من المؤكد أنك سمعت من أي وقت مضى عن التناضح والتناضح العكسي. التناضح الطبيعي أو المباشر هو ما يحدث عادة في الطبيعة، ويتأثر بشكل رئيسي بوجود أغشية نصف منفذة في الخلايا. سواء في جذور النباتات أو في خلايا جسم الإنسان، فإن هذه الظاهرة ضرورية للحياة. في الواقع، جميع أغشية الخلايا في الكائنات الحية هي نصف نفاذية، مما يسمح بتدفق الماء وبقاء بعض العناصر الغذائية متوازنة. وإلى جانب وظيفتها الطبيعية، يتم تطبيق مبادئ التناضح أيضًا في تكنولوجيا تنقية المياه من خلال التناضح العكسي، كما هو مستخدم في تحلية مياه البحر. وفي هذه المقالة سنشرح كلا المفهومين بالتفصيل.
ما هو التناضح والتناضح العكسي؟
عندما يكون لدينا محلولين بتركيز مختلف من الأملاح ويفصل بينهما غشاء نصف منفذ، تميل عملية طبيعية إلى الحدوث: يتدفق الماء من الجانب الذي يحتوي على تركيز أقل من الأملاح إلى الجانب الذي يحتوي على تركيز أعلى. وتعرف هذه الظاهرة باسم التناضح. وتستمر العملية حتى يصبح تركيز كلا الجانبين متساويا.
جسم الإنسان، الذي يتكون إلى حد كبير من الماء، يتعرض بشكل طبيعي لعملية التناضح كجزء لا يتجزأ من العديد من الوظائف البيولوجية، بدءًا من توزيع العناصر الغذائية وحتى إزالة النفايات.
لكن عندما يتعلق الأمر بتحلية المياه، مثل مياه البحر، فإن هذه العملية الطبيعية ليست مفيدة، لأننا نشترط التدفق العكسي، أي أن الماء النقي يتدفق من الجانب الذي يحتوي على أعلى تركيز للأملاح إلى الجانب الأقل تركيزا . للقيام بذلك، نحن بحاجة إلى عملية تعرف باسم التناضح العكسيمما يتطلب استخدام الضغط لمواجهة التدفق الطبيعي بحيث يمر الماء النقي عبر الغشاء شبه المنفذ تاركًا وراءه الأملاح والشوائب الأخرى.
تعتبر هذه العملية حاسمة اليوم لأنها تستخدم لإنتاج مياه الشرب من مصادر غير صالحة للشرب، وأشهر تطبيقاتها هو تحلية مياه البحر.
كيف يعمل التناضح العكسي وما أهميته؟
يعتمد التناضح العكسي على عكس العملية الأسموزي الطبيعية عن طريق الضغط. لنتخيل غشاء نصف نافذ يفصل المحلول الذي يحتوي على تركيز عالٍ من الأملاح عن المحلول الذي يحتوي على تركيز منخفض. الهدف من التناضح العكسي هو السماح للمياه بالانتقال من محلول يحتوي على تركيز عالٍ من الأملاح إلى محلول ذي تركيز أقل، مما يؤدي إلى توليد مياه أنظف. ولتحقيق ذلك، نحتاج إلى ضغط يقاوم الضغط الأسموزي الطبيعي.
ولا تزيل هذه العملية الأملاح فحسب، بل تزيل أيضًا الشوائب الأخرى، مثل الجسيمات الذائبة والمعادن الثقيلة والبكتيريا، مما يجعل الماء منتجًا أكثر نقاءً. وهي ذات صلة في العديد من المجالات، ولكن بلا شك، فإن أحد أعظم تطبيقاتها هو تحلية مياه البحر للحصول على مياه الشرب في أجزاء مختلفة من العالم.
التناضح العكسي ورفض الماء
واحدة من العيوب الرئيسية للتناضح العكسي هي ظاهرة تسمى رفض الماء. يشير هذا إلى حقيقة أنه ليس كل الماء الذي تتم معالجته من خلال الغشاء شبه المنفذ يصبح ماءً نظيفًا، حيث يتم التخلص من بعض الماء مع الشوائب التي يتم الاحتفاظ بها على الجانب المركز من الغشاء. تم تصميم أغشية التناضح العكسي ليتم تنظيفها بشكل مستمر أثناء العمل، وبالتالي تجنب التشبع بالملوثات والجسيمات العالقة. ومع ذلك، فإن هذا يعني أنه يمكن التخلص من جزء كبير من المياه، يصل إلى 60%، كمياه مرفوضة، اعتمادًا على جودة المعدات ونوع المياه التي تتم معالجتها.
