ما هو التناضح العكسي - تعريف

التناضح العكسي هو في الأساس عكس عملية التناضح. وجد العلماء أن كل ما هو مطلوب لعكس عملية التناضح هو غشاء شبه نافذ مناسب وتطبيق ضغط على محلول الملح المركز بجانب الضغط الخلفي المطبق، مما يجبر الماء النقي على المرور خلال الغشاء شبه النافذ. وبعبارة أخرى ، فإن التناضح العكسي هو العملية التي يتم فيها ضغط الماء المحتوي على الأملاح غير العضوية (المعادن) والمواد الصلبة العالقة والمواد العضوية القابلة للذوبان وغير القابلة للذوبان ، والكائنات الدقيقة المائية ، والغازات الذائبة (التي تسمى مجتمعة مكونات أو ملوثات المياه) تحت الضغط من خلال غشاء نصف نافذ. يشير مصطلح نصف نافذ إلى غشاء يسمح بشكل انتقائي للماء بالمرور عبره بمعدل أعلى بكثير من معدل نقل أي مكونات موجودة في الماء. معرفة المزيد عن الأغشية مدفوعة الضغط هنا. إذا تم فصل المياه ذات الملوحة العالية عن المياه ذات الملوحة المنخفضة عبر غشاء نصف نافذ ، تحدث عملية طبيعية لنقل المياه من جانب منخفض الملوحة إلى جانب الملوحة المرتفع من الغشاء إلى أن تصل الملوحة في كلا الجانبين إلى نفس المستوى. تركيز. تحدث هذه العملية الطبيعية لنقل المياه من خلال غشاء مدفوع بتدرج الملوحة في كل خلية حية ؛ يعرف باسم التناضح.

إن الضغط الهيدروليكي المطبق على الغشاء بالماء أثناء نقله من جانب الملوحة المنخفض من الغشاء إلى جانب الملوحة العالية يسمى الضغط التناضحي. الضغط التناضحي هو قوة طبيعية تشبه الجاذبية وتتناسب مع الفرق في تركيز المواد الصلبة الذائبة الكلية (الاملاح الذائبة) على جانبي الغشاء ، ودرجة حرارة المياه المصدر ، وأنواع الأيونات التي تشكل محتوى المواد الصلبة الذائبة في المياه المصدر . هذا الضغط مستقل عن نوع الغشاء نفسه. من أجل إزالة المياه العذبة (قليلة الملوحة) من مياه مصدر عالية الملوحة باستخدام الفصل الغشائي ، يجب عكس حركة الماء بدافع التناضح الطبيعي ، أي يجب نقل المياه العذبة من جانب الملوحة العالية الغشاء إلى جانب منخفض الملوحة. من أجل هذا الانعكاس للاتجاه الطبيعي لتدفق المياه العذبة ، يجب أن يتم ضغط ماء مصدر الملوحة العالي عند مستوى أعلى من الضغط التناضحي الذي يحدث بشكل طبيعي.

إذا كان ضغط الماء العالي الملوحة مستمرًا عند مستوى أعلى من الضغط التناضحي وفقدان الضغط لنقل المياه عبر الغشاء ، فإن تدفقًا مستقرًا من المياه العذبة من جانب الملوحة العالي من الغشاء إلى انخفاض الملوحة الجانب سيحدث ، مما أدى إلى عملية رفض الملح وتراكم على جانب واحد من الغشاء وإنتاج المياه العذبة من ناحية أخرى. وتعرف هذه العملية من الحركة القسرية للمياه من خلال غشاء في الاتجاه المعاكس للقوة التناضحية مدفوعة من تدرج الملوحة باسم التناضح العكسي.

معدل نقل المياه من خلال الغشاء هو عدة أوامر من حجم أعلى من معدل مرور الأملاح. هذا الفارق الكبير بين معدلات مياة الماء والملح يسمح لأنظمة الأغشية لإنتاج المياه العذبة ذات المحتوى المعدني المنخفض للغاية. يقاوم ضغط مياه التغذية التطبيقية الضغط التناضحي ويتغلب على فقدان الضغط الذي يحدث عندما ينتقل الماء خلال الغشاء ، وبذلك يتم الحفاظ على المياه العذبة على جانب منخفض الملوحة (المنتفخة) من الغشاء حتى يخرج هذا الماء من غشاء الغشاء.

