فى بداية رحلتنا مع سلسلة التناضخ العكسي وفى هذا البوست الأول سنسأل 4 أسئلة …
وهى:
ما هى الفكرة العلمية التى بُنيت عليها تلك التقنية؟
وما هى استخدامات التناضخ العكسى؟
وما هى أهم مزاياه؟
وأهم عيوبه؟
ما هى الفكرة العلمية للتناضخ العكسي؟
معالجة المياه هى عبارة عن عدة عمليات متتالية الغرض منها إزالة الشوائب الموجودة فى الماء للحصول على ماء يناسب الغرض الذى سوف يستخدم من أجله … والتناضخ العكسى أو الأسموزية العكسية أو الReverse osmosis (R.O) هى إحدى طرق المعالجة والغرض منها تحلية وتنقية المياه …
التناضخ العكسي هو طريقة لفصل الأملاح (أو تحلية المياه) بالإعتماد على ما يُسمى بالأغشية membranes وليس على التسخين، بمعنى آخر أنها تقنية شبيهة ب”المنخل” أو الsieving mechanism حيث يسمح بمرور المذيب solvent وهو الماء ويحجزالأملاح وهى الsolute … وعملية الحجز نفسها هى عملية فيزيائية بحتة لا دخل للكيمياء فيها!
ومن الروتينيات أنه عندما نشرع فى شرح معنى التناضخ العكسى والفكرة العلمية المبنية عليه فيجب أن نوضح معنى الخاصية الأسموزية فى الأساس.
وحتى نفهم الخاصية الأسموزية نقول:
نأتى بغشاء شبه منفذ Semi-permeable membrane أو ما نسميه أيضاً غشاء اختيارى النفاذية والذى يتكون من ملايين الثقوب الصغيرة جداً التى تسمح بعبور نوع محدد من الذرات أو الجزيئات أوالأيونات خلاله عن طريق الإنتشاروطبقاً لنظرية المنخل(Sieving theory)، ثم نأتى بوعاء على حرف U كما بالشكل التالى ونضع هذا الغشاء فى منتصفه(بالجزء السفلى) لنُقسِّم الوعاء إلى طرف أيمن وطرف أيسر.
نضع يا شباب فى الطرف الأيمن محول ملحى له تركيز عالى من الأملاح ونضع فى الطرف الأيسر محلول ملحى منخفض التركيز فى الأملاح …. ماذا تتوقع أن يحدث؟؟؟
ما يحدث هو أنه سيتم عمل اتزان بين المحلولين حتى يتساوا فى التركيز … فتنتقل المياه من الطرف الأيسر الذى يحتوى على أملاح أقل إلى الطرف الأيمن الذى يحتوى على أملاح أكثر فتعمل على تخفيفه فيقل التركيز حتى يتساوى الطرفان فى التركيز وهو ما نطلق عليه الإتزان أو الإتزان الأسموزى Osmotic equilibrium…. وهذه هى الخاصية الأسموزية!
كما أن القوة المحركة للمياه فى هذه الحالة هى ما نسميه قوة الضغط الأسموزى..
وبالطبع الخاصية الأسموزية لا نستطيع من خلالها الحصول على مياه محلاة ومنخفضة فى الأملاح لذا نلجأ إلى ما يُعرف بالتناضخ العكسى أوالأسموزية العكسية أوعكس ما ذكرناه!
فما هو التناضخ العكسى؟؟
هو جعل المياه تنتقل من التركيز الأعلى فى الأملاح إلى التركيز المنخفض (أى عكس الإتجاه الطبيعى فى الخاصية الأسموزية) بمعنى آخر هو “إجبار” المياه على التحرك العكسى من منطقة المياه الخام المالحة إلى الوسط الأقل ملوحة باستخدام قوة أقوى من الضغط الأسموزى، ومن هنا يتبين لنا أنه من المؤكد أننا نحتاج إلى قوة دافعة خارجية تمارس على الطرف الأيمن لدفع المياه عبر الغشاء الشبه منفذ إلى الطرف الأيسر كما بالشكلين التاليين:
وهذه هى فكرة التناضخ العكسى!
تم تطبيق ذلك عملياً فى وحدات التناضخ العكسى بأن جعلنا الطرف الأيمن من الأنبوبة التى على حرف U تمثل مياه التغذية التى تحتوى على الأملاح بتركيزات عالية وباستخدام طلمبة ضغط عالى high pressure pump على هذه المياه تمر خلال أغشية شبه منفذة تتحمل هذا الضغط وموضوعة داخل مجموعة من الأوعية تسمى أوعية الضغط أو الفيزلات Vessels وهذه الأغشية لها طبقات بمسام صغيرة جداً جداً تسمح بمرورالمياه دون الأملاح والبكتيريا والفيروسات لتخرج إلى الطرف الأيسر وهى المياه المنتجة والتى ستُستخدم بعد ذلك فى الشرب أولأغراض أخرى.
