مبدأ التناضح العكسي

على الرغم من أن العملية الأسموزية كانت معروفة للكثير من أكثر من قرن , فإن تقنية استخدام الأغشية لمعالجة المياه تعتبر حديثه , وكانت أول إعلان لاستخدام التناضح العكسي هو براءة اختراع بنفس الاسم لإزالة عسرة الماء (SOFTENING ) باستخدام أغشية فيروسيانيد على مثبتات مسامية من البورسلين . وفي سنة 1952 أنتج في جامعة فلوريدا أغشية من أسيتات السيليلوز لتحلية المياه بالتناضح العكسي .
وكان من عيوب الغشاء المستخدم ضعف معدل الإنتاج للماء العذب
لسمك الغشاء ( وكان هذا تقريبا وقت ظهرو تقنية الديلزة أو الفرز الكهربائي ) .
وفي الخمسينيات تم تطوير الأغشية لزيادة معدل مرور الماء مع ارتفاع معدل طرد الملح . وتم في الستينيات إنتاج أغشية مثل الملفوفة حلزونيا ( spiral wounded ) أو على صورة أنابيب وغيرها ثم ظهرت في السبعينيات أغشية الشعيرات الدقيقة المجوفة ( hollow fine fibers ) من البوليميد مع استقرار إنتاج أغشية استيات السليلوز . وقد كان تطور الأغشية لاستخدامها لإزالة ملوحة المياه قليلة الملوحة
أما الآن ( ومنذ نهاية السبعينات إلى الأن ) فقد تم تطوير الأغشية لتحليه المياه شديدة الملوحة كمياه بحر

<!--

شرح عملية فصل الماء العذب بالتناضح العكسي

إذا وضعنا محلول ماء ملحي في جانب لغشاء شبه نفاذ والجانب الآخر ماء عذب . فمن المعروف طبيعيا أن ينتقل ( ينفذ ) الماء العذب ( الأقل تركيزا ) إلى المحلول الملحي ( الأكثر تركيزا ً) . وذلك لأحداث التوازن أو التعادل في علمية التركيز , وهذه تعرف بعملية التناضح ( osmosis process )
ويستمر نفاذ الماء العذب في هذا الاتجاه وعليه يرتفع عمود المحلول
الملحي لأعلى نتيجة زيادة كمية الماء بالمحلول باستمرار نفاذ الماء العذب .

