تحليل الأداء الثرموديناميكي للتقطير متعدد التأثيرات في معالجة الرجيع الملحي فائق الملوحة ضمن تطبيقات التصريف الصفري للسوائل

الملخص

لا تزال ندرة المياه تمثل تحديًا عالميًا بالغ الأهمية، تتفاقم آثاره نتيجة التغير المناخي والتوسع الحضري المتسارع، مما يفرض حاجة ملحة إلى تقنيات تحلية متطورة وقادرة على معالجة مصادر المياه غير التقليدية. تقدم هذه الدراسة تقييمًا ثرموديناميكيًا لنظام تقطير متعدد التأثيرات (Multi-Effect Distillation, MED) مكوَّن من أربعة تأثيرات وبترتيب التغذية الأمامية (Forward-Feed)، والمصمم لمعالجة المحاليل الملحية فائقة الملوحة، والتي تُعد عنصرًا أساسيًا في أنظمة التصريف الصفري للسوائل (Zero Liquid Discharge, ZLD) الناشئة. تمت محاكاة النظام باستخدام برنامج Aspen HYSYS V14.2  مع حزمة الخواص Electrolyte Non-Random Two-Liquid (Electrolyte NRTL)، وذلك تحت ظروف ملوحة مرتفعة لمياه التغذية (الكسر المولي لكلوريد الصوديوم 0.03، بما يعادل نحو 91,000 جزء في المليون)، وهي ظروف تمثل تيارات الرجيع الملحي الناتجة عن أنظمة التناضح العكسي (Reverse Osmosis, RO) عالية الاسترداد. أظهرت نتائج المحاكاة قدرة النظام على العمل بصورة مستقرة لمعالجة 2,261,000  كغ/ساعة من المحلول الملحي فائق الملوحة، مع إنتاج  564.2 م³/ساعة من المياه المقطرة عالية النقاوة. وعلى الرغم من التأثير التراكمي الملحوظ لارتفاع درجة الغليان، والذي تراوح بين 8  و10 درجات مئوية ويزيد بنحو  18% مقارنة بعمليات تحلية مياه البحر التقليدية، فقد حقق النظام نسبة استرداد , بلغت 42% ومعامل إنتاجية البخار قدره.4.2  كما أظهرت عملية التحقق من صحة النموذج، من خلال مقارنته بالمرجعيات العلمية المعتمدة، توافقًا جيدًا مع القيم المنشورة، حيث لم يتجاوز الانحراف  ±12%بالنسبة إلى الاستهلاك النوعي للطاقة الحرارية .وكشف تحليل الحساسية البارامترية أن إنتاج المياه العذبة يزداد بصورة خطية مع معدلات تدفق البخار ومياه التغذية (R² > 0.98) ، في حين يتأثر توزيع الحمل الحراري بشكل كبير بسيطرة الحرارة الكامنة على انتقال الطاقة داخل النظام. كما تبين أن التأثير الرابع يمثل القيد الثرموديناميكي  نتيجة الزيادة في الحجم النوعي للبخار عند ضغط  19 كيلو باسكال. وتؤكد هذه النتائج، من منظور كمي، جدوى استخدام التقطير متعدد التأثيرات كوسيلة تركيز حرارية فعالة للمحاليل الملحية فائقة الملوحة، بما يسهم في سد الفجوة التشغيلية بين حدود تقنيات الأغشية ووحدات التبلور، وبالتالي تقليل التصريف البيئي إلى أدنى حد ممكن.