ما هي الأيونات التي يمكن لغشاء التناضح العكسي أن يمررها؟

الأيونات التي يمكن أن تمر عبر غشاء التناضح العكسي

1المبدأ الأساسي لأغشية التناضح العكسي

1.1 المرونة الانتقائية للأغشية شبه المرونة

كغشاء شبه قابل للعبور ، فإن الوظيفة الرئيسية للغشاء التناضح العكسي RO هي قدرته على فصل جزيئات الماء بشكل انتقائي عن المذابين الآخرين.حجم المسام غشاء RO عادة ما يتراوح من 0.1 nm إلى 2 nm ، وهو أصغر بكثير من حجم معظم الأيونات والجزيئات ، وبالتالي يمنع مرورها بشكل فعال.الغشاء الـ RO يمكنه أن يمنع تقريباً الملحات المذابة، والكولويديات، والكائنات الحية الدقيقة، والمواد العضوية، والسماح جزيئات الماء فقط للعبور من خلال.

تُعزى هذه الانتقائية العالية إلى مسام تحت نانومتر داخل سلاسل البولياميد في غشاء RO ، والتي تعيق نقل الأيونات بالنسبة لجزيئات المياه الأصغر بكثير.هذه الشفافية الانتقائية القائمة على الحجم حاسمة في تطبيقات معالجة المياه، وخاصة في تحلية مياه البحر وإنتاج المياه النقية.

تظهر البيانات أن معدل رفض الملح في أغشية الـ RO مستقر بشكل عام عند أكثر من 90٪ ، في حين يمكن أن تصل أنظمة الـ RO ذات المرحلة المزدوجة إلى 98٪ أو أعلى.يؤكد هذا الأداء المرتفع لتحلية المياه على المرونة الانتقائية لأغشية الـ ROوبالإضافة إلى ذلك، فإن غشاء الـ RO يزيل البكتيريا والكائنات الدقيقة والمواد العضوية والمعادن غير العضوية بفعالية، مما ينتج جودة المياه متفوقة على طرق المعالجة الأخرى.

1.2 فرق الضغط كقوة دافعة

عمل غشاء الـ RO يعتمد على فرق الضغط كقوة دافعةجزيئات المياه تمر بشكل طبيعي من خلال غشاء شبه قابل للعبور من منطقة ذات تركيز منخفض إلى منطقة ذات تركيز مرتفع حتى يتم الوصول إلى التوازنفي التناضح العكسي، من خلال تطبيق ضغط أكبر من الضغط التناظري على جانب التركيز العالي، تجبر جزيئات الماء على التحرك في الاتجاه المعاكس عبر الغشاء،فصل المياه النقية من المذابات المركزة.

على وجه التحديد، عندما يتم تطبيق ضغط على جانب واحد من الغشاء يتجاوز الضغط التناضحي للحلول، يتحرك المذيب (عادة الماء) في التناضح العكسي.الجانب منخفض الضغط يجمع المذيب المنبعث (المنبعث)، بينما يحتفظ الجانب ذو الضغط العالي بالحلول المركزة (التركيز). هذه العملية القائمة على الضغط تجعل تكنولوجيا RO فعالة للغاية لمعالجة المحلول عالية الملوحة ،مثل تحلية مياه البحر ومعالجة مياه الصرف الصحي.

في الممارسة العملية ، تعمل أغشية RO عادةً عند ضغوط حوالي 912 كجم / سم 2 ، وغالباً ما لا يتجاوز فرق الضغط قبل وبعد الغشاء 1 كجم / سم 2.الفرق الأكبر قد يشير إلى التلوث أو الحاجة إلى التنظيفالحفاظ على فرق الضغط المناسب أمر ضروري لعملية RO السليمة وطول عمر الغشاء.

2الأيونات التي يمكن أن تمر عبر الغشاء

2.1 نفوذ جزيء الماء

تم تصميم أغشية RO خصيصًا للسماح لجزيئات المياه بالمرور بكفاءة مع حظر جزيئات الأيونات والمواد المذابة الكبيرة.في حين أن مسام غشاء الـ RO تتراوح من 0.1 nm إلى 2 nm ، مما يسمح للمياه بالمرور بسهولة نسبية. إن الشفافية للمياه مرتفعة بشكل كبير ، مدفوعة بفارق الضغط المطبق ،تمكين جزيئات الماء من التدفق في الاتجاه المعاكس للتناضح الطبيعي.

