تُصنع أغشية التناضح العكسي من مادة طبيعية أو صناعية شبه نفاذة Semi- permeable تسمح بمرور المياه دون الأملاح … وأهم شىء أنها تتحمل الضغط العالى …
وقبل أن ندخل فى التركيب الكيميائى نقول أن أغشية الRO تتكون من مواد رقيقة بسُمك حوالى 0.04 إلى 0.1 ميكرون فى المعتاد … كما أنها تُثبت بمواد مسامية ليكبر سُمكها ويصل إلى حوالى 0.01 ميلليمتر … وقطر المسام فى الغشاء يتراوح ما بين 1 إلى 15 أنجستروم وهو أقل بكثير من المرشحات والفلاتر الدقيقة.
وتُصنع الأغشية من هذه الأنواع المشهورة:
البولى اسيتات السليلوز
مركبات البولى اميد
أغشية الكمبوزيت
وإليك نبذات عن كل نوع:
1- البولى أسيتات السليلوز Cellulose acetate ومركباتها (مثل الCellulose diacetate والCellulose triacetate )
وتتكون فى المعتاد من طبقتين من هذه المواد … ويعيب هذه المواد أن لها ثباتية كيميائية ضعيفة ومن السهل حدوث تحلل hydrolysis لها مع الوقت تبعاً لظروف درجة الحرارة والpH وتتحول إلى سليلوز… كما أنها مُعرضة للتحلل البيولوجى Biological degradation.
يعمل هذا النوع فى أس هيدروجينى من 6- 8 (وهناك أنواع تعمل فى pH أقل من ذلك حتى تصل إلى 3) وهناك نوع يسمى Cellulosetri acetate يعمل من pH (4 – 8) … وبالطبع كما نذكر … يجب الرجوع إلى المانيوال الخاص بالغشاء.
وهذا النوع حساس مع ارتفاع درجة الحرارة وعدم انضباط الأس الهيدروجينى (فينهار ويتلف بسرعة) …أما تحمله للكلورين فهو يقاوم وجود الكلورين الزائد حتى أقل من 1 جزء فى المليون … ولكنه غير مقاوم للبكتيريا (حساس لهجوم البكتيريا).
يتكون هذا البوليمر من اتحاد السليلوز ومجموعة الأسيتات … وهو يعتبر مركب غير متماثل فى تركيبه الجزيئى Asymmetrical.
والأسيتات هى المجموعة المشتقة من حمض الأسيتيك ورمزها الكيميائي CH3COO-
والتركيب الكيميائى لأسيتات السليلوز يظهر فى الصورة التالية:
يتفاعل السليلوز مع حمض الأسيتيك (الخليك) فتفقد ذرات الأوكسجين ذرات الهيدروجين فى جزيئات الهيدروكسيل الأربعة (OH) لتحل محلها مجموعة الأستيل CH3CO
وتحتاج الأغشية التى تُصنع من أسيتات السليلوز إلى القليل من الكلورين لمنع الفاولينج البيولوجى … فهى تتحمل كلور يصل إلى 1 جزء فى المليون بعكس الأغشية الأخرى …
يمتاز هذا النوع من الأغشية بقلة تكون الفاولينج عليه لسببين رئيسيين … أولهما أن سطح الغشاء متعادل والمجموعة الوظيفية Functional group غير قطبية non-polar بعكس البولى أميد … لذا جذب الفاولينج إلى السطح لا يحدث بسهولة … والسبب الثانى من عدم تكون الفاولينج بكثرة هو نعومة سطح الغشاء الأملس.
2- المركبات البوليميرية الأخرى مثل البولى أميد الأليفاتية والعضوية Aliphatic or Aromatic polyamide:
وهى مركبات أكثر ثباتاً وتندرج تحت هذه المجموعة هذه المواد التالية:
Polybenzimidazole – polybenzimidazolones – polymidehydrazide – polyimides – polyfuran.
مركبات البولي أميد العضوية Aromatic polyamide:
هو نوع من البوليمرات العضوية الغير متماثلة assymetrical مثل أسيتات السليلوز وهو أكثر استخداماً نظراً لأنه لا يتطلب ضغط عالى … بجانب المرونة فى ظروف التشغيل …وهو ثابت كيميائياً لا يؤثر عليه الغسيل الكيماوى ولكن يعيبه أنه يتأكسد سريعاً بالمواد المؤكسدة (مثل الكلورين والكلورامين والأوزون) … كما أنه يحمل على سطحه شحنات أنيونية تجعله عُرضة لجذب الشحنات الكاتيونية الموجودة على سطح المواد التى تسبب الفاولينج.
وهو حساس تجاه الكلور ويعمل فىpH (3-11).
