المعرفة

تناضح عكسي

تحلية المياه
الطرق

التناضح العكسي (RO) إنگليزية: Reverse osmosis هو عملية تنقية للمياه تستخدم غشاء منفذ جزئياً لفصل الأيونات عن الجزيئات الغير مرغوب فيها وأيضاً الجزيئات الكبيرة من مياه الشرب. في التناضح العكسي، يتم استخدام الضغط المطبق للتغلب على الضغط الأوسموزي، وهي خاصية تجميعية مدفوعة باختلافات الجهد الكيميائي في المذيب، وهي پارامتر ديناميكي حراري. يمكن للتناضح العكسي إزالة العديد من الأنواع الكيميائية المذابة والمعلقة وكذلك الأنواع البيولوجية (البكتيريا بشكل أساسي) من الماء، ويستخدم في كل من العمليات الصناعية وإنتاج مياه الشرب. والنتيجة هي أنه يتم الاحتفاظ بالمادة المذابة على الجانب المضغوط من الغشاء والسماح للمذيب النقي بالمرور إلى الجانب الآخر. لكي يكون "انتقائياً"، يجب ألا يسمح هذا الغشاء للجزيئات الكبيرة أو الأيونات بالمرور بالمسامات (الثقوب)، ولكن يجب أن يسمح بمكونات أصغر من المحلول (مثل جزيئات المذيب، على سبيل المثال، الماء، H2O) للتمرير بحرية.[1]

في عملية التناضح العادية، ينتقل المذيب بشكل طبيعي من منطقة ذات تركيز منخفض الذائبة (جهد الماء مرتفع)، عبر غشاء، إلى منطقة ذات تركيز عالي الذائبة (جهد ماء منخفض). القوة الدافعة لحركة المذيب هي تقليل طاقة گيبس الحرة للنظام عندما يتم تقليل الاختلاف في تركيز المذيب على جانبي الغشاء، مما يولد ضغطاً تناضحياً بسبب انتقال المذيب إلى محلول. تطبيق ضغط خارجي لعكس التدفق الطبيعي للمذيب النقي، وبالتالي، هو التناضح العكسي. تشبه هذه العملية تطبيقات تكنولوجيا الأغشية الأخرى.

يختلف التناضح العكسي عن الترشيح في أن آلية تدفق السوائل تكون عن طريق التناضح عبر الغشاء. آلية الإزالة السائدة في الترشيح الغشائي هي الإجهاد، أو استبعاد الحجم، حيث تكون المسام 0.01 ميكرومتر أو أكبر، لذلك يمكن للعملية نظرياً تحقيق كفاءة مثالية بغض النظر عن المعلمات مثل ضغط المحلول وتركيزه. يتضمن التناضح العكسي بدلاً من ذلك نشر المذيبات عبر غشاء إما غير مسامي أو يستخدم ترشيح نانوي بمسام بحجم 0.001 ميكرومتر. آلية الإزالة السائدة هي من الاختلافات في القابلية للذوبان أو الانتشار، وتعتمد العملية على الضغط وتركيز المذاب وظروف أخرى.[2]

يشتهر التناضح العكسي باستخدامه في تنقية مياه الشرب من ماء البحر، وإزالة الملح والمواد الفائضة الأخرى من جزيئات الماء.[3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تاريخ

تمت ملاحظة عملية التناضح من خلال أغشية شبه منفذة لأول مرة في عام 1748 بواسطة جان أنطوان نوله. على مدى 200 عام التالية، كان التناضح مجرد ظاهرة لوحظت في المختبر. في عام 1950، حققت جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس لأول مرة في تحلية مياه البحر باستخدام أغشية شبه منفذة. وقد نجح باحثون من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وجامعة فلوريدا في إنتاج المياه العذبة من مياه البحر في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، ولكن التدفق كان منخفضاً جداً بحيث لا يمكن تحقيقه تجارياً[4] until the discovery at University of California at Los Angeles by Sidney Loeb and Srinivasa Sourirajan[5] في المجلس الوطني للبحوث في كندا، أوتاوا، لتقنيات صنع أغشية غير متناظرة تتميز بطبقة "جلد" رقيقة بشكل فعال مدعومة فوق منطقة ركيزة عالية المسامية وأكثر سمكاً من الغشاء. اكتشف جون كادوت، من شركة فيلم‌تك، أن الأغشية ذات التدفق العالي بشكل خاص وممر الملح المنخفض يمكن تصنيعها بواسطة البلمرة البينية من m - فينيلين ديامين وكلوريد تريميسويل. كانت موضوع براءة اختراع كادوت في هذه العملية[6]موضوع تقاضي وانتهت صلاحيته منذ ذلك الحين. يتم الآن تصنيع جميع أغشية التناضح العكسي التجارية تقريباً بهذه الطريقة. بحلول عام 2019، كان هناك ما يقرب من 16000 محطة تحلية تعمل في جميع أنحاء العالم، تنتج حوالي 95 million cubic metres per day (25 billion US gallons per day) من المياه المحلاة للاستخدام البشري. كان حوالي نصف هذه القدرة في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا.[7]

 
سلسلة إنتاج التناضح العكسي، مصنع التناضح العكسي للمرجان نورث كيب

في عام 1977 أصبحت كيپ كورال، فلوريدا أول بلدية في الولايات المتحدة تستخدم عملية التناضح العكسي على نطاق واسع بسعة تشغيل أولية تبلغ 11.35 مليون لتر (3 مليون جالون أمريكي) يومياً. بحلول عام 1985، نظراً للنمو السريع في عدد سكان كيپ كورال، كان بالمدينة أكبر مصنع للتناضح العكسي منخفض الضغط في العالم، قادراً على إنتاج 56.8 مليون لتر (15 مليون جالون أمريكي) يومياً (MGD).[8]

بشكل رسمي، التناضح العكسي هو عملية إجبار مذيب من منطقة ذات تركيز عالي الذائبة من خلال غشاء شبه نافذ إلى منطقة ذات تركيز منخفض الذوبان عن طريق تطبيق ضغط يزيد عن الضغط الاسموزي. أكبر وأهم تطبيق للتناضح العكسي هو فصل المياه النقية عن مياه البحر والمياه قليلة الملوحة؛ يتم ضغط مياه البحر أو المياه قليلة الملوحة على سطح واحد من الغشاء، مما يتسبب في نقل المياه المستنفدة للملوحة عبر الغشاء وظهور مياه الشرب الصالحة للشرب من جانب الضغط المنخفض.

تحتوي الأغشية المستخدمة للتناضح العكسي على طبقة كثيفة في مصفوفة الپوليمر - إما جلد غشاء غير متماثل أو طبقة بلمرة بينية داخل غشاء مركب بغشاء رقيق - حيث يحدث الفصل. في معظم الحالات، تم تصميم الغشاء للسماح فقط للماء بالمرور عبر هذه الطبقة الكثيفة مع منع مرور المواد المذابة (مثل أيونات الملح). تتطلب هذه العملية ممارسة ضغط مرتفع على الجانب عالي التركيز من الغشاء، عادة 2-17 بار (30-250) رطل لكل بوصة مربعة) للمياه العذبة والمائلة للملوحة، و40-82 بار (600-1200 رطل/بوصة مربعة) لمياه البحر، التي تحتوي على حوالي 27 بار (390 رطلاً لكل بوصة مربعة)[9] الضغط الاسموزي الطبيعي الذي يجب التغلب عليه. تشتهر هذه العملية باستخدامها في تحلية المياه (إزالة الأملاح والمعادن الأخرى من ماء البحر لإنتاج المياه العذبة، ولكن منذ أوائل السبعينيات، تم استخدامها أيضاً في تنقية المياه العذبة للتطبيقات الطبية والصناعية والمنزلية.


