غشاء ألياف مجوف مزدوج الطبقة، مغزل دوار بفتحة واحدة

5. نوع المعالجة: NIPS (فصل الطور المستحث بدون مذيب؛ يجب أن يتحكم المغزل بدقة في معدلات البثق المتزامنة والترابط السطحي للجزئين، مما يحدد بشكل مباشر الالتصاق بين الطبقات واستقرار الأداء.)

6. التطبيق: حماية البيئة، وتنقية المياه (تشمل حالات الاستخدام: معالجة النفايات الصناعية المحتوية على الفلورايد من تصنيع الإلكترونيات - الاحتفاظ بالفلورايد وأيونات المعادن الثقيلة؛ وتنقية مياه الشرب البلدية المتقدمة - إزالة السموم الزرقاء والمواد العضوية؛ والمعالجة المسبقة لتحلية المياه المالحة/الجزيرة - الاحتفاظ بالمواد الصلبة العالقة والغرويات.)

7. المواصفات: 1.6/1.3/1.1/0.6/0.4 (الوحدة: مم. تتوافق القنوات الخمس المتداخلة مع المناطق الوظيفية: 1.6 = قناة المنشطات الخارجية للطبقة الخارجية المضادة للأوساخ من مادة PVDF؛ 1.3 = قناة المنشطات الداخلية للطبقة الداخلية عالية الانتقائية من مادة PVDF؛ 1.1 = قناة السائل/المسام الخارجية لضبط حجم مسام الطبقة الخارجية؛ 0.6 = قناة السائل/المسام الداخلية لضبط حجم مسام الطبقة الداخلية؛ 0.4 = قناة المسام الداعمة المركزية لضمان استقرار هيكل الألياف المجوفة.)

8. قدرة التصنيع: 1.600±0.002 مم، 1.300±0.002 مم، 1.100±0.004 مم، 0.600±0.002 مم، 0.400±0.004 مم؛ تركيز التجميع 0.003 مم (يتطلب الهيكل المكون من خمس طبقات تركيزًا عاليًا للغاية لتجنب إزاحة الواجهة بين المخدرين مما قد يتسبب في انفصال الطبقة؛ تتجاوز الدقة بكثير المغازل أحادية الطبقة القياسية.)

9. مادة المغزل: الفولاذ المقاوم للصدأ (الفولاذ المقاوم للصدأ 304 مع معالجة المحلول والتلميع الكهربائي؛ خشونة السطح Ra ≤ 0.8 ميكرومتر، موازنة مقاومة التآكل لمخدر PVDF المحتوي على DMAC وتدفق المخدر السلس.)

١٠. مادة التطبيق: PVDF (بولي فينيلدين فلوريد) (راتنج PVDF عالي النقاء، نقاء ≥ ٩٩٫٥٪. الطبقة الخارجية مُعدّلة لتعزيز مقاومة الأوساخ (زاوية تلامس السطح ≤ ٦٥ درجة)، وصُممت تركيبة الطبقة الداخلية لتحقيق انتقائية عالية (حجم المسام ٠٫٠١-٠٫٠٢ ميكرومتر). يجب أن يتوافق المغزل بدقة مع خصائص التدفق المختلفة لمادة PVDF.

١١. ملاحظات إضافية: يكمن التحدي الرئيسي لمغزل الألياف المجوفة المركب ثنائي الطبقة أحادي الثقب في "التحكم المنسق بخمس قنوات" - مما يضمن بثقًا متزامنًا للطبقتين المضافتين (فرق معدل التدفق ≤ ٢٪)، ومنع الاختلاط المبكر للمسامات والإضافات، والتحكم الدقيق في نسبة سمك الطبقتين (متطلبات العميل: نسبة خارجية: داخلية = ١:١.٢). يُعد هذا الجهاز جهازًا أساسيًا في أبحاث وتطوير الأغشية المتطورة في مجال تنقية المياه البيئية باستخدام عملية NIPS.

12. عملية التعاون التفصيلية وتحقيق قيمة العملاء

(1) خلفية العميل ونقاط الألم الأساسية

قبل استحواذها عام ٢٠١٧، واجهت شركة سنشري ووتر اختناقات فنية في مشاريع المياه البيئية في جنوب شرق آسيا. فقد أظهرت أغشية الألياف المجوفة أحادية الطبقة المصنوعة من مادة PVDF، والتي كانت تستخدمها سابقًا، ثلاث مشكلات عند معالجة المياه شديدة التلوث (مثل: نفايات الإلكترونيات المحتوية على الفلورايد، ومياه البلديات الملوثة).