تشير البيانات إلى أن معدل إنتاج المياه في غشاء RO يعتمد على حجم مسامها وخصائصها الهيدروفيلية. في ظل ظروف التشغيل القياسية،غشاء الـ RO يمكن أن ينتج عدة لترات من الماء لكل سنتيمتر مربع في الساعة، اعتمادا على ضغط التشغيل وخصائص الغشاء المحددة. على سبيل المثال ، يمكن أن ينتج نموذج غشاء 8040 RO ما يصل إلى 1 طن / ساعة في ظل ظروف الضغط العادية.هذه الشفافية العالية للمياه هي المفتاح للتطبيق الواسع لتكنولوجيا RO في معالجة المياه.

2.2 المرونة الجزئية لبعض الأيونات المعدنية

على الرغم من أن أغشية RO مصممة لحجب الأيونات ، إلا أن جميع الأيونات لا يتم إزالتها بالكامل. في بعض الحالات ، قد تمر جزء صغير من بعض الأيونات المعدنية ،على الرغم من أن معدلاتها أقل بكثير من جزيئات الماءالأيونات التي يمكن أن تمر من خلال بسهولة أكبر هي عادة أصغر ولها طاقة ترطيب أقل.

أظهرت الدراسات أن أغشية RO تميل إلى أن يكون لها معدل انتقال أعلى قليلاً للأيونات أحادية القيمة (مثل الصوديوم Na +) مقارنة بالأيونات ثنائية القيمة (مثل الكالسيوم Ca2 +). على سبيل المثال ،وقد لوحظ أن أيونات الصوديوم تمر بسهولة أكبر بسبب قذائف الترطيب الأصغر وتحركها الأعلىفي حين أن الـ RO يقلل بفعالية من مجموع المواد الصلبة المحللة (TDS) ، قد تتطلب التطبيقات المحددة مزيدًا من المعالجة لإزالة بعض الأيونات بالكامل.

في التطبيقات العملية ، تعتمد قابلية دخول أيونات المعادن على عوامل مثل مادة الغشاء وضغط التشغيل وجودة مياه الإمداد.يمكن استخدام تقنيات غشاء متقدمة أو خطوات إضافية قبل / بعد المعالجةعلى سبيل المثال ، يمكن إضافة أنظمة ترقية أعلى نهر RO لإزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم.التنظيف الكيميائي المنتظم لأغشية RO أمر حاسم أيضا للحفاظ على الأداء وتحسين معدلات رفض الأيونات.

3تحديد الأيونات الغشاء

3.1 تأثير حجم الأيونات والشحنة

تتأثر انتقائية أغشية الـ RO بشكل كبير بحجم الأيونات والشحنة. مسام غشاء الـ RO أصغر بكثير من معظم الأيونات ، مما يمنع مرورها بشكل فعال.المياه أيضاً تزيد من حجم الأيونات الفعلي، مما يعيق النقل أكثر.

• حجم الأيونات:الأيونات أحادية القيمة مثل الصوديوم (Na +) والكلوريد (Cl−) ، كونها أصغر وأقل ترطيباً مقارنة بالأيونات ثنائية القيمة مثل الكالسيوم (Ca2 +) والمغنيسيوم (Mg2 +) ،من المرجح أن تمر عبر الغشاء.

• شحنة أيونية:الأيونات المكافئة (Ca2 + ، Mg2 +) لديها قذائف ترطيب أقوى وأحجام فعالة أكبر ، مما يجعل من الصعب عليها اختراق الغشاء.تظهر البيانات التجريبية أن أغشية RO عادة ما تزيل أيونات ثنائية القيمة بشكل أكثر فعالية من أيونات أحادية القيمة بسبب هذه الخصائص.