تطبيقات المياه العذبة

 
نظام التناضح العكسي كونترتوپ

تنقية مياه الشرب

في جميع أنحاء العالم، تُستخدم أنظمة تنقية مياه الشرب المنزلية، بما في ذلك خطوة التناضح العكسي، بشكل شائع لتحسين مياه الشرب والطهي.

تتضمن هذه الأنظمة عادةً عدداً من الخطوات:

  • مرشح للرواسب لاحتجاز الجسيمات، بما في ذلك الصدأ وكربونات الكالسيوم
  • اختيارياً، مرشح ثان للرواسب بمسام أصغر
  • مرشح الكربون المنشط لاحتجاز المواد الكيميائية العضوية والكلور، والذي سوف يهاجم ويحلل أنواعاً معينة من الغشاء المركب ذي الأغشية الرقيقة
  • مرشح التناضح العكسي، وهو غشاء مركب من غشاء رقيق
  • اختيارياً، مصباح الأشعة فوق البنفسجية لتعقيم أي ميكروبات قد تتفادى الترشيح بواسطة غشاء التناضح العكسي
  • اختيارياً، مرشح كربون ثانٍ لالتقاط المواد الكيميائية التي لم تتم إزالتها بواسطة غشاء التناضح العكسي

في بعض الأنظمة، يتم حذف عامل التصفية الأولي للكربون، ويتم استخدام غشاء ثلاثي أسيتات السليولوز. CTA (ثلاثي أسيتات السليلوز) عبارة عن غشاء ورقي منتج ثانوي مرتبط بطبقة اصطناعية وهو مصنوع للسماح بالتلامس مع الكلور في الماء. هذه تتطلب كمية قليلة من الكلور في مصدر المياه لمنع البكتيريا من التكون عليها. معدل الرفض النموذجي لأغشية CTA هو 85-95٪.

يكون غشاء السليلوز ثلاثي الأسيتات عرضة للتعفن ما لم يكن محمياً بالماء المعالج بالكلور، بينما يكون الغشاء الرقيق المركب عرضة للانهيار تحت تأثير الكلور. يتكون الغشاء الرقيق المركب (TFC) من مادة اصطناعية، ويتطلب إزالة الكلور قبل دخول الماء إلى الغشاء. لحماية عناصر غشاء TFC من تلف الكلور، يتم استخدام فلاتر الكربون كعلاج مسبق في جميع أنظمة التناضح العكسي السكنية. تتمتع أغشية TFC بمعدل رفض أعلى يبلغ 95-98٪ وعمراً أطول من أغشية CTA.

تباع معالجات المياه المحمولة بالتناضح العكسي لأغراض تنقية المياه الشخصية في مواقع مختلفة. للعمل بفعالية، يجب أن تكون تغذية المياه لهذه الوحدات تحت بعض الضغط (280 كيلوباسكال (40 رطل/بوصة مربعة) أو أكثر هو المعيار).[10]يمكن استخدام معالجات المياه المحمولة بالتناضح العكسي من قبل الأشخاص الذين يعيشون في المناطق الريفية بدون مياه نظيفة، بعيداً عن أنابيب المياه في المدينة. يقوم سكان الريف بتصفية مياه الأنهار أو المحيطات بأنفسهم، حيث أن الجهاز سهل الاستخدام (قد تحتاج المياه المالحة إلى أغشية خاصة). بعض المسافرين في رحلات القوارب الطويلة أو صيد الأسماك أو رحلات التخييم في الجزر، أو في البلدان التي يكون فيها مصدر المياه المحلي ملوثاً أو دون المستوى المطلوب، يستخدمون معالجات مياه التناضح العكسي إلى جانب واحد أو أكثر من المعقمات فوق البنفسجية.

في إنتاج المياه المعدنية المعبأة، يمر الماء عبر معالج المياه بالتناضح العكسي لإزالة الملوثات والكائنات الحية الدقيقة. في البلدان الأوروبية، على الرغم من ذلك، مثل هذه المعالجة للمياه المعدنية الطبيعية (على النحو المحدد في التوجيه الأوروبي[11])غير مسموح به بموجب القانون الأوروبي. في الممارسة العملية، يمكن لجزء بسيط من البكتيريا الحية أن يمر عبر أغشية التناضح العكسي من خلال عيوب بسيطة، أو تجاوز الغشاء بالكامل من خلال التسريبات الصغيرة في الأختام المحيطة. وبالتالي، قد تشتمل أنظمة التناضح العكسي الكاملة على مراحل معالجة مياه إضافية تستخدم الضوء فوق البنفسجي أو الأوزون لمنع التلوث الميكروبيولوجي.

يمكن أن تختلف أحجام مسام الغشاء من 0.1 إلى 5000 نانومتر حسب نوع المرشح. يزيل ترشيح الجسيمات جزيئات 1 ميكرومتر أو أكبر. يزيل الترشيح الدقيق الجسيمات التي يبلغ حجمها 50 نانومتر أو أكبر. يزيل الترشيح الفائق الجسيمات التي يبلغ حجمها حوالي 3 نانومتر أو أكبر. يزيل الترشيح النانوي جزيئات 1 نانومتر أو أكبر. التناضح العكسي في الفئة الأخيرة من الترشيح الغشائي، والترشيح المفرط، ويزيل الجزيئات الأكبر من 0.1 نانومتر.[12]

الاستخدام اللامركزي: التناضح العكسي الذي يعمل بالطاقة الشمسية

تنتج وحدة تحلية تعمل بالطاقة الشمسية ماء الشرب من المياه المالحة باستخدام نظام الطاقة الضوئية الذي يحول الطاقة الشمسية إلى الطاقة المطلوبة للتناضح العكسي. نظراً للتوافر الواسع لأشعة الشمس عبر مناطق جغرافية مختلفة، فإن التناضح العكسي الذي يعمل بالطاقة الشمسية يفسح المجال جيداً لتنقية مياه الشرب في الأماكن النائية التي تفتقر إلى شبكة الكهرباء. علاوة على ذلك، تتغلب الطاقة الشمسية على تكاليف التشغيل العالية الطاقة عادةً بالإضافة إلى انبعاثات غازات دفيئة لأنظمة التناضح العكسي التقليدية، مما يجعلها حلاً مستداماً للمياه العذبة متوافقاً مع السياقات النامية. على سبيل المثال، تم اختبار وحدة تحلية المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية والمصممة للمجتمعات النائية بنجاح في الإقليم الشمالي في أستراليا.[13]