● عدم كفاية مقاومة التلوث: يتم امتصاص المواد العضوية والغرويات بسهولة على سطح الغشاء، مما يتسبب في انخفاض التدفق بنسبة 35% في غضون ثلاثة أشهر ويتطلب التنظيف الكيميائي الأسبوعي (حمض الستريك + هيبوكلوريت الصوديوم)، مما يزيد من التكاليف الكيميائية ويقصر من عمر الغشاء.

● التوازن بين الانتقائية والتدفق: إن تحقيق احتفاظ أكبر بالملوثات الجزيئية الصغيرة (على سبيل المثال، أيونات الفلورايد، والسموم الزرقاء) يتطلب مسامًا أصغر، مما يقلل من التدفق ولا يمكنه تلبية متطلبات مياه الصرف الصناعي عالية التحميل.

● ضعف استقرار الطبقة: فشلت محاولات تطوير الأغشية ثنائية الطبقة ذاتيًا لأن المغازل التقليدية لم تتمكن من التحكم بدقة في الترابط السطحي للجزئين، مما أدى إلى انفصال الطبقة.

ولمعالجة هذه القضايا، اقترحت شركة Century Water تطوير "أغشية ألياف مجوفة مركبة ثنائية الطبقات"، تركز على مغزل أحادي الفتحة قادر على: (أ) البثق الدقيق والمتزامن لمنشطين مختلفين لضمان الترابط الضيق بين الواجهات؛ (ب) الجمع بين الانتقائية العالية (حجم مسام الطبقة الداخلية 0.01-0.02 ميكرومتر) مع التدفق العالي (≥ 55 LMH)؛ و(ج) تعزيز مقاومة التلوث.

(2) الحلول التقنية المخصصة واختراقات نقاط الألم

ردًا على ذلك، صممت شركة Trustech حلاً متخصصًا حول "تنسيق القنوات الخمس" و"توافق NIPS"، مما أدى إلى حل التحديات الأساسية:

● التحكم الدقيق في البنية المكونة من خمس طبقات: استُخدم مركز تشغيل دقيق بخمسة محاور (دقة تحديد المواقع ±0.0002 مم) للتشغيل المتكامل للقنوات بأبعاد 1.6/1.3/1.1/0.6/0.4 مم. بعد التشغيل، تم التحقق من قطر واستدارة كل قناة باستخدام قياس التداخل بالليزر لضمان انحراف ≤ 0.002 مم لكل طبقة. باستخدام "تحديد المواقع على محور البيانات + معايرة متعددة الأبعاد"، تم التحكم في مركزية تجميع الطبقات الخمس ضمن نطاق 0.003 مم، مما منع حدوث أي انحراف بين واجهة المزج والتركيب.

● تحسين تدفق المنشطات المنسقة: تم استخدام ديناميكيات الموائع الحسابية لمحاكاة تدفق المنشطات PVDF (على سبيل المثال، لزوجة المنشط المعدل الخارجي 3500 cP؛ لزوجة المنشط عالي النقاء الداخلي 30000 cP)، وتحسين زوايا المدخل وهندسة المخرج (مخرج بيضاوي لتقليل القص)، والحفاظ على فرق معدل البثق في حدود 1.5٪ لضمان الترابط الضيق للواجهة.

● تصميم توازن التدفق المضاد للتراكم: للطبقة الخارجية المضادة للتراكم، صُقل الجدار الداخلي لقناة المنشط الخارجي إلى Ra = 0.08 ميكرومتر لتقليل مقاومة التدفق، مما أدى إلى سطح غشاء خارجي أكثر نعومة (بزاوية تلامس مخفضة إلى 62 درجة). أدى التحكم الدقيق في معدل تدفق قناة المسام الداخلية (بالنسبة إلى تدفق المنشط الداخلي) إلى ضبط حجم مسام الطبقة الداخلية إلى 0.015 ميكرومتر، مما حقق "احتفاظًا عاليًا (رفض أيونات الفلورايد بنسبة 92%) + تدفقًا عاليًا (62 LMH)."

(3) نتائج التطبيق والتعاون المعمق

بعد أن سلمت شركة تروستك المغزل في أغسطس 2017، حققت شركة سينشري ووتر إنجازاتٍ كبيرة في مجال البحث والتطوير وتطبيق الأغشية المركبة ثنائية الطبقات. وقد حققت الأغشية ثنائية الطبقات المنتجة الأهداف التالية: رفض عالٍ للفلورايد والسيانوتوكسين من الطبقة الداخلية، وتدفق للطبقة الخارجية يبلغ 62 LMH عند 0.1 ميجا باسكال، وانخفاضًا في انخفاض التدفق عند معالجة مياه الصرف الصحي الإلكترونية المحتوية على الفلورايد.