3.2 اختلافات في معدل إزالة الأيونات

تعرض أغشية الـ RO معدلات إزالة مختلفة للأيونات المختلفة بسبب الاختلافات في الحجم والشحنة وتأثيرات الترطيب:

• أيونات أحادية القيمة مقابل أيونات ثنائية القيمة:تتحقق أغشية الـ RO بشكل عام > 90% إزالة الأيونات أحادية القيمة مثل الصوديوم ولكن لديها كفاءة أقل قليلاً للأيونات ثنائية القيمة مثل الكالسيوم.

• مادة الغشاء:أغشية البولياميد الشائعة تصل عادة إلى أكثر من 90٪ تحلية ، في حين أن الأغشية المركبة المتقدمة يمكن أن تصل إلى 98٪ أو أعلى.

• ظروف العمل:يزيد الضغط العالي من قابلية دخول الماء ولكنه قد يزيد قليلاً من مرور الأيونات. ويمكن أن يؤدي التركيز العالي للأيونات في مياه التغذية إلى القشرة والتلوث ، مما يقلل من معدلات الرفض.

• قبل وبعد المعالجة:يزيل التلويح المسبق الكالسيوم والمغنيسيوم قبل RO ، في حين يمكن أن يحسن طلاء تبادل الأيونات نوعية المياه النهائية.

4العوامل التي تؤثر على رفض الأيون

4.1 مادة الغشاء وهيكله

تؤثر مادة وبنية غشاء الـ RO بشكل كبير على انتقائية الأيونات:

• المواد:أغشية البولياميد هي الأكثر شيوعاً بسبب استقرارها الكيميائي وتدفق المياه العالي، وتحقق عادة > 90% تحلية.الأغشية المركبة المتقدمة تجمع بين مواد متعددة للوصول إلى تحلية تصل إلى 98%.

• الهيكل:الأغشية العضوية العضوية نموذجية لها حجم مسام 0.1 ∼ 2 نانومتر ، وهو أصغر بكثير من معظم الأيونات. وهي مبنية في ثلاث طبقات: الطبقة الأساسية (المنسوج غير المنسوج) ، الطبقة الداعمة (البوليسولفون) ،و طبقة تحلية (بولياميد)، كل من الأمثل أثناء التصنيع لتعزيز رفض الأيونات.

4.2 ظروف التشغيل (الضغط والتركيز)

ضغط التشغيل وتركيز مياه التغذية يؤثران بشكل مباشر على أداء الـ RO:

• الضغط:يزيد الضغط الأعلى من تدفق المياه بشكل خطي ولكن فقط إلى نقطة معينة يحسن رفض الملح. ما وراء هذا الحد ، لا تزيد زيادة الضغط من رفض المياه.

• التركيز:يزيد الملوحة العالية من الضغط التشعبي ، مما يتطلب ضغطًا أعلى. إذا ظل ضغط التشغيل ثابتًا ، ينخفض التدفق ويزداد مرور الملح ، مما يقلل من كفاءة الرفض.

5ملخص

في هذا القسم، قمنا باستكشاف انتقائية الأيونات من الأغشية RO، بما في ذلك مبادئها، والمياه والإيونات قابلية النفاذ والعوامل التي تؤثر على الأداء:

• انتقاء الأيونات:أغشية الـ RO تمنع بشكل فعال معظم الأيونات، مما يسمح لجزيئات الماء بشكل رئيسي بالمرور. معدلات رفض الملح النموذجية هي > 90٪، ويمكن أن تصل أنظمة المرحلة المزدوجة إلى 98٪ أو أكثر.

• الماء مقابل الأيونات:يختلط الماء بكفاءة بسبب النقل القائم على الضغط ، بينما قد تمر فقط كميات ضئيلة من بعض الأيونات الأحادية القيمة الصغيرة.

• عوامل تؤثر على الرفض:تحدد مادة الغشاء وهيكله ، إلى جانب ظروف التشغيل (الضغط ، التركيز) ، انتقائية الأيونات. تحسين هذه العوامل يعزز الأداء لتطبيقات محددة.

بشكل عام، القدرة على رفض الأيونات من أغشية RO هي عامل رئيسي في استخدامها على نطاق واسع في معالجة المياه. من خلال تحسين المواد والبنية والإعدادات التشغيلية،يمكن للغشاء الـ RO تحقيق انتقائية أيونية أعلى لتلبية احتياجات التطبيقات المتنوعة.