في حين أن الطبيعة المتقطعة لأشعة الشمس وكثافتها المتغيرة على مدار اليوم تجعل التنبؤ بكفاءة الطاقة الكهروضوئية أمراً صعباُ وتحلية المياه أثناء الليل، إلا أن هناك العديد من الحلول. على سبيل المثال، يمكن استخدام البطاريات التي توفر الطاقة اللازمة لتحلية المياه في غير ساعات ضوء الشمس لتخزين الطاقة الشمسية في النهار. بصرف النظر عن استخدام البطاريات التقليدية، توجد طرق بديلة لتخزين الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، تحل أنظمة تخزين الطاقة الحرارية مشكلة التخزين هذه وتضمن الأداء الثابت حتى في غير ساعات ضوء الشمس والأيام الملبدة بالغيوم، مما يحسن الكفاءة العامة.[14]

الاستخدام العسكري: وحدة تنقية المياه بالتناضح العكسي

وحدة تنقية المياه بالتناضح العكسي (ROWPU) هي محطة محمولة قائمة بذاتها معالجة المياه. مصمم للاستخدام العسكري، يمكنه توفير مياه الشرب من أي مصدر للمياه تقريباً. هناك العديد من النماذج المستخدمة من قبل القوات المسلحة الأمريكية والقوات المسلحة الكندية. بعض النماذج هي نظام النقل بالحاويات، وبعضها عبارة عن مقطورات، وبعضها عبارة عن مركبات بحد ذاتها.[بحاجة لمصدر]

كل فرع من فروع القوات المسلحة للولايات المتحدة لديه سلسلة خاصة به من نماذج وحدات تنقية المياه بالتناضح العكسي، لكنها كلها متشابهة. يتم ضخ المياه من مصدرها الخام إلى وحدة وحدة تنقية المياه بالتناضح العكسي، حيث تتم معالجتها باستخدام پوليمر لبدء التخثر. بعد ذلك، يتم تشغيله من خلال مرشح متعدد الوسائط حيث يخضع للمعالجة الأولية عن طريق إزالة التعكر. ثم يتم ضخه من خلال مرشح خرطوشة والذي عادة ما يكون عبارة عن قطن ملفوف بشكل حلزوني. توضح هذه العملية ماء أي جسيمات أكبر من 5 ميكرومتر وتزيل تقريباً كل التعكر.

يتم بعد ذلك تغذية الماء المصفى من خلال مضخة مكبس عالية الضغط في سلسلة من الأوعية حيث يخضع للتناضح العكسي. الماء المنتج خالٍ من 90.00-99.98٪ إجمالي المواد المذابة من الماء الخام ووفقاً للمعايير العسكرية، يجب ألا يحتوي على أكثر من 1000-1500 جزء في المليون بمقياس الموصلية الكهربائية. ثم يتم تطهيرها بالكلور وتخزينها لاستخدامها فيما بعد.[بحاجة لمصدر]

تنقية المياه والصرف الصحي

يتم تنقية مياه الأمطار التي يتم جمعها من مصارف العواصف باستخدام معالجات المياه بالتناضح العكسي واستخدامها لري المناظر الطبيعية والتبريد الصناعي في لوس أنجلوس ومدن أخرى، كحل لمشكلة نقص المياه.

في الصناعة، يزيل التناضح العكسي المعادن من مياه المراجل في محطات توليد الطاقة الكهربائية.[15]يُقطَّر الماء عدة مرات. ويجب أن يكون نقياً قدر الإمكان حتى لا يترك رواسب على الماكينة أو يسبب التآكل. قد تؤدي الرواسب داخل أو خارج أنابيب الغلاية إلى ضعف أداء المرجل، مما يقلل من كفاءتها ويؤدي إلى إنتاج بخار ضعيف، وبالتالي ضعف إنتاج الطاقة في التوربين.

كما أنها تستخدم لتنظيف النفايات السائلة و المياه الجوفية قليلة الملوحة. يجب معالجة النفايات السائلة بأحجام أكبر (أكثر من 500 m3/day) في محطة معالجة النفايات السائلة أولاً، ثم تخضع النفايات السائلة الصافية لنظام التناضح العكسي. يتم تقليل تكلفة العلاج بشكل كبير وزيادة عمر الغشاء لنظام التناضح العكسي.

يمكن استخدام عملية التناضح العكسي لإنتاج الماء منزوع الأيونات.[16]

لا تتطلب عملية التناضح العكسي لتنقية المياه طاقة حرارية. يمكن تنظيم أنظمة التناضح العكسي بالتدفق من خلال مضخات الضغط العالي. يعتمد استرداد المياه النقية على عوامل مختلفة، بما في ذلك أحجام الأغشية وحجم مسام الغشاء ودرجة الحرارة وضغط التشغيل ومساحة سطح الغشاء.

في عام 2002، أعلنت سنغافورة أن العملية المسماة نيووتر ستكون جزءاً مهماً من خططها المائية المستقبلية. وهو ينطوي على استخدام التناضح العكسي لمعالجة مياه الصرف الصحي قبل تفريغ NEWater مرة أخرى في الخزانات.

الصناعات الغذائية

بالإضافة إلى تحلية المياه، يعتبر التناضح العكسي عملية اقتصادية أكثر لتركيز سوائل الطعام (مثل عصائر الفاكهة) من عمليات المعالجة الحرارية التقليدية. تم إجراء بحث على تركيز عصير البرتقال وعصير الطماطم. تشمل مزاياها تكلفة تشغيل أقل والقدرة على تجنب عمليات المعالجة الحرارية، مما يجعلها مناسبة للمواد الحساسة للحرارة مثل البروتينات والإنزيمات الموجودة في معظم المنتجات الغذائية.

يستخدم التناضح العكسي على نطاق واسع في صناعة الألبان لإنتاج مساحيق بروتين مصل اللبن ولتركيز الحليب لتقليل تكاليف الشحن. في تطبيقات شرش اللبن، يتركز مصل اللبن (السائل المتبقي بعد تصنيع الجبن) بالتناضح العكسي من 6٪ من إجمالي المواد الصلبة إلى 10-20٪ من إجمالي المواد الصلبة قبل معالجة الترشيح الفائق. يمكن بعد ذلك استخدام محكم الترشيح الفائق لصنع مساحيق مصل اللبن المختلفة، بما في ذلك عزل بروتين مصل اللبن. بالإضافة إلى ذلك، يتخلل الترشيح الفائق، الذي يحتوي على اللاكتوز، ويتركز بالتناضح العكسي من 5٪ من إجمالي المواد الصلبة إلى 18-22٪ من إجمالي المواد الصلبة لتقليل تكاليف التبلور والتجفيف لمسحوق اللاكتوز.

على الرغم من تجنب استخدام هذه العملية في صناعة النبيذ، إلا أنها أصبحت الآن مفهومة ومستخدمة على نطاق واسع. تم استخدام ما يقدر بـ 60 آلة تناضح عكسي في بوردو، فرنسا، في عام 2002. من بين المستخدمين المعروفين العديد من عمليات التوسع من فئة النخبة (Kramer) مثل Château Léoville-Las Cases في بوردو.

إنتاج شراب القيقب

في عام 1946، بدأ بعض منتجي شراب القيقب في استخدام التناضح العكسي لإزالة الماء من النسغ قبل غليان العصارة إلى شراب. يسمح استخدام التناضح العكسي بإزالة حوالي 75-90 ٪ من الماء من النسغ، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتعرض الشراب لدرجات حرارة عالية. كما يجب مراقبة التلوث الجرثومي وانحلال الأغشية.