التناضح وعملية التناضح العكسي

يتم الاحتفاظ الأملاح الواردة على الجانب مصدر المياه (المؤثر) من الغشاء وتركز. يتم اخلاؤهم في النهاية من وعاء الغشاء للتخلص منها. ونتيجة لذلك ، تؤدي عملية التناضح العكسي إلى تيارين - أحدهما من المياه العذبة ذات الملوحة المنخفضة (المتخللة) وأحد مياه مصدر التغذية ذات الملوحة المرتفعة (المركزات أو المحاليل الملحية أو الأسيتات) ، كما هو موضح في الشكل أعلاه. في حين ترفض أغشية شبه قابلة للتطبيق جميع المواد الصلبة المعلقة ، فهي ليست حاجزًا مطلقًا للمواد الصلبة الذائبة (المعادن والمواد العضوية على حدٍ سواء). بعض ممرات المواد الصلبة الذائبة سوف تصاحب مرور المياه العذبة عبر الغشاء. تعتبر معدلات مرور الماء والملح من الخصائص الرئيسية للأداء في أغشية التناضح العكسي.

يعمل نظام التناضح العكسي الصناعي بالطريقة نفسها كما هو موضح. يفرض ضغط القيادة الصافي (صافي ضغط التشغيل) الماء من خلال الغشاء. في نظام التناضح العكسي التشغيل ، يتم ضغط مياه التغذية بواسطة مضخة الضغط العالي. بسبب صافي ضغط التشغيل ، يتم إجبار جزء من مياه التغذية من خلال غشاء التناضح العكسي القابل للدوران. الغشاء غير منفذاً بالكامل (لن يسمح بمرور الجسيم) إلى جزيئات ونافذاً قليلاً إلى المواد المذابة. الماء الذي يمر عبر الغشاء يسمى تخترق. يتخللها عادة جسيمات قليلة جدا فيها. ما لم يكن هناك عيب غشائي (ثقب) أو مشكلة أخرى ، تم إنتاج أي جزيئات موجودة في المتخلف هناك (إما من البكتيريا أو المعدات). يتخلل المرطب أيضًا المواد الذائبة (كمية صغيرة من المواد الصلبة الذائبة تمر عبر الغشاء). وبالتالي ، فإن المياه النقية عالية نسبياً. يوضح الشكل أدناه وحدة التناضح العكسي بالتنسيق الذي استخدمناه حتى الآن.

نحن نعلم أنه عندما نقوم بالضغط على مياه التغذية والمياه تمر عبر الغشاء ، فإن مياه التغذية تتركز. إذا كان التركيز في مياه التغذية عاليًا بما يكفي ، فسوف يرتفع الضغط الخلفي التناضحي ليعطينا في النهاية مستوى صافي ضغط التشغيل من الصفر وسيتوقف التدفق. في نظام التناضح العكسي ، إذن ، يجب أن نزيل المواد المذابة من سطح الغشاء بحيث لا يستمر الضغط الخلفي التناضحي. يختلف هذا عن الفلاتر الأخرى التي اعتدنا استخدامها. معظم الفلاتر التي تعاملنا معها في حياتنا كانت أنواع "التدفق الكامل" ، "المتراكم" من الفلاتر. "التدفق الكامل" يعني أن هناك تيارًا واحدًا في (مياه التغذية) و تيار واحد (رشاحة). يعني "التراكمي" أن "المادة" التي تتم تصفيتها تتراكم في الفلتر أو في الفلتر.

من فلاتر القهوة ، إلى فلاتر الخرطوشة ، إلى فلاتر الوسائط المتعددة ، كان هذا هو الحال. تدخل مياه التغذية ، تتم إزالة "الأشياء" التي نريد إزالتها بواسطة الفلتر. عندما يصبح الفلتر ممتلئًا ، فإننا نلغي أو نبدل الفلتر. لا يمكن أن تكون أنظمة الأغشية ذات تدفق كامل أو تراكمية. مع غشاء التناضح العكسي ، نقوم بتصفية الأيونات التي لها ضغط تناضحي. ماذا سيحدث إذا واصلنا تصفية المواد الذائبة التي تنتج ضغطًا خلفيًا تناضحيًا؟ الإجابة: ستتوقف العملية.

لذلك ، يجب أن يكون لوحدة التناضح العكسي الهواء تدفق التدفق الذي ينقل المواد المذابة والمعلقة. هذا تيار النفايات يسمى مياه التركيز. لذلك ، فإن وحدة التناضح العكسي هي التي تحتوي على تيار واحد يدخل إليه (تغذية الماء) ، وأن هناك نوعان من التدفقات الصادرة (المياه النظيفة والمياه الملوثة المركزة).

