أبعد من النقاء: ما يمكن وما لا يمكن عكس غشاء التناضح

المياه التناضح العكسي هي مثال على الانقسام الثنائي H2O / Impurity بكل معنى الكلمة.
نحن في أكفافور معتادون على حقيقة أن العالم منقسم إلى:

1. أولئك الذين يعتقدون أن المرشح الأسموزي ينظف كل شيء ما عدا الكرمة والضمير
2. وأولئك الذين يسكبون الماء الأسموزي في الشاي من أجل العدو ، معتبرين أنه ميت.

كل الافتراضات هي مسائل الإيمان الشخصي. وضعنا المهمة للتحدث عن كيفية وجود الأشياء بالماء الأسموزي في العالم الحقيقي وإضافة ألوان الباستيل إلى الصورة الحالية بالأبيض والأسود.

دعنا نتحدث عن مبدأ الغشاء ، والفرق بين الماء الأسموزي من نواتج التقطير والكهارل ، وكذلك ما إذا كنت تبحث عن المسام الموجودة فيه وطهيها في الحمض.

التي أدلى بها علماء الجيش للغواصات؟

ليس حقا بدأت معرفة الشخص الذي لديه أغشية شبه دائمة مع تاريخ رئيس الدير الفرنسي اليقظ نولاي في منتصف القرن الثامن عشر. سكب الخمر في مثانة الخنزير وتركه ليتم تخزينه في برميل بالماء. أصبح النبيذ مثل العصير ، وزادت الفقاعة ، وتلقى الظاهرة اسم التناضح من نولا (من "الضغط" اليوناني). وصف رئيس الدير خصائص الغشاء النصف نافذ وقدرته الرئيسية على تمرير الماء فقط. إذا كانت الفقاعة مع النبيذ الذي وضعه نول في الماء لم تكن لديها القدرة على التمدد ، فإن المياه المخترقة ستزيد الضغط وستتوقف العملية. يسمى الضغط الذي يجب تطبيقه حتى لا يسمح بدخول الماء إلى الخمر بالتناضح. ذلك يعتمد على الفرق في تركيزات المواد المذابة على جانبي الغشاء.

إذا كان رئيس الدير قد خمن أن يضغط على فقاعة مع النبيذ ويخرج الماء الزائد منه ، فيمكنه في نفس الوقت أن يخترع مرشح التناضح العكسي.

في وقت لاحق ، انضم إلى البحث علماء الطبيعة وعلماء النبات وعلماء الفسيولوجيا الذين كانوا مهتمين بالمظاهر الطبيعية للتناضح ، وخاصة تغذية النباتات وخلايا الجسم البشري. كان هناك فرع منفصل من اهتمامات الفيزيائيين والكيميائيين الذين كانوا مهتمين بمهمة "تكرار العملية على نطاق صناعي" لتحلية المياه العذبة وتحلية مياه البحر.

مبدأ تشغيل غشاء التناضح العكسي المنزلية

اليوم ، يكون غشاء التناضح العكسي عبارة عن فيلم بوليمر رقيق يتم ترسيبه على ركيزة خاملة قابلة للنفاذ تمامًا إلى الماء. إن أهم خاصية في الغشاء هي قدرته على الانتفاخ - أي التفاعل مع الجزيئات والربط بها. وتسمى هذه العملية الماء. لا يمكن للمواد الأخرى الذائبة في الماء أن تتفاعل مع مادة الغشاء وعندما يتم تطبيق ضغط الماء في إمدادات المياه على الغشاء المتورم ، تبدأ جزيئات الماء فقط في التسرب (الضغط للخارج) عبر الغشاء.



عندما يمر الماء عبر الغشاء ، يزداد تركيز المواد المذابة أمام الغشاء ، ويزداد الضغط الاسموزي وفقًا لذلك.
إذا كان الضغط الاسموزي مساوياً للضغط في النظام ، فسيتوقف مرور الماء عبر الغشاء. لمنع هذا ، يتم تصريف التركيز باستمرار في الصرف.

ما هي الأغشية الحديثة المصنوعة من؟

على مدى العقود الماضية ، تغيرت المواد الغشائية ، من أكثرها شيوعا نلاحظ:

- بولي أسيتات
السليلوز الجيل القديم من الأغشية شبه النفاذية التي مرت ما يصل إلى 50 ٪ النترات. لا يساعد وجود الترشيح المسبق للفحم في هذه الحالة ، لأنه أيضًا لا "يرى" النترات. أثارت قاعدة السليلوز في أغشية البولي أسيتات النمو النشط للبكتيريا.