بيرة منخفضة الكحول

المقالة الرئيسية: بيرة منخفضة الكحول

عندما تخضع البيرة بتركيز كحول عادي للتناضح العكسي، يمر كل من الماء والكحول عبر الغشاء بسهولة أكبر من المكونات الأخرى، تاركاً "مركز البيرة". ثم يتم تخفيف التركيز بالماء العذب لإعادة المكونات غير المتطايرة إلى كثافتها الأصلية.[17]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

إنتاج الهيدروجين

بالنسبة إلى إنتاج الهيدروجين على نطاق صغير، يُستخدم التناضح العكسي أحياناً لمنع تكوين الرواسب المعدنية على سطح الأقطاب الكهربائية.

أحواض السمك

يستخدم العديد من مربي أحواض الأسماك المرجانية أنظمة التناضح العكسي لمزيجهم الاصطناعي من مياه البحر. يمكن أن تحتوي مياه الصنبور العادية على كمية زائدة من الكلور، والكلورامين، والنحاس، والنترات، والنتريت، والفوسفات، والسيليكات، أو العديد من المواد الكيميائية الأخرى الضارة بالكائنات الحساسة في بيئة الشعاب المرجانية. يمكن أن تؤدي الملوثات مثل مركبات النيتروجين والفوسفات إلى نمو طحالب مفرط وغير مرغوب فيه. يعتبر المزيج الفعال لكل من التناضح العكسي وإزالة الأيونات هو الأكثر شيوعاً بين حفظة أحواض الأسماك المرجانية، ويفضل على عمليات تنقية المياه الأخرى نظراً لانخفاض تكلفة الملكية وانخفاض تكاليف التشغيل. حيث يوجد الكلور والكلورامين في الماء، يلزم ترشيح الكربون قبل الغشاء، حيث أن الغشاء السكني الشائع الذي يستخدمه حراس الشعاب المرجانية لا يتعامل مع هذه المركبات.

يستخدم علماء الأحياء المائية في المياه العذبة أيضاً أنظمة التناضح العكسي لتكرار المياه الدقيقة جداً الموجودة في العديد من المسطحات المائية الاستوائية. في حين أن العديد من الأسماك الاستوائية يمكن أن تعيش في مياه الصنبور المعالجة بشكل مناسب، إلا أن التكاثر قد يكون مستحيلًا. تبيع العديد من المتاجر المائية حاويات مياه التناضح العكسي لهذا الغرض.

تنظيف النوافذ

طريقة شائعة بشكل متزايد لتنظيف النوافذ هو ما يسمى بنظام "عمود التغذية بالماء". بدلاً من غسل النوافذ بمنظف بالطريقة التقليدية، يتم غسلها بالماء عالي النقاء، الذي يحتوي عادةً على أقل من 10 جزء في المليون من المواد الصلبة الذائبة، باستخدام فرشاة في نهاية عمود طويل يتم استخدامه من مستوى الأرض. كما يشيع استخدام التناضح العكسي لتنقية المياه.

تنقية رشاحة العصارة

العلاج بالتناضح العكسي محدود، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الاسترداد عند التركيز العالي (يقاس بالتوصيل الكهربائي) ونفايات أغشية التناضح العكسي. إن قابلية تطبيق التناضح العكسي محدودة بالتوصيل، والمواد العضوية، وقياس العناصر غير العضوية مثل CaSO4 ،Si ،Fe وBa. يمكن أن يستخدم التحجيم العضوي المنخفض تقنيتين مختلفتين، أحدهما يستخدم نوع الوحدة النمطية لغشاء الجرح الحلزوني، وللتحجيم العضوي العالي والموصلية العالية والضغط العالي (حتى 90 بار) يمكن استخدام وحدات صمام الاسطوانة مع أغشية التناضح العكسي. تم إعادة تصميم وحدات الأنبوب القرصي لتنقية العصارة في مكب النفايات، والتي عادة ما تكون ملوثة بمستويات عالية من المواد العضوية. نظراً للتدفق المتقاطع بسرعة عالية، يتم تزويده بمضخة معززة للتدفق، والتي تقوم بإعادة تدوير التدفق على نفس سطح الغشاء بين 1.5 و3 مرات قبل إطلاقه كمركز. تعد السرعة العالية أيضاً جيدة ضد تحجيم الغشاء وتسمح بتنظيف الغشاء بنجاح.

استهلاك الطاقة لنظام وحدة صمام الاسطوانة

 
وحدة صمام الاسطوانة مع بطانة غشاء RO ووحدة لولبية مع غشاء RO
استهلاك الطاقة لكل رشاحة m3
اسم الوحدة 1-مرحلة تصل إلى 75 بار 2-مرحلة تصل إلى 75 بار 3-مرحلة تصل إلى 120 بار
وحدة صمام الاسطوانة 6.1–8.1 kWh/m3 8.1–9.8 kWh/m3 11.2–14.3 kWh/m3

تحلية المياه

قد تختار المناطق التي لا تحتوي على مياه سطحية أو مياه جوفية أو بها مياه سطحية محدودة تحلية المياه. يعتبر التناضح العكسي طريقة شائعة بشكل متزايد لتحلية المياه، بسبب استهلاكها المنخفض نسبياً للطاقة.[18]

في السنوات الأخيرة، انخفض استهلاك الطاقة إلى حوالي 3 kWh/m3، مع تطوير أجهزة استعادة الطاقة الأكثر كفاءة ومواد الأغشية المحسنة. وفقاً لجمعية تحلية المياه الدولية، لعام 2011، تم استخدام التناضح العكسي في 66٪ من سعة التحلية المركبة (0.0445 of 0.0674 km³/day)، وتقريباً جميع المحطات الجديدة.[19] تستخدم النباتات الأخرى بشكل أساسي طرق التقطير الحراري: التقطير متعدد التأثير والوميض متعدد المراحل.

استُخدم تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي (SWRO)، وهي عملية غشائية، تجارياً منذ أوائل السبعينيات. تم توضيح أول استخدام عملي له بواسطة سيدني لوب من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس في كولينگا، كاليفورنيا، وسرينيڤاسا سوريراجان من المجلس القومي للبحوث، كندا. نظراً لعدم الحاجة إلى تغييرات في التسخين أو الطور، فإن متطلبات الطاقة منخفضة، حوالي 3 kWh/m3، مقارنة بعمليات تحلية المياه الأخرى، ولكنها لا تزال أعلى بكثير من تلك المطلوبة لأشكال أخرى من إمدادات المياه، بما في ذلك المعالجة بالتناضح العكسي لمياه الصرف، من 0.1 إلى 1 kWh/m3. يمكن استعادة ما يصل إلى 50٪ من مدخلات مياه البحر كمياه عذبة، على الرغم من أن عمليات الاسترداد الأقل قد تقلل من تلوث الأغشية واستهلاك الطاقة.

يشير التناضح العكسي للمياه قليلة الملوحة إلى تحلية المياه التي تحتوي على نسبة ملح أقل من مياه البحر، وعادة ما تكون من مصبات الأنهار أو الآبار المالحة. تشبه هذه العملية إلى حد كبير عملية التناضح العكسي لمياه البحر، ولكنها تتطلب ضغوطاً أقل وبالتالي طاقة أقل.[1] يمكن استعادة ما يصل إلى 80٪ من مدخلات مياه التغذية كمياه عذبة، اعتمادًا على ملوحة التغذية.