يعرض الرسم التوضيحي التالي أيضًا وحدة التناضح العكسي مع تدفق ماء تغذية بمعدل 100 جالون في الدقيقة (22.7 متر مكعب في الساعة). بسبب صافي ضغط التشغيل المقدمة من مضخة الضغط العالي ، يتم إجبار حوالي 75 ٪ من مياه التغذية من خلال الغشاء. تتركز المياه والجسيمات العالقة والمواد الذائبة التي لا تمر عبر الغشاء وتترك وحدة التناضح العكسي كمادة مركزة.

اعتمادا على حجمها وشحنتها الكهربائية ، يتم الاحتفاظ بمعظم مكونات المياه (المرفوضة) على جانب تغذية غشاء التناضح العكسي بينما يمر الماء النقي (المنتفخ) خلال الغشاء. يوضح الشكل أدناه أحجام وأنواع المواد الصلبة التي تم إزالتها بواسطة أغشية التناضح العكسي بالمقارنة مع تقنيات الترشيح الأخرى الشائعة الاستخدام. يمكن للأغشية التناضح العكسي رفض الجسيمات والمواد الصلبة الذائبة من أي حجم. ومع ذلك ، فهم لا يرفضون الغازات الجيدة ، بسبب حجمهم الجزيئي الصغير. عادة أغشية التناضح العكسي إزالة أكثر من 90 في المئة من المركبات من 200 دالتون (دا) أو أكثر. واحد دا يساوي 1.666054 × 10−24 جم. من حيث الحجم المادي ، يمكن لأغشية التناضح العكسي أن ترفض المواد الصلبة ذات الحجم الأكبر من 1 (انجستروم) Å. وهذا يعني أنه بإمكانهم إزالة جميع المواد الصلبة العالقة ، أو البروتوزوا (أي الجيارديا والكريبتوسبوريديوم) والبكتيريا والفيروسات وغيرها من مسببات الأمراض البشرية الموجودة في مياه المصدر. في حين أن أغشية التناضح العكسي يمكن أن تحتفظ بالجسيمات الصلبة والمذابة على حد سواء ، إلا أنها مصممة بحيث ترفض في المقام الأول المركبات القابلة للذوبان (أيونات المعادن).

إن هيكل وتكوين أغشية التناضح العكسي لا يمكنهما تخزين كميات كبيرة من المواد الصلبة المعلقة وإزالتها منها. إذا تُركت في مياه المصدر ، فإن الجسيمات الصلبة تتراكم وتنفذ بسرعة سطح كريهة من أغشية التناضح العكسي ، ولا تسمح للأغشية بالحفاظ على عملية تحلية مستمرة للحالة الثابتة. لذلك ، يجب إزالة المواد الصلبة العالقة (الجسيمات) الموجودة في مياه المصدر المستخدمة لتحلية المياه قبل وصولها إلى أغشية التناضح العكسي. تركز الفصول التالية من هذا الكتاب حصريًا على التخطيط والهندسة لأنظمة تحلية أغشية التناضح العكسي.

على مدى السنوات العشرين الماضية ، تطور فصل أغشية التناضح العكسي بسرعة أكبر من أي تكنولوجيا تحلية أخرى ، ويرجع ذلك أساسا إلى استهلاك الطاقة التنافسي وتكاليف إنتاج المياه. يشير تحليل الطاقة والتكلفة الوارد في الجدول 1-3 إلى أن استهلاك الطاقة الشامل كليًا لإنتاج المياه العذبة من محطات التحلية الحرارية أعلى عادة من استهلاك المياه المالحة أو مياه البحر. تنتج عملية تحلية المياه التي تقوم بها محطات معالجة المياه بتكنولوجيا التناضح العكسي أقل تكاليف الإنتاج الإجمالية لجميع تكنولوجيات تحلية المياه. من المهم أيضًا ملاحظة أن أحدث مشاريع Multi-Effect Distillation MED التي بنيت على مدار الخمس سنوات الماضية قد اكتملت بتكاليف مماثلة لتلك الخاصة بمصانع محطات تحلية المياه بالتناضح العكسي المماثلة. ومع ذلك ، بالنسبة لمعظم المشاريع المتوسطة والكبيرة ، عادة ما يكون تحلية مياه البحر المتوسط ​​أكثر تنافسية من حيث التكلفة من تقنيات التحلية الحرارية.