التناضح العكسي.. حل مستدام يلبي احتياجات العالم المائية (مقال)
هبة محمد إمام
تعدّ تقنية التناضح العكسي إحدى التقنيات المطورة لتحلية المياه، أهم الموارد الطبيعية التي تعتمد عليها البشرية للحياة والنمو.
ويعاني العديد من الأشخاص حول العالم من نقص المياه الصالحة للشرب والمياه النظيفة للاستعمال اليومي، ولحلّ هذه المشكلة، تمّ تطوير العديد من التقنيات لتحلية المياه وجعلها صالحة للشرب والاستعمال البشري.
لذلك، برزت الحاجة إلى أهم وأكثر التقنيات فعالية، لتحلية المياه، وهي التناضح العكسي، الذي يعتمد على عملية تصفية المياه عبر غشاء نصف نفّاذ، يسمح بمرور الماء فقط وترك الملوثات والمواد الصلبة والأملاح والبكتيريا والفيروسات خارج الغشاء.
ويُستعمَل الضغط العالي لدفع الماء من خلال الغشاء، وهذا الضغط يساعد على إزالة الشوائب من الماء، ومن ثم، يُجمَّع الماء النقي على الجانب الآخر من الغشاء صالح للاستهلاك الآدمي.
فوائد بيئية واقتصادية واجتماعية
تعدّ تحلية المياه بالتناضح العكسي عملية فعالة وموثوقة لتحويل مياه البحر والمياه المالحة والمياه الملوثة إلى مياه صالحة للشرب. وتوفر هذه التقنية العديد من الفوائد البيئية والاقتصادية والاجتماعية.
إحدى الفوائد البيئية أنها تقلل من الضغط على مصادر المياه العذبة، ففي العديد من المناطق حول العالم، يعاني الناس من نقص المياه العذبة، وتحلية المياه المالحة والملوثة يمكن أن توفر بديلًا مستدامًا لهذه المصادر المحدودة، كما أن التقنية تقلل الاعتماد على المياه الجوفية التي يمكن أن تجفف وتتلوث بسرعة.
ومن الفوائد الاقتصادية أنها توفر مصدرًا مستدامًا للمياه الصالحة للشرب والاستعمال الصناعي، فبدلًا من شراء المياه المعبأة أو الاعتماد على مصادر المياه المحدودة، يمكن للدول والمجتمعات استعمال تقنية التناضح العكسي لتوفير المياه النظيفة بكميات كبيرة، وبتكلفة أقلّ.
كما أنها توفر فرص عمل جديدة في صناعة تحلية المياه وصناعات أخرى ذات الصلة.
ومن الفوائد الاجتماعية أنها تسهم في تحسين جودة حياة الناس، إذ بفضل هذه التقنية يمكن للأفراد والمجتمعات الوصول إلى مياه نظيفة وصالحة للشرب بشكل مستدام.
وهذا يعني أنه لن تكون هناك حاجة للقلق بشأن الأمراض المنقولة عن طريق المياه الملوثة، كما يمكن استعمال المياه المحلاة للزراعة والري، مما يسهم في زيادة الإنتاج الزراعي وتحسين الأمن الغذائي.
ومع ذلك، هناك بعض التحديات التي تواجه عملية تحلية المياه بالتناضح العكسي، وأحدها هو التكلفة العالية للتشغيل والصيانة، إذ إن المعدّات المستعملة في هذه العملية مكلفة للغاية وتتطلب صيانة مستمرة وباهظة التكاليف، كما أن استهلاك الطاقة لتشغيل أنظمة التناضح العكسي عالٍ جدًا، مما يزيد التكلفة ويضيف عبئًا على المصادر الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك، يجب التعامل بعناية مع المخلّفات المالحة التي تنتج عن العملية، فإذا لم يجرِ التخلص منها بشكل صحيح، فقد يؤدي التراكم المفرط للملوحة إلى تأثيرات سلبية في البيئة المحيطة، مثل تغير تركيب المياه الجوفية والتربة والنباتات.
وعلى الرغم من التحديات المذكورة، فإن تحلية المياه بالتناضح العكسي ما تزال واحدة من أفضل وأكثر التقنيات فعالية لتحويل المياه الملوثة والمالحة إلى مياه صالحة للشرب والاستعمال اليومي، ومع استمرار التطور التكنولوجي، يُتوقع أن تصبح هذه التقنية أكثر فعالية وقليلة التكلفة في المستقبل.