محطة عسقلان لتحلية مياه البحر بالتناضح العكسي في إسرائيل هي الأكبر في العالم.[20][21]تم تطوير المشروع باعتباره [التشييد والتشغيل ونقل الملكية]] من قبل كونسورتيوم من ثلاث شركات دولية: ڤيوليا لتحلية المياه، آي‌دي‌إي تكنولوجيز، وشركة إلران.[22]

يتكون نظام التناضح العكسي لمياه البحر ذي المسار الفردي النموذجي من:

  • الامتصاص
  • المعالجة الأولية
  • مضخة الضغط العالي (إذا لم يتم دمجها مع استعادة الطاقة)
  • تجميع الغشاء
  • استعادة الطاقة (إذا تم استخدامها)
  • إعادة التمعدن وتعديل الأس الهيدروجيني
  • مطهر
  • لوحة إنذار/تحكم

المعالجة الأولية

تعتبر المعالجة المسبقة مهمة عند العمل بأغشية التناضح العكسي والترشيح النانوي نظراً لطبيعة تصميم الجرح الحلزوني. تم تصميم المواد بطريقة تسمح فقط بالتدفق أحادي الاتجاه عبر النظام. على هذا النحو، لا يسمح تصميم الجرح الحلزوني بالارتجاع الخلفي بالماء أو الهواء لتنظيف سطحه وإزالة المواد الصلبة. نظراً لأنه لا يمكن إزالة المواد المتراكمة من أنظمة سطح الأغشية، فهي معرضة بدرجة كبيرة للتلوث (فقدان القدرة على الإنتاج). لذلك، تعتبر المعالجة المسبقة ضرورة لأي نظام تناضح عكسي أو ترشيح نانوي. المعالجة المسبقة في أنظمة التناضح العكسي لمياه البحر لها أربعة مكونات رئيسية:

  • فحص المواد الصلبة: يجب إزالة المواد الصلبة الموجودة داخل الماء ومعالجة المياه لمنع تلوث الأغشية بواسطة الجسيمات الدقيقة أو النمو البيولوجي، وتقليل مخاطر تلف مكونات المضخة عالية الضغط.
  • ترشيح الحاوية: بشكل عام، تُستخدم مرشحات متعدد الپروپلين ذات السلسلة الملفوفة لإزالة الجسيمات التي يبلغ قطرها 1–5&nbsp ميكرومتر.
  • الجرعات: تضاف المبيدات الحيوية المؤكسدة، مثل الكلور، لقتل البكتيريا، تليها جرعات بيسلفيت لتعطيل الكلور، والذي يمكن أن يدمر الغشاء المركب ذي الأغشية الرقيقة. هناك أيضاً مثبطات الحشف الحيوي، والتي لا تقتل البكتيريا، ولكنها تمنعها ببساطة من نمو الوحل على سطح الغشاء وجدران النبات.
  • تعديل الأس الهيدروجيني للترشيح المسبق: إذا أدى الأس الهيدروجيني والصلابة والقلوية في مياه التغذية إلى اتجاه تحجيم عندما تتركز في تيار الطرد، يتم وضع جرعات الحمض للحفاظ على الكربونات في شكل حمض الكربونيك القابل للذوبان.
CO32− + H3O+ = HCO3− + H2O
HCO3− + H3O+ = H2CO3 + H2O
  • لا يمكن أن يتحد حمض الكربونيك مع الكالسيوم لتكوين مقياس كربونات الكالسيوم. يتم تقدير اتجاه تحجيم كربونات الكالسيوم باستخدام مؤشر تشبع لانگليير. قد تؤدي إضافة الكثير من حمض الكبريتيك للتحكم في قشور الكربونات إلى تكوين مقياس كبريتات الكالسيوم أو كبريتات الباريوم أو كبريتات السترونتيوم على غشاء التناضح العكسي.
  • مضادات الترشيح المسبق: تمنع مثبطات القشور (المعروفة أيضاً باسم مضادات التكلس) تكوين جميع المقاييس مقارنة بالحمض، والتي يمكن أن تمنع فقط تكوين كربونات الكالسيوم وفوسفات الكالسيوم. بالإضافة إلى تثبيط قشور الكربونات والفوسفات، تمنع مضادات التكلس قشور الكبريتات والفلورايد وتشتيت الغرويات وأكاسيد المعادن. على الرغم من الادعاءات القائلة بأن مضادات التكلس يمكن أن تمنع تكوين السيليكا، لا يوجد دليل ملموس يثبت أن بلمرة السيليكا يمكن تثبيطها بواسطة مضادات التكلس. يمكن لمضادات التكلس التحكم في المقاييس القابلة للذوبان في الحمض بجزء صغير من الجرعة المطلوبة للتحكم في نفس المقياس باستخدام حمض الكبريتيك.[23]
  • بعض وحدات التحلية الصغيرة تستخدم "آبار ساحلية". عادة ما يتم حفرها على شاطئ البحر بالقرب من المحيط. إن مرافق السحب هذه بسيطة نسبياً في البناء ويتم معالجة مياه البحر التي تجمعها مسبقاً عن طريق الترشيح البطيء من خلال تكوينات الرمل/قاع البحر الجوفية في منطقة استخراج مياه المصدر. غالباً ما تكون مياه البحر الخام التي يتم جمعها باستخدام آبار الشاطئ/الساحل ذات جودة أفضل من حيث المواد الصلبة والطمي والزيت والشحوم والتلوث العضوي الطبيعي والكائنات الحية الدقيقة المائية، مقارنة بمآخذ مياه البحر المفتوحة. في بعض الأحيان، قد ينتج عن مآخذ الشاطئ أيضاً مصدر مياه أقل ملوحة.

مضخه عالية الضغط

يوفر الضغط العالي مضخة للضغط اللازم لدفع الماء عبر الغشاء، حتى عندما يرفض الغشاء مرور الملح من خلاله. تتراوح الضغوط النموذجية للمياه قليلة الملوحة من 1.6 إلى 2.6 ميگا پاسكال (225 إلى 376 رطل/بوصة مربعة). في حالة مياه البحر، تتراوح من 5.5 إلى 8 ميگا پاسكال (800 إلى 1180 رطل/بوصة مربعة). هذا يتطلب كمية كبيرة من الطاقة. عند استخدام استعادة الطاقة، يتم تنفيذ جزء من عمل مضخة الضغط العالي بواسطة جهاز استرداد الطاقة، مما يقلل من مدخلات طاقة النظام.

تجميع الغشاء

 
طبقات الغشاء
 
مقطع لأنبوب التناضح العكسي 16 بوصة

تتكون مجموعة الغشاء من وعاء ضغط به غشاء يسمح بضغط الماء المغذي عليه. يجب أن يكون الغشاء قوياً بما يكفي لتحمل أي ضغط يتم تطبيقه عليه. تصنع أغشية التناضح العكسي في مجموعة متنوعة من التكوينات، مع أكثر التكوينات شيوعاً هما اللولب والألياف المجوفة.