- بولي أميد
في العقد الماضي ، أصبح هذا النوع من الغشاء واسع الانتشار ، وبوجه خاص بسبب مقاومته للوقود الحيوي والانتقائية 92-99 ٪. في أنظمة التناضح العكسي ، يستخدم AQUAFOR مادة البولي أميد 66 ، وهي نايلون بشكل أساسي.

من الضروري التمييز بين الأغشية الرقيقة والأغشية المنزلية التي تستخدم لتحلية مياه البحر. مبدأ تشغيل هذه الأغشية هو نفسه ، ولكن من الناحية الفنية تم تصميم الغشاء لتحلية المياه بشكل مختلف. من أجل "ضغط" H2O خارج مياه البحر ، سيكون من الضروري التغلب على ارتفاع الضغط الأسموزي ، وسوف يتمزق الغشاء الرقيق في مثل هذه الظروف. للعمل بأحمال عالية أثناء تحلية المياه ، يلزم تصميم فني مختلف: يتكون الغشاء من مواد أخرى وله ركيزة أكثر كثافة (مثل السيراميك).

التناضح ليس غربال!

إن الرأي القائل بأن الغشاء يعمل بسبب وجود "مسام صغيرة جدًا" فيه لا يتوافق مع الواقع. غشاء التناضح العكسي ليس له مسام. يحدث فصل الماء إلى المياه المتخللة (المياه النقية) والعودة (إعادة تركيز الشوائب التي تترك للصرف) نتيجة لعملية مشابهة لنقل التيار الكهربائي من خلال أشباه الموصلات المعدنية.


القدرة على "توصيل" المياه هي خاصية لفئة معينة من المواد البوليمرية ، على غرار قدرة المعادن على إجراء التيار الكهربائي. ومع ذلك ، هناك المواد التي لا تجري أي واحد أو آخر.

تشبه آلية نقل جزيئات الماء من خلال غشاء عملية نقل التيار عبر موصل معدني. في ذلك ، وكذلك في الغشاء ، لا توجد ثقوب ، ومع ذلك ، يتدفق تيار في شكل إلكترونات عبر المادة من المكان الذي يوجد فيه كثير منهم في اتجاه "التركيز" السفلي.

لماذا الانتقائية الغشاء ليست دائما 100 ٪؟

دعونا نقارن إمكانات الترشيح لامتصاص مرشحات التناضح العكسي وأنواع الملوثات:

ليست كل الشوائب عرضة لإزالة 100 ٪ حتى بواسطة غشاء التناضح العكسي. تذكر أنه تم إنشاء أغشية مبدئية لتحلية المياه (في المناطق التي يكون فيها ماء الشرب مالحًا بشكل ملحوظ ، ولكن ليس بعد البحر). لذلك ، تم إجراء اختبارات قياسية لإزالة الأملاح بواسطة الغشاء على محلول كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم). في الواقع ، يمكن أن يوفر التناضح 99 ٪ إزالة الملح. ومع ذلك ، عندما يكون الماء صعبًا للغاية ، يمكن تخفيض الكفاءة إلى 93-95٪ ، بسبب زيادة "التسرب".

لالتناضح المنزلي ، غالباً ما يتم استخدام الأغشية ذات الانتقائية من 97 إلى 99٪. يتم تطبيعها لكلوريد الصوديوم ، ولكن هذا لا يعني أنه سيكون نفسه بالنسبة للمواد الأخرى. بالنسبة للملوثات المختلفة ، قد يختلف "الانزلاق" ، ذلك يعتمد على طبيعتها. على سبيل المثال ، تمر بعض مركبات البورون عبر الغشاء بنجاح كبير ، بينما تتم إزالة المركبات الأخرى ، على سبيل المثال ، الجزيئات العضوية الكبيرة ، على العكس من ذلك بنسبة 100٪ تقريبًا.

يحدث "الانزلاق" لثلاثة أسباب:

1. "تقليد". إذا كان هناك شيء في الماء يشبه في سلوكه الكيميائي جزيء الماء ، فيمكنه تكوين روابط مع مادة الغشاء و "المرور مع الشركة".
2. إنتشار ، سنتحدث عن ذلك بمزيد من التفصيل في وقت لاحق.
3. تلف أو نوعية رديئة من الغشاء.