<!--<!--


بارتفاع عمود الماء يرتفع الضغط بجانب المحلول الملحي وتزداد لذلك مقاومة نفاذ ومرور الماء
العذب حتى يصل ارتفاع الضغط إلى قيمة تمنع من نفاذ الماء العذب تماما . عند هذا الضغط يحدث
التوازن ويسمى هذا الضغط الاسمومزي (osmotic pressure )
وقد اكتشف العلماء أنه يمكن عكس هذه العملية أي أنه إذا أثرنا على المحلول الملحي يضغط أعلى من الضغط الأسموزيفسينتقل الماء العذب من المحلول الملحي ( الأكثر تركيزا ً ) في الأتجاه العكسي وينفذ إلى جهة الماء العذب ( الأقل تركيز ) .
وتعرف هذه العملية بعميلة التناضح العكسي والتي يمكن بها الحصول الماء العذب من الماء المالح . ومن ثم فعملية التناضح العكسي
(reverse osmosis ) هي عملية فصل الماء العذب عن محلول ملحي من خلال غشاء نفاذ
وذلك بضغط المحلول الملحي يضغط أعلى من الضغط الأسموزي .
ولا يحتاج الأمر إلى تسخين أو تغير في الشكل بل يلزم أن يوضع المحلول الملحي ( الماء المالح ) تحت ضغط أعلى من الغضط
الأسموزي ( osmotic pressure ) وتعتمد قيمة الضغط الأسموزي على عوامل عدة منها تركيز الملوحة للماء المالح
( total dissolved solids : TDS ) وعلى نوعية الأملاح الذائبة وعلى درجة الحرارة .
ويتراوح الضغط الأسموزي لعنصر كلوريد الصوديوم والذي يمثل 60 % في الماء المالح بين
1 – 1.1 رطل / البوصة المربعة ( أي حوالي 0.07 بار ) لكل مائة جزء في المليون من الملح
الذائب ( أو واحد بار لكل 1430 جزء في المليون )
فمثلا لماء بئر ملوحته 5000 جزء في المليون فإن الضغط الأسموزي له يساوي تقريبا 3.4 بار
ولماء بحر ملوحته 32000 جزء في المليون فإن الضغط الأسموزي له حوالي 22 بار
إلا أنه يجب ملاحظة أن الضغط الحقيقي اللازم لعملية التناضح العكسي عادة يكون أكبر كثيرا
من هذه ا لأرقام وذلك لإضافة الضغوط اللازمة للآتي :
الفقد في الضغط اللازم لسريان ماء التغذية خلال مجمع الأغشية والأنابيب والصمامات وغيرها ,
الزيادة في ملوحة الماء مروره بالأغشية نتيجة استخلاص الماء العذب منه ,
الضغط الاستاتيكي لرفع الماء لخزانات الماء المنتج , أو خزانات ماء الطرد ,
احتمالات الانسداد لرفع الماء لخزانات الماء المنتج , أو خزانات ماء الطرد
إحتمالات الإنسداد الجزئي للأغشية مع الزمن نتيجة ترسب العوالق والأملاح والمكونات العضوية ..إلخ
من الناحية التطبيقية يتم ضخ مياه التغذية المالحة (saline feed water ) في وعاء ضغط
مغلق ( pressuer vessel ) حيث يضغط الماء المالح ويدفع خلال مجموعة من الأغشية
(wembranes) , وعندما يمر جزء من الماء العذب عبر الغشاء تزداد ملوحة الماء المالح
المتبقي ( brine ) , وعليه فإن جزءا ص من مياه التغذية الأكثر ملوحة يتم التخلص منه .
وبدون هذا التخلص فإن الازدياد المطرد لملوحة مياه التغذية سوف يتسبب في مشاكل كثير مثل
زيادة الترسبات وزيادة الضغط عبر الأغشية ( لزيادة الضغط الأسموزي مع زيادة الملوحة ) .
وتتراوح كمية المياه التخلص منها بهذه الطريقة مابين 20 إلى 70 % من مياه التغذية اعتمادا ً
على كمية الاملاح الموجودة في مياه التغذية ويسمى هذا المحلول بالمطرود ( rject)
أما الماء العذب والذي نفذ من الأغشية فيكون الماء المنتج ( permeate or water product) وتحتاج هذه التقنية لعمليات معالجة أوليه دقيقة لماء التغذية ( لإزالة المواد العالقة من الطمي أو الرمال وغيرها ) وكذلك إزالة وقتل وفصل الأحياء المائية الدقيقة ( كالفطريات والبكتيريا والطحالب ) وذلك للمحافظة على وحدة التحلية من انسداد وتلف الأغشية . كما يحتاج الماء
المنتج إلى معالجة نهائية لضبط خواصه بما يناسب الخواص المطلوبة حسب الاستخدام
( سواء ماء شرب . أو مياه للغلايات البخارية . أو للاستخدام الصناعي والغذائي والطبي )
وعليه فمحطة التحلية تتكون من ثلاثة نظم أساسية الأولى للمعالجة الابتدائية . والثانية لفصل الماء
العذب ( بمجمع الأغشية ) والثالثة للمعالجة النهائية
كيفية عمل الأغشية
الأغشية عبارة عن مواد طبيعية أو صناعية شبه نفاذة (semi permeable ) أي تسمح بمرور
الماء فقط دون الأملاح . وتتكون أغشية التناصح العكسي من مواد خاصة ( مثل اسيتات السليلوز ) أو البولي أميد . إما على شكل شعيرات ( خيوط ) مجوفة مثل خيوط شعر الرأس تقريبا ( hollow fine fibers) ملفوفة على شكل حرف U
أو على شكل ألواح حلزونية ملفوفة ( spiral wounded sheets) .
وتعمل الأغشية بما يسمى بنظرية السريان بالامتصاص الانتقائي ( بالخاصة الشعرية )
أي أن طبيعة الغشاء بامتصاص الماء فقط ( ورفض امتصاص الأملاح ) . وتعتمد قدرة الغشاء
على فصل الأملاح على قطر المسام من 1 إلى 15 انجستروم وهي أقل كثيرا من المرشحات
الدقيقة ( micro filteration) والتي تمنع الأحياء الدقيقة بالمرشح .