يمر جزء فقط من مياه التغذية المالحة التي يتم ضخها في مجموعة الغشاء عبر الغشاء مع إزالة الملح. يمر التدفق "المركز" المتبقي على طول الجانب الملحي من الغشاء لطرد محلول الملح المركز. تُعرف النسبة المئوية للمياه المحلاة المنتجة مقابل تدفق تغذية المياه المالحة باسم "نسبة الاسترداد". يختلف هذا مع ملوحة مياه التغذية ومعايير تصميم النظام: عادةً 20٪ لأنظمة مياه البحر الصغيرة، و 40٪ - 50٪ لأنظمة مياه البحر الأكبر، و80٪ - 85٪ للمياه قليلة الملوحة. يكون تدفق التركيز عند 3 بار 50 رطل/بوصة مربعة أقل من ضغط التغذية، وبالتالي لا يزال يحمل الكثير من طاقة إدخال مضخة الضغط العالي.

نقاء المياه المحلاة هو دالة لملوحة مياه التغذية واختيار الغشاء ونسبة الاستعادة. لتحقيق درجة نقاء أعلى، يمكن إضافة ممر آخر يتطلب إعادة الضخ بشكل عام. يتراوح النقاء المعبر عنه بإجمالي المواد المذابة من 100 إلى 400 جزء في المليون (جزء في المليون أو ملجم/لتر) على علف بمياه البحر. يُقبل عموماً مستوى 500 جزء في المليون على أنه الحد الأعلى لمياه الشرب، بينما تصنف إدارة الغذاء والدواء الأمريكية المياه المعدنية على أنها مياه تحتوي على 250 جزء في المليون على الأقل.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

استعادة الطاقة

 
مخططات نظام تحلية بالتناضح العكسي باستخدام مبادل الضغط.
1: دخول مياه البحر،
2: تدفق المياه العذبة (40%)،
3: تركيز التدفق (60%)،
4: تدفق مياه البحر(60%),
5: تركيز (تصريف)،
A: تدفق المضخة (40%)،
B: مضخة الدورة المائية،
C:وحدة التناضح مع الغشاء،
D: مبادل الضغط
 
رسم تخطيطي لنظام تحلية بالتناضح العكسي باستخدام مضخة استعادة الطاقة.
1: دخول مياه البحر (100٪، 1 بار)،
2: تدفق مياه البحر (100٪، 50 بار)،
3:تدفق التركيز (60٪، 48 بار)،
4: تدفق المياه العذبة (40٪، 1 بار)،
5: التركيز للتصريف (60٪، 1 بار)،
A:مضخة استعادة الضغط،
B: وحدة التناضح مع الغشاء

يمكن أن يقلل استعادة الطاقة من استهلاك الطاقة بنسبة 50٪ أو أكثر. يمكن استرداد الكثير من طاقة إدخال المضخة ذات الضغط العالي من تدفق التجمع، وقد أدت الكفاءة المتزايدة لأجهزة استرداد الطاقة إلى تقليل احتياجات الطاقة لتحلية المياه بالتناضح العكسي بشكل كبير. الأجهزة المستخدمة بترتيب الاختراع هي:

  • العنفات أو عجلة پلتون: العنفات المائية مدفوعة بتدفق التجمع، متصلة بعمود محرك مضخة الضغط العالي لتوفير جزء من طاقة الإدخال. استُخدم أيضاً محركات الكباس المحورية ذات الإزاحة الإيجابية بدلاً من التوربينات في الأنظمة الأصغر.
  • الشاحن العنفي: وهو مضخة مائية مدفوعة بتدفق التجمع، متصلة مباشرة مضخة طرد مركزي مما يعزز ضغط خرج مضخة الضغط العالي، مما يقلل الضغط المطلوب من مضخة الضغط العالي وبالتالي مدخلاتها من الطاقة،[24] مشابه في مبدأ بناء الشواحن العنفية لمحرك السيارة.
  • مبادل الضغط: استخدام تدفق المركز المضغوط، في اتصال مباشر أو عبر مكبس، لضغط جزء من تدفق تغذية الغشاء إلى ضغط تدفق قريب من التركيز.[25]ترفع مضخة الرفع هذا الضغط عادةً بمقدار 3 bar / 50 psi إلى ضغط تغذية الغشاء. هذا يقلل من التدفق المطلوب من مضخة الضغط العالي بمقدار مساوٍ لتدفق التركيز، عادةً 60٪، وبالتالي مدخلات الطاقة. هذه تستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة المنخفضة الأكبر. فهي قادرة على استهلاك 3 kWh/m3 أو أقل من استهلاك الطاقة.
  • مضخة استرداد الطاقة: مضخة مكبس ترددية بها تدفق مركز مضغوط مطبق على جانب واحد من كل مكبس للمساعدة في دفع تدفق تغذية الغشاء من الجانب المقابل. هذه هي أبسط أجهزة لاستعادة الطاقة يتم تطبيقها، حيث تجمع بين مضخة الضغط العالي واستعادة الطاقة في وحدة واحدة ذاتية التنظيم. هذه تستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة المنخفضة الأصغر. فهي قادرة على استهلاك 3 kWh/m3 أو أقل من استهلاك الطاقة.
  • التشغيل الدفعي: لا تعاني أنظمة التناضح العكسي التي تعمل مع حجم ثابت من السوائل (نظام مغلق ديناميكياً حرارياً) من الطاقة المهدرة في تيار المحلول الملحي، حيث إن الطاقة اللازمة لضغط سائل غير قابل للضغط تقريباً (الماء) لا تكاد تذكر. هذه الأنظمة لديها القدرة على الوصول إلى كفاءات القانون الثاني بنسبة 60 ٪.[1][26][27]

إعادة التمعدن وتعديل الأس الهيدروجيني

يتم حفظ المياه المحلاة باستقرار لحماية خطوط أنابيب المصب والتخزين، عادةً عن طريق إضافة الجير أو الصودا الكاوية لمنع تآكل الأسطح المبطنة بالخرسانة. تُستخدم مادة التجسير لضبط الأس الهيدروجيني بين 6.8 و8.1 لتلبية مواصفات مياه الشرب، بشكل أساسي للتطهير الفعال وللتحكم في التآكل. قد تكون هناك حاجة إلى إعادة التمعدن لاستبدال المعادن التي تمت إزالتها من المياه عن طريق تحلية المياه، على الرغم من أن هذه العملية أثبتت أنها مكلفة وليست مريحة للغاية إذا كان الغرض منها هو تلبية الطلب على المعادن من قبل البشر والنباتات. نفس المعدن الذي تطلبه مصادر المياه العذبة سابقاً. على سبيل المثال، تحتوي المياه من ناقل المياه الوطني في إسرائيل عادةً على مستويات مغنيسيوم مذابة تتراوح من 20 إلى 25 ملجم/لتر، بينما لا تحتوي المياه من مصنع عسقلان على مغنيسيوم. بعد أن استخدم المزارعون هذه المياه، ظهرت أعراض نقص المغنيسيوم في المحاصيل، بما في ذلك الطماطم والريحان والزهور، وكان لابد من علاجها عن طريق الإخصاب. تحدد معايير مياه الشرب الإسرائيلية الحالية مستوى أدنى من الكالسيوم يبلغ 20 ملجم/لتر. تستخدم المعالجة اللاحقة لتحلية المياه في مصنع عسقلان حامض الكبريتيك لإذابة الكالسيت (الحجر الجيري) مما ينتج عنه الكالسيوم. تركيز 40-46 ملجم/لتر. هذا لا يزال أقل من 45 إلى 60 ملجم/لتر الموجود في المياه العذبة الإسرائيلية النموذجية.