عوامل تؤثّر في كفاءة العملية
هناك العديد من العوامل التي تؤثّر في كفاءة عملية تحلية المياه بالتناضح العكسي، وفهم هذه العوامل يساعد في تحسين أداء العملية وزيادة كفاءتها.
وفيما يلي بعض العوامل الرئيسة:
جودة المياه المراد تحليتها: تعدّ جودة المياه المراد تحليتها أحد العوامل الرئيسة التي تؤثّر في كفاءة العملية. فإذا كانت هذه المياه تحتوي على ملوثات عالية مثل الأملاح والمواد العضوية والبكتيريا، فقد يكون من الصعب تحقيق مستويات عالية من تنقية الماء، لذلك، يجب على المشغّلين تقدير جودة الماء المراد تحليتها واتخاذ الإجراءات اللازمة لتحسينها، إذا لزم الأمر.
ضغط الماء: يعدّ ضغط الماء أحد العوامل المهمة في عملية التناضح العكسي، فإذا كان ضغط الماء منخفضًا، فقد يتأثر معدل تدفّق الماء من خلال الغشاء، ومن ثم تنخفض كفاءة التنقية، لذلك، يجب ضمان وجود ضغط ماء كافٍ لتحقيق أداء مثالي للعملية.
نوعية وحالة الغشاء: يعدّ نوع وحالة الغشاء المستعمل في العملية أحد العوامل الرئيسة التي تؤثّر في كفاءتها، ويجب اختيار الغشاء المناسب الذي يتمتع بخواص نصف نفاذية مثالية لتنقية الماء ومنع تسرب المواد الضارة، كما يجب الحفاظ على حالة الغشاء وتنظيفه بانتظام للحفاظ على أدائه الأمثل.
تركيز الملوحة: يعدّ تركيز الملوحة في المياه المراد تحليتها والماء المحلاة أحد العوامل الأساسية في تحديد الكفاءة، فكلما زاد تركيز الملوحة في الماء، كلما زادت تكلفة واستهلاك الطاقة، لذلك يجب مراقبة ومعالجة تركيز الملوحة بدقة للحفاظ على كفاءة العملية.
استهلاك الطاقة: يُعدّ استهلاك الطاقة أحد العوامل الرئيسة التي تؤثّر في كفاءة عملية التناضح العكسي، إذ إن تشغيل أنظمتها يتطلب كميات كبيرة من الطاقة لتحقيق ضغط الماء اللازم لتحقيق عملية التنقية، لذلك، يجب تحسين كفاءة استعمال الطاقة واختيار التقنيات الأكثر كفاءة لتقليل استهلاك الطاقة وتحقيق توازن بين كفاءة العملية والتكلفة.
الصيانة والتنظيف: يجب الاهتمام بصيانة وتنظيف أجزاء معدّات التحلية بانتظام للحفاظ على كفاءتها، تراكم الملوثات والرواسب على الغشاء والأجزاء الأخرى يؤثّر في أداء العملية ويقلل من كفاءتها، لذا، يجب تنفيذ برامج صيانة وتنظيف منتظمة لضمان استمرار أداء العملية.
تكلفة التشغيل والصيانة: تكلفة التشغيل والصيانة تعدّ عاملًا مهمًا في تحديد كفاءة عملية التناضح العكسي، يجب تقدير تكلفة المواد الكيميائية والطاقة المستهلكة وتكاليف الصيانة والإصلاح لتحقيق العملية المستدامة والاقتصادية.
تلك بعض العوامل التي تؤثّر في كفاءة العملية، وتحسين هذه العوامل يسهم في تحسين أداء العملية وتحقيق تنقية مياه أفضل.
أبرز عيوب التقنية وطرق معالجتها
على الرغم من أن عملية التناضح العكسي لتحلية المياه تعدّ فعالة وموثوقة في إزالة الملوثات وتحسين جودة المياه، إلّا أنها تعاني من بعض العيوب والتحديات التي يجب مراعاتها.
وفيما يلي بعض العيوب الشائعة للتقنية:
ارتفاع تكلفة الاستثمار: تعدّ عملية التناضح العكسي مكلفة في الاستثمار الأوّلي، إذ تتطلب شراء وتركيب الأنظمة والمعدّات المتعلقة بها، كما تحتاج العملية إلى مواد كيميائية وطاقة لتشغيلها، مما يؤدي إلى زيادة تكلفة التشغيل والصيانة.