عن التقليد. تخيل مجموعة من العمال يجتازون سلسلة من الطوب. إذا قمت باستبدال العديد من الطوب بشيء مشابه للغاية ، وهو "ثقيل ومستطيل الموازي" ، فلن يلاحظ أي شخص في السلسلة الاستبدال.

يمر أي غشاء بكمية معينة من المواد المذابة ، وهذا هو السبب في أن قياسات محتوى الملح (والموصلية الفعلية) باستخدام مقياس TDS تظهر نتائج منخفضة للغاية ، ولكن ليس صفراً. فعالية عداد TDS ، بالمناسبة ، مكرسة للنشر السابق .

الانتشار هو عملية موازية

بالتزامن مع عملية نقل جزيئات الماء من خلال الغشاء ، هناك عملية نشر المواد المذابة من خلالها. كلما زاد تدرج التركيز ، زاد الانتشار. بطبيعة الحال ، تتحدد نتيجة هذه العملية أيضًا بطبيعة المواد المنتشرة: بعضها "فضولي" ، وبعضها أقل. نظرًا لوجود أشياء أخرى متساوية ، تنتشر الأيونات العضوية الكبيرة أسوأ من أيونات المعادن القلوية الصغيرة "الذكية".

مقارنةً بالنقل الرئيسي لجزيئات الماء عبر الغشاء ، فإن كمية المادة المنتشرة صغيرة ، ويمكن في إهمال معالجة المياه المنزلية. ومع ذلك ، هذا هو السبب في أن انتقائية الغشاء ليست 100 ٪.

عادةً ما تكون نتيجة الانتشار ملحوظة في الجزء الأول من الماء بعد الركود المطول - تعطل المرشح. خلال هذا الوقت ، فإن تركيز الملح على جانبي الغشاء يتمكن من التسوية. في المرشحات "المتقدمة" هناك حيل خاصة للتعامل مع هذه المشكلة.

أي مادة قابلة للنشر. أعتقد البولي اثيلين ضيق؟ تمر الغازات به صافرة ، وإن كانت هادئة. ينتشر الهيليوم بشكل أسرع من البالون.

ما لا حتى تنظيف مرشح التناضح العكسي؟

هناك مواد تخدع بسهولة الغشاء. من بينها البورون / بورات. في درجة الحموضة المحايدة ، يكون البورون في محلول على شكل جزيء H3BO3 ، ويشبه الغشاء في الماء في بعض الخصائص. هذا يسمح للبورون بالمرور عبر الغشاء للشركة. إذا تم تغيير الرقم الهيدروجيني إلى القلوية ، فسيكون البورون في محلول في شكل أيون مشحون - أنيون من حمض البوريك أو الرباعي. في شكل أنيون ، يتم بالفعل قطع البورون تماما عن طريق الغشاء.

تتميز بعض المركبات العضوية المتطايرة بنشاط الانتشار العالي. على سبيل المثال ، يستطيع الكلوروفورم اختراق الغشاء ، لكن يمكن إزالته بسهولة باستخدام فلتر كربون أولي. لم يتم تصميم الغشاء لإزالة الغازات ، على وجه الخصوص ، كبريتيد الهيدروجين. يجب ألا يقلق سكان المدن الكبرى ، فلن يتم وضع الماء وكبريتيد الهيدروجين في شبكة إمدادات المياه ، والبورون ليس سامًا بجميع أشكاله. حمض البوريك ، على سبيل المثال ، يدفن في الأطفال في الأذنين.

العوامل الصحية الغشائية

أسباب فشل الغشاء:

1. الضرر المادي
2. فقدان الماء بسبب التعرض للماء المكلور أو عوامل مؤكسدة أخرى (الأوزون) أو بسبب تجفيف الغشاء. قد تصبح العملية لا رجعة فيها ، وبالتالي ، فمن المستحيل منع تجفيف الغشاء المستخدم بالفعل. ولمنع تلف الغشاء بسبب الكلور ، يحتوي فلتر التناضح العكسي دائمًا على وحدات ما قبل المعالجة الكربونية.
3. ترسب على سطح الأملاح غير القابلة للذوبان والمواد الصلبة الموجودة في الماء (ترشيح مسبق ضعيف / غير كاف)
4. عدم كفاية تدفق المياه إلى مياه الصرف أو "توفير" مياه الصرف.