التطهير

تتكون المعالجة اللاحقة من تحضير الماء للتوزيع بعد الترشيح. يعتبر التناضح العكسي حاجزاً فعالًا أمام مسببات الأمراض، ولكن المعالجة اللاحقة توفر حماية ثانوية ضد الأغشية المعرضة للخطر ومشاكل المصب. يمكن استخدام التطهير بواسطة مصابيح الأشعة فوق البنفسجية (تسمى أحياناً مبيداً للجراثيم) لتعقيم مسببات الأمراض التي تجاوزت عملية التناضح العكسي. يحمي معالجة المياه بالكلور أو المعالجة بالكلورامينات (الكلور والأمونيا) من مسببات الأمراض التي قد تكون قد استقرت في نظام التوزيع في اتجاه مجرى النهر، مثل الإنشاءات الجديدة، والغسيل العكسي، والأنابيب المخترقة، وما إلى ذلك.[28]

السلبيات

تستخدم وحدات التناضح العكسي المنزلية الكثير من المياه لأن ضغطها الخلفي منخفض. في وقت سابق، اعتادوا على استعادة 5 إلى 15 ٪ فقط من المياه التي تدخل النظام. ومع ذلك، يمكن لأحدث أجهزة تنقية المياه بتقنية التناضح العكسي استرداد 40 إلى 55٪ من المياه. يتم تصريف الباقي كمياه صرف. نظراً لأن مياه الصرف تحمل معها الملوثات المرفوضة، فإن طرق استرداد هذه المياه ليست عملية للأنظمة المنزلية. عادة ما يتم توصيل مياه الصرف الصحي بمصارف المنزل وستضيف إلى الحمل على نظام الصرف الصحي المنزلي. قد تقوم وحدة التناضح العكسي التي تقدم 20 liters (5.3 U.S. gal) من المياه المعالجة يومياً بتصريف ما بين 50 and 80 liters (13 and 21 U.S. gal) من المياه العادمة يومياً. ولهذا السبب بالذات، اقترحت المحكمة الخضراء الوطنية في الهند حظر أنظمة تنقية المياه بتقنية التناضح العكسي في المناطق التي يكون فيها إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) في الماء أقل من 500 مجم/لتر.[29] كان لهذا عواقب وخيمة على المدن الكبرى مثل دلهي حيث أدى الاستخدام الواسع النطاق لأجهزة التناضح العكسي المنزلية إلى زيادة إجمالي الطلب على المياه في إقليم العاصمة الوطنية في الهند الذي يعاني بالفعل من الجفاف.[30]

تسترد الأنظمة الصناعية/البلدية على نطاق واسع عادةً 75٪ إلى 80٪ من مياه التغذية، أو ما يصل إلى 90٪، لأنها يمكن أن تولد الضغط العالي اللازم لاستعادة أعلى للترشيح بالتناضح العكسي. من ناحية أخرى، مع زيادة استرجاع المياه العادمة في العمليات التجارية، تميل معدلات إزالة الملوثات الفعالة إلى الانخفاض، كما يتضح من مستويات إجمالي المواد المذابة للمياه الناتجة.

يزيل التناضح العكسي في بنائه كل من الملوثات الضارة الموجودة في الماء، وكذلك بعض المعادن المرغوبة. كانت الدراسات الحديثة حول هذه المسألة ضحلة تماماً، مشيرة إلى نقص التمويل والاهتمام بمثل هذه الدراسة، حيث تتم إعادة التمعدن في محطات المعالجة اليوم لمنع تآكل خطوط الأنابيب دون الخوض في جانب صحة الإنسان. ومع ذلك، فإنها ترتبط بالدراسات الأقدم والأكثر شمولاً التي تُظهر من ناحية بعض العلاقة بين الآثار الصحية طويلة المدى واستهلاك المياه التي تحتوي على نسبة منخفضة من الكالسيوم والمغنسيوم، ومن ناحية أخرى تعترف بأن أياً من هذه الدراسات القديمة لا يتوافق مع المعايير الحديثة للبحث.[31]

اعتبارات تدفق النفايات

اعتماداً على المنتج المطلوب، سيكون إما تيار المذيب أو المذاب من التناضح العكسي نفايات. بالنسبة لتطبيقات تركيز الطعام، يكون تيار المذاب المركز هو المنتج وتيار المذيب عبارة عن نفايات. بالنسبة لتطبيقات معالجة المياه، فإن تيار المذيب عبارة عن ماء منقى ويكون تيار الذائبة عبارة عن نفايات مركزة.[32] يمكن استخدام تيار نفايات المذيبات من معالجة الأغذية على أنها معالجة المياه المستعملة، ولكن قد تكون هناك خيارات أقل للتخلص من تيار النفايات المركز المذاب. قد تستخدم السفن النفايات البحرية وعادة ما تستخدم محطات تحلية المياه الساحلية المصبات البحرية. قد تتطلب محطات التناضح العكسي غير الساحلية أحواض التبخر أو بئر الحقن لتجنب تلوث المياه الجوفية أو الجريان السطحي.[33]

تطورات جديدة

قالب:Outdated section منذ سبعينيات القرن الماضي، تم تقييم الترشيح المسبق للمياه عالية القاذورات باستخدام غشاء آخر ذي مسام أكبر، مع متطلبات طاقة هيدروليكية أقل، واستخدامها في بعض الأحيان. ومع ذلك، فإن هذا يعني أن الماء يمر عبر غشاءين وغالباً ما يتم إعادة ضغطه، مما يتطلب وضع المزيد من الطاقة في النظام، وبالتالي زيادة التكلفة.

ركزت أعمال التطوير الأخرى الحديثة على دمج التناضح العكسي مع الكهربة لتحسين استعادة المنتجات القيمة منزوعة الأيونات، أو لتقليل حجم التركيز الذي يتطلب التفريغ أو التخلص منه.

في السنوات القليلة الماضية، بدأت العديد من شركات تنقية المياه RO المحلية في إيجاد حل لهذه المشكلة. يبدو أن الحل الواعد من بين هؤلاء هو LPHR. ينتج LPHR، أو عملية التناضح العكسي متعددة المراحل ذات الضغط المنخفض وعالي الاسترداد، محلول ملحي ومياه عذبة مركزة للغاية في نفس الوقت. الأهم من ذلك، أنه وجد أنه مجدي اقتصادياً لاستعادة المياه بأكثر من 70 ٪ مع وجود OPD بين 58 و65 بار لإنتاج منتج من المياه العذبة لا يحتوي على أكثر من 350 جزء في المليون من إجمالي المواد الصلبة الذائبة من تغذية مياه البحر مع 35000 جزء في المليون من المواد الصلبة الذائبة.[34]

في مجال إنتاج مياه الشرب، تشمل أحدث التطورات الأغشية النانوية والگرافينية.[35]

بُنيت أكبر محطة لتحلية المياه بتقنية التناضح العكسي في العالم في سورك، إسرائيل، في عام 2013. ويبلغ إنتاجها 624 thousand cubic metres per day (165 million US gallons per day).[36]