استهلاك الطاقة العالي: يعدّ استهلاك الطاقة من أكبر التحديات، إذ تحتاج العملية إلى ضغط عالٍ لتحقيق تدفّق الماء عبر الغشاء، وهذا يتطلب كميات كبيرة من الطاقة، ومن ثم، يرتفع استهلاك الكهرباء ويزيد التأثير البيئي.
تراكم الملوثات والرواسب: يمكن للرواسب والملوثات أن تتراكم على سطح الغشاء، مما يؤدي إلى تدهور كفاءة العملية وانخفاض جودة الماء المحلاة، ويجب على المشغّلين تنظيف الغشاء بشكل منتظم وتنفيذ برامج صيانة للحفاظ على أداء العملية.
تأثير الملوحة: قد تؤثّر مستويات الملوحة العالية في المياه في كفاءة التناضح العكسي، فعلى سبيل المثال، قد يتسبب تراكم الملوحة في تكوّن جبس على الغشاء، مما يعوق تدفّق الماء ويقلل من كفاءة العملية.
الحاجة إلى معالجة ما بعد التحلية: لا تزيل العملية جميع الملوثات والمعادن بالكامل من المياه، ومن ثم قد تتطلب معالجة ما بعد التحلية لإزالة بقايا الملوثات وإعادة توازن تركيز المعادن الأساسية في المياه.
الحساسية للتلوث البيولوجي: يمكن أن تتأثر العملية بالتلوث البيولوجي، مثل البكتيريا والفيروسات، فإذا تلوّث الغشاء أو النظام بالكائنات الحية الدقيقة فقد يحدث انسداد في الغشاء أو تدهور في جودة الماء المحلّاة.
لذلك، يجب تنفيذ إجراءات فعالة لتطهير وتطهير النظام للحدّ من التلوث البيولوجي.
وللتغلب على التحديات التي تواجه العملية، يمكن اتّباع بعض الإجراءات والتوصيات التالية:
تحسين كفاءة استعمال الطاقة: يمكن تحقيق ذلك من خلال استعمال أحدث التقنيات والمعدّات التي تساعد على تقليل استهلاك الطاقة، كما يمكن تحسين كفاءة العملية من خلال تحسين تصميم النظام وتحسين ضغط الماء وتدفّقه.
تطوير تقنيات التنظيف والصيانة: يجب تنفيذ برامج صيانة منتظمة وتنظيف للغشاء للحفاظ على أداء العملية، يمكن استعمال تقنيات التنظيف بالتناوب والتنظيف بالتقنية لإزالة الترسبات والرواسب من الغشاء.
استعمال مضادات التلوث البيولوجي: يجب تنفيذ إجراءات فعالة للتحكم في التلوث البيولوجي، مثل استعمال مضادات التلوث البيولوجي والتعقيم للحدّ من وجود البكتيريا والفيروسات في النظام.
تحسين مراحل ما بعد التحلية: يمكن استعمال تقنيات ما بعد التحلية لتحسين جودة الماء المحلاة، على سبيل المثال، يمكن استعمال الأنظمة التالية للعملية الأساسية لإزالة المزيد من الملوثات وتحسين جودة الماء.
تنظيم ومراقبة التشغيل: يجب تنظيم ومراقبة العملية بشكل منتظم للتأكد من أن النظام يعمل بكفاءة عالية، وأن جودة الماء المحلّاة تلبي المعايير المطلوبة، ويجب أيضًا تدريب المشغّلين على كيفية التعامل مع أيّ تحديات تقنية أو تشغيلية قد تطرأ.
الابتكار والبحث والتطوير: يجب دعم الابتكار والبحث والتطوير في مجال التناضح العكسي لتطوير تقنيات ومعدّات جديدة تساعد في تحسين أداء العملية وتقليل تكلفتها.
التعاون مع الجهات المعنية: يجب التعاون مع الجهات المعنية المختلفة، مثل الباحثين والمهندسين والمشغّلين والسلطات التنظيمية، لتبادل المعرفة والخبرات وتطوير حلول مبتكرة للتحديات التي تواجه عملية التناضح العكسي.
مميزات عملية التناضح العكسي
تتمتع عملية التناضح العكسي بعدّة مميزات تجعلها من الخيارات المفضلة لتحلية المياه وتنقيتها.