في بعض المعدات المتقدمة، تكون النسبة بين الماء المنتج (الماء النظيف) والمياه المرفوضة أكثر ملاءمة، حيث تصل إلى 50%. ومع ذلك، تظل استدامة هذه العملية تحديًا كبيرًا، خاصة في الأماكن التي يكون فيها الوصول إلى المياه محدودًا.
بالإضافة إلى ذلك، لا تتمتع أغشية التناضح العكسي بعمر افتراضي غير محدد. اعتمادًا على جودة المياه والصيانة التي يتم إجراؤها، يمكن أن يستمر الغشاء لمدة تتراوح بين 3 و5 سنوات، على الرغم من أنه في التطبيقات المنزلية يمكن تقليل الفترة إلى ما بين 2 و3 سنوات. لإطالة عمره، من الضروري إجراء صيانة دورية، والتي تتضمن عادةً التنظيف باستخدام مواد كيميائية متخصصة لإزالة تراكم المواد الصلبة الذائبة التي يمكن أن تسد الغشاء بمرور الوقت.
كيف يمكنك تحسين أداء معدات التناضح العكسي؟
يعتمد الأداء الجيد لمعدات التناضح العكسي على عدة عوامل رئيسية:
- إجراء الصحيح المعالجة الأولية من الماء قبل أن يتلامس مع الغشاء. يتضمن ذلك إزالة أكبر قدر ممكن من المواد الصلبة العالقة والشوائب والملوثات الأخرى. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تركيب مرشحات الرواسب والكربون المنشط.
- باستخدام المضادة للحشف على السفن لمنع تراكم الأملاح منخفضة الذوبان مثل الكالسيوم والمغنيسيوم، والتي يمكن أن تشكل رواسب على سطح الغشاء.
- تحقيق التنظيفات الدورية من الأغشية للحفاظ على أدائها الأمثل. اعتمادًا على نوع المياه المراد معالجتها، سيكون من الضروري استخدام منتجات كيميائية محددة لإزالة الترسبات الكلسية أو التخلص من النفايات العضوية.
تعد الصيانة الوقائية أمرًا بالغ الأهمية لتجنب حدوث انخفاض كبير في أداء المعدات بمرور الوقت. وبخلاف ذلك، يمكن أن يترجم انخفاض الكفاءة إلى استهلاك أعلى للطاقة وكميات أقل من المياه المفلترة.
مرشحات التناضح في المنازل وفائدتها
لا تقتصر مرشحات التناضح العكسي على تطبيقات تحلية المياه الصناعية أو واسعة النطاق. كما أنها متاحة للاستخدام في المنازل، حيث تستخدم لتنقية المياه وتحسين مذاقها، خاصة في المناطق التي تكون فيها المياه عسرة أو تحتوي على نسبة عالية من الكلور.
يمكن أن يؤدي استخدام مرشح التناضح العكسي في المنزل إلى إزالة المواد الصلبة الذائبة والشوائب العضوية، مما يحسن جودة مياه الشرب بشكل كبير. ومع ذلك، يختار العديد من الأشخاص حلولًا أرخص وأكثر سهولة مثل أباريق الترشيح التي تستخدم مرشحات الكربون المنشط لتقليل هذه العناصر.
في حين أن مرشح التناضح العكسي يمكن أن يكون استثمارًا كبيرًا، بالنسبة للعديد من الأشخاص، فإن مجرد ترك الماء لفترة من الوقت سيسمح لبعض الكلور بالتبخر، مما يحسن مذاقه بشكل كبير بالفعل.
باختصار، التناضح العكسي هو عملية فعالة للغاية لتحسين نوعية المياه. من التطبيقات الصناعية إلى الحلول المنزلية، فإن تعدد استخداماتها وقدرتها على إزالة مجموعة واسعة من الملوثات يجعلها تقنية لا غنى عنها في معالجة المياه على مستوى العالم.