أظن أن المسألة كده وضحت إن شاء الله…
والأغشية شبه المنفذة أبسط مثال لها هو “ورق السلوفان”، وفى محطات التناضخ العكسى يتم
استخدام بعض الأنواع لصنع الأغشية (أوالممبرين) مثل أسيتات السيليلوز أو البولى أميد كما سنتحدث عنها بعد ذلك فى الجزء الثانى من السلسلة.
والمياه الناتجة من المعالجة بالأغشية تنقسم إلى قسمين:
1- مياه معالجة تحتوى على نسبة ضئيلة من الأملاح وهى البيرمييتPermeate وسُميت بذلك لنفاذها من الغشاء.
2- مياه تحتوى على نسبة عالية جداً ومُركزة من الأملاح وتسمى الReject water والتى تم حجزمكوناتها من أملاح وغيره خلف الأغشية ويتم التخلص منها …
وسيتم شرح ذلك أيضاً بالتفصيل بعد ذلك فى الجزء الثانى من السلسة إن شاء الله …
ماهى أهم استخدامات التناضخ العكسي؟
الإجابة: الوحدات الكبيرة للتناضخ العكسي أو الMacro reverse osmosis تستخدم فى تحلية مياه البحر(Sea or saline water) والمياه متوسطة الملوحة (Brackish water) ومياه الآبار(Ground or well water) ومياه الصرف (Waste water) أحياناً.
واستخدام المياه المنتجة فى: أغراض الشرب – الغلايات (المراجل) البخارية وتوليد البخار فى محطات القوى Steam power station – الإستخدامات الصناعية – الإستخدامات الغذائية (كالمياه الغازية) – الإستخدامات الطبية (كمياه غسيل الكلى) – مصانع أشباه الموصلاتSemi conductors … إلى آخره.
وهناك وحدات صغيرة للتناضخ العكسي Micro reverse osmosis تستخدم مع الفلاتر المنزلية وإن كان عليها بعض المحاذير كما سنوضح فيما بعد.
ما هى أهم عيوب التناضخ العكسي؟
1- مياه التغذية دائماً تحتاج إلى معالجة أولية (ابتدائية) بما فيها المعالجة الفيزيائية والكيميائية مما يرفع من تكاليف المشروع.
2- حساسية الأغشية عند سوء استخدامها أوعدم المعالجة الأولية بطريقة جيدة.
3- تكلفة الأغشية مرتفعة كما أنه لا يُمكن تخزين كثيرمن هذه الأغشية لأكثرمن عام فى المتوسط لقصر عمرها الإفتراضى.
طبعاً لوعقدنا مقارنة بين التناضخ العكسي والتقنيات الأخرى نجد أنه هو الأفضل … لذا من النادرالنظر إلى عيوبه ، والعالم كله الآن يتجه إلى هذه التقنية الرائعة … وإليك مزاياه …
ما هى أهم مزايا التناضخ العكسي؟
1- لا يحتاج التناضخ العكسي إلى تسخين المياه فهو يوفرالطاقة بنسبة حوالى 60% مما يُستهلك في وحدة التبخير الحرارى كما أن عدم اللجوء للتسخين يقلل من التآكل والترسبات.
2- يتم استخدام نصف المساحة التى تستخدم فى وحدة التبخير الحرارى.
3- تكاليف انشاء وتشغيل التناضخ العكسي أقل بكثير من التبخير الحرارى.
4- ملوحة المياه المنتجة من 300 – 500 جزء فى المليون فى المتوسط وهى مناسبة لماء الشرب وقد تكون أقل من ذلك فيتم خلطها بمياه أكثر ملوحة.
5- مرونة سعة الوحدات من عدة لترات إلى عشرات الآلاف من المتر المكعب يومياً.
6- خفة الأغشية وسهولة تغييرها.
7- مناسبة لمياه الآبار التى تحتوى على أملاح ذائبة كلية حتى 10000 جزء فى المليون،أو مياه البحار حتى 40000 جزء فى المليون.
8- تقليل المواد الصلبة الذائبة TDS بنسبة إزالة تصل إلى 99%.
9- تقليل المواد الغروية والبيولوجية بنسبة إزالة تصل إلى 98%
10- إزالة معظم المياه الصلبة بنسبة إزالة تصل إلى 98%
11- إزالة الخلايا الميكروبية من بكتيريا وفيروسات بصورة شبه كلية.
12- إزالة أى مواد مشعة (مثلها مثل تكنولوجيا النانو).
13- إزالة المركبات النيتروجينة والنترات والتى تزيد فى المياه الجوفية التى تجاورالأراضى الزراعية حيث يتم استخدام المخصبات الزراعية والأسمدة (لا تُزيلها تكنولوجيا النانو) ، وقد يرجع وجود هذه المركبات نتيجة لمخلفات الصرف الصحى والصناعى أو مخلفات وروث الحيوانات… ويُعتبر التناضخ العكسى أفضل طريقة لإزالة النترات حيث يتخلص منها بنسبة 97% ، بجانب أننا يمكننا استخدام الريزين أو الراتنج Resin حيث يتم التبادل الأيونى مع الكلورايد وغيره.
نرحب بإضافاتكم ومشاركاتكم …