وفيما يلي بعض أهم هذه المميزات:
فعالية في إزالة الملوثات: يمكنها إزالة مجموعة واسعة من الملوثات الكيميائية والعضوية من المياه، مما يؤدي إلى تحسين جودة الماء وجعله صالحًا للشرب أو استعمالات أخرى.
تنقية المياه بشكل شامل: تعمل على إزالة الشوائب والفيروسات والبكتيريا والرواسب والأملاح المعدنية والمواد العضوية، مما يضمن تحسين جودة الماء وجعله أكثر صفاءً.
توفير المياه النقية: يمكنها تحويل المياه المالحة أو الملوثة إلى مياه نقية وصالحة للشرب، هذا يكون ذا أهمية كبيرة في المناطق التي تعاني من نقص المياه العذبة.
فعالية في استعمال الموارد: تستعمل كمية أقلّ من المياه والطاقة بالمقارنة مع أنظمة تحلية المياه الأخرى مثل تحلية التقطير، ومن ثم توفير الموارد وتقليل تأثير العملية في البيئة.
مرونة في التطبيق: يمكن تطبيق العملية في مجموعة متنوعة من الظروف والمصادر المائية، ويمكن استعمالها في تحلية المياه البحرية والمياه الجوفية ومياه الصرف الصحي والمياه السطحية.
قابلية التحكم والتشغيل: يتيح التناضح العكسي مرونة كبيرة في التحكم والتشغيل، إذ يمكن تعديل معدل التناضح وضغط الماء وتوازن التركيزات لتحقيق أداء مثالي وفقًا لاحتياجات المياه المحددة.
تقليل تأثر البيئة: عملية التناضح العكسي لا تستعمل مواد كيميائية ضارة، ولا تنتج مخلّفات سامة، مما يقلّل من تأثيرها البيئي ويسهم في الحفاظ على البيئة الطبيعية.
توافر التكنولوجيا: تطورت التقنية بشكل كبير على مرّ السنوات، وأصبحت قابلة للتطبيق على نطاق واسع، بالإضافة إلى ذلك، فإن قطع غيار ومواد التشغيل متاحة بشكل جيد في السوق، مما يجعلها خيارًا مناسبًا ومستدامًا لتحلية المياه.
الاستدامة: يمكن إعادة استعمال مياه النفايات بعد مرورها بعملية التناضح العكسي، وهذا يسهم في توفير المياه وتقليل الإنتاج الزائد للمياه العذبة، كما يمكن أيضًا استعمال الطاقة المستخرجة من العملية في تشغيل العملية ذاتها، مما يجعلها عملية مستدامة واقتصادية.
ومع ذلك، يجب الأخذ في الحسبان أنها ليست عملية مثالية، وهناك تحديات تواجهها مثل التكلفة العالية والصيانة المستمرة وتأثيرها البيئي، لذلك، يجب تقييم الظروف والاحتياجات الفردية قبل اتخاذ قرار بتطبيقها.
شرح آلية تشغيل التقنية
تعتمد آلية عمل التناضح العكس في تحلية المياه على استعمال ضغط عالٍ لدفع المياه عبر غشاء نصف نفّاذ، إذ يتألف النظام من عدّة مراحل تسهم جميعها في تحقيق العملية بنجاح.
وفيما يلي شرح لآلية عمل التناضح العكسي:
تهيئة الماء: تجري تهيئة الماء المراد تحليته من خلال إزالة الشوائب الكبيرة والجسيمات العالقة به باستعمال أنظمة الترشيح الأولية، وذلك لحماية الغشاء وتحسين فعالية العملية.
المرحلة الأولى - مضخة الضغط: تُستعمل مضخة ضغط عالي لضخّ الماء من خزان التخزين إلى وحدة التناضح، ثم يُزال الضغط على الماء لتحقيق ضغط عالٍ يكفي لدفع الماء عبر الغشاء نصف النفّاذ.
المرحلة الثانية - المرشح الخشن: يستعمَل مرشح خشن لإزالة المواد الكبيرة والشوائب الأخرى التي لم تُزَل في المرحلة الأولى، إذ يتكون المرشح الخشن من مادة مسامية تسمح بمرور الماء وتحجز الشوائب الكبيرة.
المرحلة الثالثة - الغشاء نصف النفّاذ: يُمرر الماء من خلال الغشاء نصف النفّاذ، الذي يعمل على فصل الماء عن الشوائب والملوثات الأخرى، ويتكون الغشاء من طبقات رقيقة من البوليمرات أو المواد السيليكونية الخاصة التي تحجز الشوائب وتسمح فقط بمرور الماء.