المقارنة بين أغشية التناضح العكسي
تعتبر الأغشية قلب نظام أغشية التناضح العكسي وهي تتكون من مواد رقيقة بسمك حوالي 0.04 إلى 0.1 ميكرون ومثبته بمواد مساميه ليصل سماكها إلى حوالي 0.01 مم . وهي تختلف في قدرتها على مرور الماء العذب وطرد الأملاح . والأغشية لها القدرة على منع مرور من 90 إلى
99 % من المواد غير العضوية وحوالي 100 % من المواد العضوية ( كالبكتيريا والفيروسات )
وغيرها ( كالسيلكا ) . ويمر الماء العذب من خلال الفراغات بين الهيكل الجزئيي لمادة الغشاء عن
طريق الانتشار ( DIFFUSION ) وتستخدم مواد مثل أسيتات السليلوز ومركباتها والبوليمد كأساس للأغشية التجارية

اسيتات السليلوز
1 - معدل مرتفع لمرور الماء العذب لوحة المساحات
2 – تستخدم في الأغشية الملفوفة حلزونيا والشعيرات الدقيقة المجوفة وغيرها
3- عمرها اقل من البوليميد
4 – تقاوم وجود الكلورين الزائد حتى اقل جزء في المليون
5 – مستقر حتى رقم هيدروجيني بين 3.5 – 6.5
6- حساس لهجوم البكتيريا
7- حساس لإمكانية انهياره مع ارتفاع درجة الحرارة وعدم انضباط الرقم الهيدروجيني
8- نسبيا أرخص سعرا

البوليميد
1 - معدل أقل لمرور الماء العذب لوحة المساحات
2 – تستخدم في الأغشية الملفوفة حلزونيا والشعيرات الدقيقة المجوفة وغيرها
3- عمرها أطول من السليلوز
4 – حساس لوجود الكلورين
5 – مستقر حتى رقم هيدروجيني بين 3– 11
6- يقاوم البكتيريا
7- يقاوم الانهيار مع ارتفاع درجة الحرارة وعدم انضباط الرقم الهيدروجيني
8- نسبيا أعلى سعرا ً

ما الذي تزيله أنظمة التناضح العكسي من الماء؟
الأملاح والمعادن الذائبة مثل:
u النترات وبعض الكبريتات.
u الكالسيوم والمغنيسيوم.
u البوتاسيوم.
u الطعم والرائحة.
u العديد من المواد العضوية.
u معظم الكائنات الحية الدقيقة

<!--<!--


ما هي مشاكل وايجابيات نظام التناضح العكسي؟
للتذكير نقول إن لكل نظام هناك ايجابيات وسلبيات ولا يوجد نظام مثالي في العالم

* نظام التناضح العكسي يُعالج فقط نسبة صغيرة من المياه التي تمر خلاله بينما
نسبة من المياه الضائعة ناتجة عن استعمال هذا النظام.
* أغشية التناضح العكسي من الممكن أن يحدث لها عطل أو تسريب. لكن وهذا الغشاء قابل لتبديل أو التنشيط كل ستة أشهر على حسب نسبة تلوث الماء بالشوارد
* إذا كان تركيز بعض المواد عالياً في الماء، فقد لا يكون نظام التناضح العكسي أفضل خيار.
*نظام المعالجة بواسطة التناضح العكسي ليس أفضل خيار لإزالة البكتيريا بشكل عام والبكتيريا المسببة للأمراض، لأن الغشاء يمكن أن يتلف ويسمح بدخول البكتيريا للماء
* يتم وضع عدة مراحل معالجة بدائية قبل دخول الماء على قسم RO وهذه المراحل ضرورية جدا
حتى نحصل على عمر طويل للغشاء وتكون تلك المراحل البدائية غالبا وحدات معالجة بالكربون الفعال
ونستطيع وضع وحدات معالجة بالرزينات لتخفيف الضغط على الغشاء والحصول على مردود وعمر اطول له
* يوفر الطاقة الكهربائية لأنه يعمل على محرك ضاغط بكمون 12 فولت فقط عوضا عن السخانات في جهاز التقطير
<!--