الأميد كى نطلع على تركيبه … ننظر إلى الصورة التالية:
والبولى أميد من اسمه نعرف أنه عدة جزيئات من الأميد ترتبط ببعضها لتكون سلسلة بوليميرية طويلة تستخدم فى صناعة الطبقة المسئولة عن التناضح العكسي فى الأغشية … انظر التفاعل التالى فى الصورة والذى يوضح كيف يتشابك جزىء الأميد بآخر ليكون البوليمر حيث يحدث نزع لجزىء مياه (الهيدروكسيل من جزىء والهيدروجين من الآخر):
3- غشاء “كومبوزيت” Thin film composite (TFC) polymer::
وهو النوع الأكثر شهرة والأكثر استخداماً قى السنوات الأخيرة … … ويتم استخدامه فى صناعة النوع الحلزونى الشكل الذى ذكرناه من قبل spiral wound membrane … وهو يتألف من عدة طبقات كما ترى فى الصورة التالية:
الطبقة العليا: فى القمة وتتكون من طبقة رقيقة جداً من البولى أميد Polyamide ultra thin layer … ووظيفتها هى وظيفة التناضح العكسي وهى فصل المياه عن الأملاح … وسمكها حوالى من 0.05 إلى 1.0 ميكرومتر فقط.
الطبقة الوسطى Polysulfone Support Layer (فى المنتصف): تتكون من طبقة بولي سلفون المسامية Polysulfone porous intermediate ووظيفتها تدعيم وتثبيت مكونات الغشاء ويسمونها Substrate… وسمكها حوالى من 30 إلى 50 ميكرون.
الطبقة السفلى: وهى الجزء الأسفل … وتتكون من قماش من البولي استر المقوى غير المنسوج Polyester reinforced non-woven cloth … وسمكها حوالى (من 100 إلى 150 ميكرون) يعنى 120 ميكرومتر فى المتوسط وهو طبقة تسمح بمرور البيرميت ووظيفتها حمل الطبقتين السابقتين (قماش حامل).
انظر لقطاع عرضى فى الTFC:
الثلاث طبقات السابقة يكونوا الغشاء المطلوب على هيئة sheet له سمك حوالى 160 ميكرون … وعند التصنيع يتم تثبيت 2 شيت مع بعضهما على هيئة ظرف envelope بوضعه back to back يعنى طبقة البولى أميد لكل شيت إلى الخارج وطبقة البولى استر لكل شيت مع بعضهما إلى الداخل …
وحتى لا يحدث وأن يلتصق الغشائين مع بعضهما نتيجة الضغط العالى فقد تم وضع حاجز بينهما يسمى product carrier وهو نسيج من شبكة خفيفة … ثم يتم لصق 3 اتجهات كالظرف كما قلنا ويترك الاتجاه الرابع تجاه الأنبوب الداخلى الى تنتقل إليه مياه البيرميت.
يمكن أيضاً تثبيت عدة أظرف envelopes مع بعضهم.
وهذه صورة مختصرة فى صناعة الThin film composite :
نوع الأغشية موجود بالمانيوال Manual الخاص به كما أنه يُكتب على الممبرين نفسه (تستطيع فتح الpressure vessel وقراءته).
الصورة الميكروسكوبية التالية تظهر تركيب البولى أميد حيث تظهر الفراغات بين سلاسل البوليمر والتى تمر من خلالها المياه … والكرات الصفراء هى مركبات ربط بين البوليمرات وتميز الأغشية عن بعضها حيث يزيد عددها فى أغشية مياه البحر وتقل فى أغشية الbrackish water:
وحتى تعلم أخى الكيميائى أو المهندس تأثير الكلورين المخرب على البولى أميد يكفيك أن تعلم أن جزىء البوليمر يُهاجَم من قبل الكلور كما ترى فى التفاعل التالى حيث يمرح الكلور على البوليمر هنا وهناك وفى النهاية يقسمه نصفين مثل المقص الذى يقص الورقة إلى نصفين … تكون النتيجة هى فتح البوابات المغلقة للأملاح فى مياه التغذية كى تعبر بحرية خلال طبقة البولى أميد:
والآن فى الجدول التالى نعقد مقارنة بين النوعين الرئيسيين من الأغشية … أسيتات السليلوز والبولى أميد:
يعنى حضرتك عندما تستبدل الغشاء السليلوزى عندك ببولى أميد ستلاحظ فى العموم حدوث الآتى: معدل التدفق Flux انخفض لذا يتم تعديل منظومة الضغوط والتدفقات … ومعدل تكون البايوفاولينج انخفض … كما أنه يمكننا استخدام الغسيل القاعدى … ولكن سنكون أكثر حرصاً من مرور الكلور على الغشاء من ذى قبل … وسنلاحظ أيضاً أن عمر الغشاء قد طال عن السليلوز.
بقى أن نذكر أن سطح الأغشية يحتوى على مجموعات هيدروفيليك Hydrophilic (أو مركبات لها خاصية جذب المياه كى تسمح لها بالانجذاب تجاهها والمرور من خلالها) … وهذه المجموعات تميز سطح البوليمر ويكون لها صفات قطبية Polar (يعنى لها شحنة موجبة جزئية على مكان وشحنة سالبة جزئية على مكان) … وجزىء الماء قطبى أيضاً … وما يحدث هو أن الشحنة السالبة الجزئية للأوكسجين فى الماء تنجذب إلى الموجبة للمجموعة القطبية على سطح البوليمر… وتنجذب الشحنة الموجبة الجزئية على الهيدروجين فى الماء بالسالبة …
وبالطبع نستنتج أنه كلما زادت كثافة المجموعات القطبية على سطح البوليمر فى الغشاء زادت انتاجية المياه (البيرميت) لأنها “استوعبت” جزيئات أكثر … وبالتالى تنخفض نسبة الأملاح بها وتصبح أكثر جودة.