المرحلة الرابعة - الغشاء النفّاذ: يُستعمَل الغشاء النفّاذ لإزالة الملوثات الأخرى مثل الأملاح المعدنية والفيروسات والبكتيريا والمواد العضوية، ويتكون من طبقات رقيقة من البوليمرات الخاصة التي تسمح بمرور الماء وتحجز الملوثات.
المرحلة الخامسة - الغشاء النهائي: يُستعمل الغشاء النهائي لضمان تنقية الماء وإزالة أيّ شوائب متبقية، ويتكون من مواد معينة تعمل على تحسين جودة الماء وجعله صالحًا للاستعمال المطلوب.
معالجة النفايات: يجري التخلص من النفايات والشوائب المرفوضة من المراحل السابقة، من خلال نظام تصريف خاص، وقد يعاد استعمال بعض الماء المعالج لأغراض غير الاستعمال الآدمي، أو التخلص منه بطرق ملائمة.
باستعمال هذه الآلية، يتحول الماء الملوث أو المالح إلى ماء نقي وصالح للاستهلاك، إذ يعدّ التناضح العكسي من أكثر الطرق فعالية وشيوعًا لتحلية المياه، ويمكن استعماله في محطات تحلية المياه الكبيرة والصغيرة على حدّ سواء.
ويعدّ الماء المحلَّى بوساطة التناضح العكسي آمنًا وصحيًا للشرب والاستعمالات الأخرى مثل الزراعة والصناعة، كما يمكن استعمال التقنية لتحلية المياه المالحة، وأيضًا المياه الملوثة.
في حالة المياه المالحة، يستعمل التناضح العكسي لإزالة الأملاح والمعادن الزائدة من الماء، مما يسمح بتحويل المياه المالحة إلى ماء صالح للشرب، وفي حالة المياه الملوثة، يستعمل لإزالة الملوثات مثل الفيروسات والبكتيريا والمواد الكيميائية الضارة والملوثات العضوية الأخرى.
وإجمالًا، تعدّ التقنية طريقة شاملة وفعالة لتحلية المياه غير الصالحة للشرب، سواء كانت مالحة أو ملوثة، وتتطلب تقنيات ومعدّات متخصصة لضمان تحقيق أعلى جودة ممكنة للماء المحلّى.
ويمكن القول، إن آلية عمل التناضح العكسي في تحلية المياه تعد حديثة وفعالة لتحويل المياه المالحة أو الملوثة إلى ماء صالح للشرب والاستعمالات الأخرى، إذ إن تحلية المياه إحدى التحديات البيئية المهمة التي نواجهها في العصر الحديث، فالطلب المتزايد على المياه النقية، وندرتها تعجّل التقنية أداة قوية وضرورية لتلبية الاحتياجات المائية.
وبوساطة هذه التقنية، يمكننا تحويل المياه الملوثة أو المالحة إلى مصدر قيم من المياه النقية، وبفضل التقدم التكنولوجي المستمر، تُطَوَّر أنظمتها باستمرار، لتحسين كفاءتها وتوفير مزيد من الماء النقي.
وفي النهاية، ينبغي علينا إدراك أهمية الماء النقي بصفته موردًا طبيعيًا مهمًا، والعمل على تطوير وتبنّي تقنيات مستدامة لتحلية المياه وحمايتها من التلوث، واستعمال التناضح العكسي يمثّل خطوة مهمة نحو تحقيق هذا الهدف.
موضوعات متعلقة..
- محطة جديدة لتحلية المياه بالتناضح العكسي في الإمارات
- التناضح العكسي لتحلية المياه بالطاقة الشمسية.. تقنية رخيصة وموفرة للكهرباء
- لأول مرة.. مصر تتبنى تقنية التناضح العكسي لتحلية المياه بالطاقة الشمسية (فيديو)
اقرأ أيضًا..
- مصر تحجز مقعدها بقائمة أكبر 10 منتجين للهيدروجين الأخضر عالميًا
- وزير النفط الليبي: لدينا ثروات نفط وغاز يجب استغلالها.. ودولة عربية فقط تستثمر لدينا (1/2) - حوار
- صادرات الغاز المسال المصرية إلى أوروبا تقفز 42% (خاص)
- الطاقة الكهرومائية في أفريقيا تشهد برنامجًا لتحديث البنية التحتية (تقرير)
