الماء الناتج عن وحدات التناضح العكسي
(Reverse Osmosis Water (RO Water
التناضح العكسي (Reverse Osmosis): هو نظام مطبق على نطاق واسع حول العالم، ومعترفٌ به على أنه التكنولوجيا الرائدة في عمليات تحلية المياه (Water Desalination)، ومع التقدم في صناعة الأغشية شبه المنفذة والتصاميم الحديثة للوحدات وطرق تشغيلها وخفض إستهلاك الطاقة طرأ تحسن على عملية التناضح العكسي، مما أدى إلى زيادة الإهتمام بهذا النظام وبتطبيقاته التجارية؛ حيث يستخدم الآن في العديد من التطبيقات المتنوعة؛ مثل عمليات الفصل الإنتقائي (Selective Separation)، وعمليات التنقية (Purification)، وعمليات تركيز العناصر والمواد (Concentration Processes) مثل تحصيل مركزات الخضراوات والفواكه في مجال الصناعات الغذائية.
في هذا المقال سنخوض في مقدمة عن عملية التناضح العكسي واستخدامه في مجال تنقية المياه، وعن مراحل المعالجة الأولية التي تمر فيها المياه قبل دخولها للوحدة، والفائدة من عمليات المعالجة.
ظاهرة طبيعية تحدث بشكل تلقائي؛ حيث ينتقل الماء فيها من المحاليل الملحية ذات التركيز المنخفض إلى المحاليل الملحية عالية التركيز من خلال غشاء شبه منفذ، مثال عليها: امتصاص جذور النباتات الماء الموجود في التربة، وامتصاص الكلية الماء الموجود في الدم. أما الغشاء شبه المنفذ؛ فهو الغشاء الذي يسمح بمرور بعض الذرات والجزيئات ولا يسمح بمرور الباقي، كما هو موضّح في الصورة أدناه:
يتم من خلاله انتقال الماء من المحاليل الملحية عالية التركيز إلى المحاليل الملحية منخفضة التركيز من خلال الغشاء شبه المنفذ، عن طريق تعريض الجانب الملحي عالي التركيز لضغط أكبر من الضغط الناتج عن التناضح الطبيعي، حيث يسمح عندها الغشاء بمرور الماء ولا يسمح للأملاح المذابة والمواد العضوية والبكتيريا بالمرور، كما هو موضّح في الشكل أدناه:
كمية الضغط المطبق على النظام يعتمد على تركيز الأملاح، وفي العادة يتم إزالة ما نسبته من 95% إلى 99% من الأملاح من خلال هذه الطريقة.
إن معالجة المياه قبل دخولها لوحدة التناضح العكسي أمر مهم جداً في هذه العملية؛ لمنع تكون الأوساخ والقشور التي يترتب عليها فشل الغشاء وتمزقه، ويتطلب التنظيف المتكرر، وتتم معالجة هذه المشاكل كالتالي:
التلوّث بالأوساخ (Fouling): تحدث هذه الظاهرة عندما تتجمع الأوساخ على سطح الغشاء شبه المنفذ مما يسبب سد فتحات الغشاء، ويؤدي إلى حدوث انخفاض للضغط عبر الغشاء، وتدفق أقل للماء، وهذا يُترجم لعملية تشغيل مكلفة ماديًا، وإلى الحاجة لتنظيف الغشاء أو ربما استبداله. الأمور التالية تلعب دورًا هامًا في حدوث الـ fouling :
1. الجسيمات، مثل: التراب، والطين وغيرها.
2. المواد العضوية.
3. الجسيمات الدقيقة، مثل: البكتيريا وغيرها.
ولحل هذه المشكلة يتم معالجة الماء الداخل إلى النظام باستخدام فلاتر ميكانيكية، وأفضلها على الإطلاق هو استخدام مرشحات الوسائط المتعددة (Multi-media filters) أو المرشحات الدقيقة (Microfiltrations).
تكون القشور (Scaling) أو التكلسات: تحدث هذه الظاهرة عندما يزداد تركيز المركبات الذائبة غير العضوية، مما يؤدي إلى تجاوز هذه المركبات لحدود الذائبية فتترسب على سطح الغشاء على شكل قشور. يؤثر تكون القشور على النظام حيث يؤدي إلى حدوث انخفاض للضغط عبر الغشاء، ويسمح بتدفق ومرور كميات أعلى للأملاح من خلال الغشاء وتدفق أقل للماء ويؤثر في جودة ونوعية المياه الناتجة.
من الأمثلة على المركبات التي تميل إلى تكوين القشور على سطح الغشاء شبه المنفذ مركب كربونات الكالسيوم (CaCO3).
ولحل هذه المشكلة يتم معالجة الماء الداخل إلى النظام -بعد تحليله ومعرفة أنواع المركبات التي من الممكن أن تكون القشور أثناء العمل عليه- من خلال إضافة حمض أو من خلال إضافة جرعات (dosing) من مانعات التكلس، أو ما تسمى بـ (Scale Inhibitors)، أو عن طريق استخدام الـ (Softener) أو من خلال التحكم بدرجة الحرارة ودرجة الحموضة للماء الداخل إلى النظام.
الهجوم الكيميائي (Chemical Attack): تحدث هذه الظاهرة عندما يتعرض الغشاء شبه المنفذ لمرور الكلور أو الكلورامين، حيث أن الأغشية الحديثة الرقيقة المسطحة لا يوجد لديها قدرة على مقاومة الكلور، مما يؤدي إلى تكون حروق على شكل ثقوب في مسام الغشاء، مما يسبب أضرارًا لا يمكن إصلاحها في الغشاء، ويسمح بنفاذية أعلى للمياه والأملاح، مما يعني الحصول على نوعية وجودة متدنية للمياه المنتجة، وهذا هو السبب في نمو الجسيمات الدقيقة على سطح الغشاء وحدوث ظاهرة الـ (Fouling) بسهولة، حيث لا يمكننا استخدام المبيدات الحيوية هنا لاحتواء معظمها على الكلور.
لحل هذه المشكلة يتم إضافة جرعات من ثنائي سلفايت الصوديوم (Sodium bisulfite) حيث يعمل على إزالة كميات الكلور المتبقية من الماء المغذي للوحدة، أو باستخدام حبيبات الكربون المنشط (Granular Activated Carbon)، التي تستخدم لإزالة المكونات العضوية والمطهرات المتبقية مثل الكلور والكلورامين من الماء، حيث يعمل الكربون المنشط على إضافة إلكترون للمدار الأخير لذرة الكلور مما يؤدي إلى تكون أيون الكلورايد والذي لا يعد مادة مؤكسدة وبالتالي لا يؤثر على الغشاء شبه المنفذ.
أعطال ميكانيكية (Mechanical Damage): جزء من نظام التناضح العكسي يتكون من مضخات وصمامات، وفي حالة بدء الوحدة من الممكن أن يتكون ضغط رجعي (back pressure) عالي على جانب الغشاء، وعند تكرار حدوث مثل هذه الضغوطات على الغشاء فإنه من الممكن أن يتمزق وبالتالي يفشل النظام ككل .
ولتلافي هذه المشكلة، فإنه من المفضل استخدام محركات التردد المتغير (variable frequency drive motors) أو استخدام صمامات الإتجاه الواحد ((Check valves أو صمامات التنفيس (Pressure relief valves).
تحرير وتدقيق: م. ماجدة الشريقي
