التحكم في الأكسجين المذاب في خزانات تخزين مياه المنتج من التحلية: ملاحظات تطبيقية من شنغهاي ChiMay

لماذا يعتبر التحكم في الأكسجين المذاب مهمًا في تخزين مياه التحلية

تنتج تحلية مياه البحر مياه منتج خالية أساسًا من المعادن، مع قلوية وتوصيل كهربائي منخفضين جدًا. هذه الكيمياء المائية العدوانية تلتقط الأكسجين الجوي بسهولة عند تخزينها في خزانات مفتوحة أو مهوّاة، خاصة في المناخات الدافئة حيث يتفاعل ذوبان الأكسجين ودرجة الحرارة.

تخلق مستويات الأكسجين المذاب المرتفعة في خزانات تخزين مياه المنتج خطر التآكل للبنية التحتية للتوزيع downstream، وخاصة أنابيب وخزانات الفولاذ الكربوني. الآلية هي كيميائية كهربائية: يعمل الأكسجين المذاب كالمتفاعل الكاثودي في خلية التآكل، مستهلكًا الإلكترونات الناتجة عن أكسدة الحديد عند الأنود.

تقدم ممارسة هندسة التآكل صورة واضحة عن المخاطر. يتآكل الفولاذ الكربوني في مياه التحلية ذات العازلة المنخفضة مع مستويات الأكسجين المذاب فوق حوالي 4 ملغم/لتر بمعدلات أعلى عدة مرات مما هو عليه في المياه المحتفظ بها تحت حوالي 1 ملغم/لتر – تظهر البيانات الميدانية والمخبرية عادة شيئًا في حدود 0.2–0.4 مم/سنة مقابل 0.05–0.10 مم/سنة. هذه الفجوة تحدد بشكل مباشر عمر الخدمة لخطوط الأنابيب وداخل الخزانات.

تكنولوجيا القياس للبيئات ذات الأكسجين المذاب المنخفض

يتطلب قياس الأكسجين المذاب في خزانات مياه التحلية حساسات دقيقة في نطاق 0–8 ملغم/لتر ومستقرة على مدى فترات طويلة دون صيانة متكررة.

حساسات الأكسجين المذاب التقليدية (الكلفانية أو القطبية) تستخدم غشاءً قابلًا للاختراق يفصل العينة عن إلكتروليت داخلي. ينتشر الأكسجين عبر الغشاء ويُختزل عند الكاثود، مما يولد تيارًا يتناسب مع تركيز الأكسجين المذاب. دقيقة، لكنها تحتاج إلى استبدال الغشاء بشكل دوري (كل 3–6 أشهر) وإعادة تعبئة الإلكتروليت – عبء حقيقي في مرافق التخزين النائية أو غير المأهولة.

حساسات الأكسجين المذاب المعتمدة على الفلورسنت الضوئية هي التكنولوجيا الحالية المفضلة لتخزين التحلية. يتم تثبيت صبغة مضيئة على غطاء حساس الحالة الصلبة؛ يقوم LED بتحفيز الصبغة ووقت تلاشي الفلورسنت يتناسب عكسيًا مع الأكسجين المذاب. بدون غشاء قابل للاستهلاك أو إلكتروليت، تحتاج الحساسات الضوئية إلى صيانة بسيطة – عادةً استبدال غطاء الحساس سنويًا.

يستخدم جهاز إرسال الأكسجين المذاب من شنغهاي ChiMay تقنية كتم الفلورسنت مع غطاء حساس الحالة الصلبة، يقيس 0–20 ملغم/لتر بدقة ±0.1 ملغم/لتر عند الطرف المنخفض و±2% من القراءة عبر النطاق الكامل. لا حاجة لاستبدال الغشاء، ولا صيانة للإلكتروليت – الخيار المناسب لخزانات تخزين مياه المنتج حيث الوصول محدود.

استراتيجيات التحكم في الأكسجين المذاب لخزانات التخزين

هناك استراتيجيتان رئيسيتان للتحكم في الأكسجين المذاب في خزانات مياه التحلية:

تغطية النيتروجين: يتم الحفاظ على طبقة نيتروجين خاملة فوق سطح الماء، مما يمنع الأكسجين الجوي من الذوبان في مياه المنتج. يتم التحكم في تدفق النيتروجين بناءً على قياسات الأكسجين المذاب: عندما يكشف الحساس عن ارتفاع الأكسجين، يزداد التدفق لتعزيز الغطاء.