انظر أيضاً

المراجع

  1. ^ أ ب ت Warsinger, David M.; Tow, Emily W.; Nayar, Kishor G.; Maswadeh, Laith A.; Lienhard V, John H. (2016). "Energy efficiency of batch and semi-batch (CCRO) reverse osmosis desalination". Water Research. 106: 272–282. doi:10.1016/j.watres.2016.09.029. hdl:1721.1/105441. PMID 27728821.
  2. ^ Crittenden, John; Trussell, Rhodes; Hand, David; Howe, Kerry and Tchobanoglous, George (2005). Water Treatment Principles and Design, 2nd ed. John Wiley and Sons. New Jersey. ISBN 0-471-11018-3
  3. ^ Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne; Loizidou, Maria (25 November 2019). "Desalination brine disposal methods and treatment technologies – A review". Science of the Total Environment. 693: 133545. Bibcode:2019ScTEn.693m3545P. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. ISSN 0048-9697. PMID 31374511.
  4. ^ Glater, J. (1998). "The early history of reverse osmosis membrane development". Desalination. 117 (1–3): 297–309. doi:10.1016/S0011-9164(98)00122-2.
  5. ^ Weintraub, Bob (December 2001). "Sidney Loeb, Co-Inventor of Practical Reverse Osmosis". Bulletin of the Israel Chemical Society (8): 8–9.
  6. ^ Cadotte, John E. (1981) "Interfacially synthesized reverse osmosis membrane" قالب:US Patent
  7. ^ Jones, Edward; et al. (20 March 2019). "The state of desalination and brine production: A global outlook". Science of the Total Environment. 657: 1343–1356. Bibcode:2019ScTEn.657.1343J. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.12.076. PMID 30677901.
  8. ^ 2012 Annual Consumer Report on the Quality of Tap Water. City of Cape Coral
  9. ^ Lachish, Uri. "Optimizing the Efficiency of Reverse Osmosis Seawater Desalination". guma science.
  10. ^ Knorr, Erik Voigt, Henry Jaeger, Dietrich (2012). Securing Safe Water Supplies : comparison of applicable technologies (Online-Ausg. ed.). Oxford: Academic Press. p. 33. ISBN 978-0124058866.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  11. ^ Council Directive of 15 July 1980 on the approximation of the laws of the Member States relating to the exploitation and marketing of natural mineral waters. eur-lex.europa.eu
  12. ^ "Purification of Contaminated Water with Reverse Osmosis" ISSN 2250-2459, ISO 9001:2008 Certified Journal, Volume 3, Issue 12, December 2013
  13. ^ "Award-winning Solar Powered Desalination Unit aims to solve Central Australian water problems". University of Wollongong. 4 November 2005. Retrieved 19 July 2017.
  14. ^ Low temperature desalination using solar collectors augmented by thermal energy storage
  15. ^ Shah, Vishal, ed. (2008). Emerging Environmental Technologies. Dordrecht: Springer Science. p. 108. ISBN 978-1402087868.
  16. ^ Grabowski, Andrej (2010). Electromembrane desalination processes for production of low conductivity water. Berlin: Logos-Verl. ISBN 978-3832527143.
  17. ^ Lewis, Michael J; Young, Tom W (6 December 2012). Brewing (2 ed.). New York: Kluwer. p. 110. ISBN 978-1-4615-0729-1.
  18. ^ Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. (2015). "Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat". Entropy. 17 (11): 7530–7566. Bibcode:2015Entrp..17.7530W. doi:10.3390/e17117530.
  19. ^ International Desalination Association Yearbook 2012–13
  20. ^ Israel is No. 5 on Top 10 Cleantech List in Israel 21c A Focus Beyond Archived 16 أكتوبر 2010 at the Wayback Machine Retrieved 21 December 2009
  21. ^ Desalination Plant Seawater Reverse Osmosis (SWRO) Plant. Water-technology.net
  22. ^ Sauvetgoichon, B (2007). "Ashkelon desalination plant — A successful challenge". Desalination. 203 (1–3): 75–81. doi:10.1016/j.desal.2006.03.525.
  23. ^ Malki, M. (2008). "Optimizing scale inhibition costs in reverse osmosis desalination plants". International Desalination and Water Reuse Quarterly. 17 (4): 28–29.
  24. ^ Yu, Yi-Hsiang; Jenne, Dale (8 November 2018). "Numerical Modeling and Dynamic Analysis of a Wave-Powered Reverse-Osmosis System". Journal of Marine Science and Engineering. MDPI AG. 6 (4): 132. doi:10.3390/jmse6040132. ISSN 2077-1312.
  25. ^ Stover, Richard L. (2007). "Seawater reverse osmosis with isobaric energy recovery devices". Desalination. Elsevier BV. 203 (1–3): 168–175. doi:10.1016/j.desal.2006.03.528. ISSN 0011-9164.
  26. ^ Cordoba, Sandra; Das, Abhimanyu; Leon, Jorge; Garcia, Jose M; Warsinger, David M (2021). "Double-acting batch reverse osmosis configuration for best-in-class efficiency and low downtime". Desalination. Elsevier BV. 506: 114959. doi:10.1016/j.desal.2021.114959. ISSN 0011-9164.
  27. ^ Wei, Quantum J.; Tucker, Carson I.; Wu, Priscilla J.; Trueworthy, Ali M.; Tow, Emily W.; Lienhard, John H. (2020). "Impact of salt retention on true batch reverse osmosis energy consumption: Experiments and model validation". Desalination. Elsevier BV. 479: 114177. doi:10.1016/j.desal.2019.114177. hdl:1721.1/124221. ISSN 0011-9164.
  28. ^ Sekar, Chandru. "IEEE R10 HTA Portable Autonomous Water Purification System". IEEE. Retrieved 4 March 2015.
  29. ^ RO Water Purifier Ban – Should You Be Worried?. "News". RO Water Purifier Ban – Should You Be Worried?. India. 10 February 2020. OCLC 185061134. Retrieved 22 June 2020.
  30. ^ Singh, Govind (2017). "Implication of Household Use of R.O. Devices for Delhi's Urban Water Scenario". Journal of Innovation for Inclusive Development. 2 (1): 24–29.
  31. ^ Kozisek, Frantisek. Health risks from drinking demineralised water. National Institute of Public Health, Czech Republic
  32. ^ Weber, Walter J. (1972). Physicochemical Processes for Water Quality Control. New York: John Wiley & Sons. p. 320. ISBN 978-0-471-92435-7.
  33. ^ Hammer, Mark J. (1975). Water and Waste-Water Technology. New York: John Wiley & Sons. p. 266. ISBN 978-0-471-34726-2.
  34. ^ M. GöktuğAhunbay (2019). "Achieving high water recovery at low pressure in reverse osmosis processes for seawater desalination". ScienceDirect. Retrieved 12 July 2021.
  35. ^ Zhu, Chongqin; Li, Hui; Zeng, Xiao Cheng; Wang, E. G.; Meng, Sheng (2013). "Quantized Water Transport: Ideal Desalination through Graphyne-4 Membrane". Scientific Reports. 3: 3163. arXiv:1307.0208. Bibcode:2013NatSR...3E3163Z. doi:10.1038/srep03163. PMC 3819615. PMID 24196437.
  36. ^ "Next Big Future: Israel scales up Reverse Osmosis Desalination to slash costs with a fourth of the piping". nextbigfuture.com. 19 February 2015.

المصادر

  • Metcalf; Eddy (1972). Wastewater Engineering. New York: McGraw-Hill Book Company.
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=تناضح_عكسي&oldid=2501486"