تاريخ أغشية التناضح العكسي وكيفية عملها وكيفية اختيار الأغشية المناسبة لها.

التناضح العكسي (RO) عبارة عن تقنية فصل غشائي يمكنها إزالة الملح والمواد الذائبة الأخرى من الماء عن طريق الضغط. وقد تم استخدام التناضح العكسي على نطاق واسع لتحلية مياه البحر، وتحلية المياه المالحة، وتنقية مياه الشرب، وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي.

القصة وراء غشاء التناضح العكسي

هل تساءلت يوما كيف يعمل غشاء التناضح العكسي؟ كيف يمكن تصفية الملح والشوائب الأخرى من الماء، مما يجعله آمنًا ونظيفًا للشرب؟ حسنًا، القصة وراء هذا الاختراع المذهل رائعة جدًا، وتتضمن بعض طيور النورس الفضولية.

بدأ كل شيء في الخمسينيات، عندما كان عالم يدعى سيدني لوب يعمل في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس. كان مهتمًا بدراسة عملية التناضح، وهي الحركة الطبيعية للماء عبر غشاء شبه منفذ من منطقة ذات تركيز منخفض من المذاب إلى منطقة ذات تركيز عالي من المذاب. لقد أراد إيجاد طريقة لعكس هذه العملية، وجعل الماء ينتقل من تركيز ذوبان مرتفع إلى تركيز ذوبان منخفض، وذلك باستخدام الضغط الخارجي. وهذا من شأنه أن يسمح له بتحلية مياه البحر، وإنتاج المياه العذبة للاستهلاك البشري.

ومع ذلك، فقد واجه تحديًا كبيرًا: العثور على غشاء مناسب يمكنه تحمل الضغط العالي ومقاومة التلوث بالملح والملوثات الأخرى. لقد جرب مواد مختلفة، مثل خلات السليلوز والبولي إيثيلين، ولكن لم يعمل أي منها بشكل جيد بما فيه الكفاية. كان على وشك الاستسلام عندما لاحظ شيئًا غريبًا.

في أحد الأيام، كان يمشي على طول الشاطئ، ورأى سربًا من طيور النورس يطير فوق المحيط. ولاحظ أنهم كانوا يغوصون في الماء، ويصطادون بعض الأسماك، ثم يعودون إلى الشاطئ. وتساءل كيف يمكنهم شرب ماء البحر دون أن يصابوا بالمرض أو الجفاف. وقرر إجراء مزيد من البحث، واكتشف أن طيور النورس لديها غدة خاصة بالقرب من أعينها، تسمى الغدة الملحية. تفرز هذه الغدة الملح الزائد من دمائهم عبر فتحات الأنف على شكل محلول مالح. بهذه الطريقة، يمكنهم الحفاظ على توازن الماء لديهم وتجنب التسمم بالملح.

منذ ذلك الحين، دخلت تقنية التناضح العكسي فترة تطور سريع وتحركت تدريجيًا نحو التسويق. في عام 1965، تم بناء أول نظام تجاري للتناضح العكسي في كوالينجا، كاليفورنيا، ينتج 5000 جالون من الماء يوميًا. في عام 1967، اخترعت كادوت الغشاء المركب ذو الأغشية الرقيقة باستخدام طريقة البلمرة البينية، مما أدى إلى تحسين أداء واستقرار أغشية التناضح العكسي. في عام 1977، بدأت شركة FilmTec في بيع العناصر الغشائية من النوع الجاف، والتي تتميز بفترة تخزين أطول وسهولة النقل.

في الوقت الحاضر، تتوفر أغشية RO بأنواع وأحجام مختلفة، اعتمادًا على جودة مياه التغذية ومتطلبات التطبيق. بشكل عام، هناك نوعان رئيسيان من أغشية RO: الأغشية الحلزونية والألياف المجوفة. تصنع الأغشية الحلزونية من صفائح مسطحة ملفوفة حول أنبوب مثقوب، لتشكل عنصرًا أسطوانيًا. تتكون أغشية الألياف المجوفة من أنابيب رفيعة ذات قلوب مجوفة، وتشكل عنصرًا حزمة. تُستخدم الأغشية الحلزونية بشكل أكثر شيوعًا في تحلية مياه البحر والمياه قليلة الملوحة، في حين أن أغشية الألياف المجوفة أكثر ملاءمة لتطبيقات الضغط المنخفض مثل تنقية مياه الشرب.

لاختيار غشاء RO المناسب لتطبيق معين، يجب مراعاة عدة عوامل، مثل:

- رفض الملح: نسبة الملح الذي يزيله الغشاء. ارتفاع رفض الملح يعني جودة مياه أعلى.

- تدفق الماء: كمية الماء التي تمر عبر الغشاء لكل وحدة مساحة وزمن. ارتفاع تدفق المياه يعني زيادة الإنتاجية وانخفاض استهلاك الطاقة.

- مقاومة التلوث: قدرة الغشاء على مقاومة التلوث بالمواد العضوية والغرويات والكائنات الحية الدقيقة والمعادن المتقشرة. تعني المقاومة العالية للقاذورات عمرًا أطول للغشاء وتكلفة صيانة أقل.

- ضغط التشغيل: الضغط اللازم لدفع الماء عبر الغشاء. انخفاض ضغط التشغيل يعني انخفاض استهلاك الطاقة وتكلفة المعدات.

- درجة الحموضة التشغيلية: مدى درجة الحموضة التي يمكن أن يتحملها الغشاء دون تلف. إن درجة الحموضة التشغيلية الأوسع تعني المزيد من المرونة والتوافق مع مصادر مياه التغذية المختلفة.

قد يكون لأغشية RO المختلفة مقايضات مختلفة بين هذه العوامل، لذلك من المهم مقارنة بيانات أدائها واختيار الأكثر ملاءمة وفقًا لشروط التطبيق المحددة.