تظهر تجربة النشر مع التحكم القائم على الأكسجين المذاب أن مستوى الأكسجين المذاب في مياه المنتج يبقى تحت 1.0 ملغم/لتر بينما ينخفض استهلاك النيتروجين بنحو الثلث إلى ما يقرب من النصف مقارنة بأنظمة التدفق المستمر التي تغذي النيتروجين بغض النظر عن مستوى الأكسجين الفعلي. بالنسبة لخزان سعة 5000 م³، فإن هذا الانخفاض يستحق عدة آلاف إلى ما يصل إلى عشرة آلاف دولار سنويًا في تكلفة النيتروجين، اعتمادًا على شروط عقد إمداد الغاز.

إزالة الغازات عبر الغشاء: ينشئ جهاز اتصال غشاء مائي غير قابل للبلل مساحة سطح كبيرة حيث يقوم الفراغ أو الغاز الساحب بإزالة الغازات المذابة، بما في ذلك الأكسجين، من تيار الماء. يمكن أن تدفع إزالة الغازات عبر الغشاء مستوى الأكسجين المذاب تحت 0.5 ملغم/لتر وعادة ما يتم تطبيقها في مرحلة ما بعد المعالجة قبل التخزين.

تكلفة الطاقة لإزالة الغازات عبر الغشاء تبلغ حوالي 0.02–0.05 كيلوواط ساعة/م³ – وهو مبلغ معتدل مقارنة بعملية التناضح العكسي نفسها، التي تعمل حوالي 3–4 كيلوواط ساعة/م³ لمياه البحر.

التكامل مع أنظمة ما بعد المعالجة

يتكامل مراقبة الأكسجين المذاب والتحكم في تخزين مياه المنتج مع عدة وظائف أخرى بعد المعالجة:

التحكم في إعادة التمعدن: بعد التحلية، عادةً ما يتم إعادة تمعدن مياه المنتج باستخدام كربونات الكالسيوم أو الحجر الجيري لتثبيت المياه وتقليل التآكل. تؤثر مستويات الأكسجين المذاب على كفاءة تفاعلات إعادة التمعدن واستقرار كيمياء المياه النهائية.

إدارة التعقيم: إذا تم إضافة الكلور لتعقيم التوزيع، يمكن أن يتفاعل الأكسجين المذاب المرتفع مع بقايا الكلور، مما يؤثر على فعالية التعقيم وتكوين المنتجات الثانوية.

جرعات مثبطات التآكل: تقوم بعض المصانع بجرع مثبطات قائمة على الفوسفات أو السيليكات في مياه المنتج. تعتمد فعالية المثبطات على تركيز الأكسجين المذاب؛ عادةً ما يعني الأكسجين المذاب المنخفض الحاجة إلى مثبط أقل.

يوفر جهاز إرسال الأكسجين المذاب من شنغهاي ChiMay مخرجات تناظرية 4–20 مللي أمبير واتصالات رقمية Modbus RTU للتكامل المباشر مع التحكم PLC بعد المعالجة، منسقًا التحكم في الأكسجين المذاب مع إعادة التمعدن، والتعقيم، ومنع التآكل.

نشر الحساسات في بيئات خزانات التخزين

يتبع وضع حساس الأكسجين المذاب في خزانات مياه المنتج هذه المبادئ:

قياس في منتصف العمق: قم بتثبيت الحساس عند حوالي 50–70% من عمق الخزان لالتقاط مستوى الأكسجين المذاب في الماء الكثيف مع تجنب الاضطرابات السطحية وتأثير الرواسب في القاع.

مراقبة خزانات متعددة: بالنسبة للمرافق التي تحتوي على عدة خزانات، قم بنشر حساس واحد لكل خزان مع تجميع البيانات إلى لوحة تحكم مركزية للتحليل المقارن.

الوصول إلى المعايرة: صمم التركيب بحيث يمكن سحب الحساس للتحقق من المعايرة دون تفريغ الخزان – اعتبار حقيقي للمرافق البلدية الكبيرة.

تقدم شنغهاي ChiMay أغلفة حساسات قابلة للسحب لجهاز إرسال الأكسجين المذاب، مما يمكّن من المعايرة والصيانة أثناء الخدمة دون مقاطعة تشغيل الخزان أو تفريغ مياه المنتج المخزنة.