycling of latent heat to economize the heat consumption (running project). • The manufacturing cost is about LE350,000. • The generated vapor from all stages is collected and directed to Shell and Tube heat exchange (0.5 m2 heat transfer area). • The distillate is collected and oriented to the product tank. • The concentrate of each stage is recycled to the next one to maximize the water recovery percentage.