هل الأفضل عدو الخير؟

ومن المفارقات أن القدرة على تنقية المياه بالكامل تقريبًا من الشوائب يمكن أن يعتبرها الكثيرون عائقًا. يتم أيضًا تسجيل مبدأ الترشيح باستخدام مياه الصرف تحت رعاية الزراعة على "إبرة تكاليف التشغيل" في السلبيات. قمنا بتجميع أسئلة وأجوبة صغيرة حول هذه والقضايا ذات الصلة.

1. هل الماء "الميت"؟ (المفضل لدينا)

ما الذي يعنيه محبو مصطلح "الموت" للمياه ، ليس واضحًا لنا حتى النهاية. من وجهة نظر العلوم الرسمية ، لا توجد مياه حية أو ميتة. زار كل جزيء H2O تقريبًا على هذا الكوكب قطرة من المطر والمنتجات الحيوية لكائن حي. لا توجد خواص رائعة للمياه - هناك دوران في الطبيعة ، وكذلك وسيلة ممتازة لتنظيف الغشاء بمحلول مائي لجميع السطحية. نقترح النظر في الحكايات الخيالية فقط كمورد ثقافي ، لأن جسمنا يتطلب H2O بالضبط ، وينقسم الباقي إلى مجموعتين:

1. اختياري ، لأنه يأتي مع الطعام ؛
2. غير صحية على المدى القصير أو الطويل.

عدم وجود شوائب في مياه الشرب ، ومعها ما يسمى "المعادن المفيدة" ، لا تصمد أمام النقد التغذوي. عمليا لا يمتص الجسم أجسامنا من الماء ، لأنه يوجد على شكل أملاح غير عضوية. حتى لو تم امتصاص هذا الكالسيوم ، فسيكون من الصعب شرب 17 لترًا من مياه موسكو ذات الصلابة المتوسطة من أجل تلبية الاحتياجات اليومية لهذا العنصر - حوالي 1000 ملغ. يمكن فقط امتصاص المغنيسيوم جيدًا من الماء ، ولكن تحدثنا عن ذلك بشكل منفصل .

2. هل هي مكلفة لشراء وصيانة مكلفة؟

مثال نموذجي



اضطررت إلى إجراء حساب جدي ومعرفة أن 300 روبل لكل متر مكعب من المياه النظيفة تبلغ حوالي 30 كوبًا لكل لتر. نحن نقدم للمقارنة مع تكلفة لتر ماء الشرب في المتجر ، لأن جودته في البلاستيك متشابهة ، إن لم تكن أسوأ . بناءً على رثاء المنفذ ، سيكون سعر لتر من نفس الماء الأسموزي من 15 روبل.

3. لماذا هو التناضح العكسي المياه ليست نواتج التقطير؟

المياه بالنسبة لنا ليست غذاء وليست طريقة للحصول على "طوب" لبناء كائن حي. هذه هي البيئة التي تجري فيها العمليات الكيميائية والفيزيائية للجسم. علاوة على ذلك ، فهي نفسها خاملة ولا تشارك أبدًا في هذه العمليات. نحن لا نقسمها إلى هيدروجين وأكسجين ، ولا تمر عملية التحليل الكهربائي في الجسم.

من خلال فهم دور المياه هذا ، يمكنك شرب الماء المقطر ، حيث لا توجد "معادن مفيدة". اتباع نظام غذائي متوازن ، فلن تواجه أي مشاكل.

خطر الماء المقطر هو أنه يمكن أن يكون مجرد "قذر". التبخر لا يزيل الماء من شوائب المواد العضوية ، حيث تقل درجة الغليان عن 100 درجة مئوية.

هناك فرق كبير بين الماء بعد غشاء التناضح العكسي والماء المقطر. التناضح العكسي لا يقطع الأملاح الذائبة تمامًا ، ولكن أثناء التقطير ، فإن الأملاح هي التي تبقى تمامًا في مكعب التقطير. من ناحية أخرى ، تتحرك المواد العضوية المتطايرة أثناء عملية التقطير مع البخار في نواتج التقطير ، في حين أن الغشاء يزيلها جيدًا. بالإضافة إلى ذلك ، قبل أجهزة التقطير أنابيب مطاطية ، والتي أضافت "المذاق" إلى المياه الناتجة.

4. لماذا هو التناضح العكسي المياه ليست بالكهرباء؟

مشاركة الاكتشاف:



المنحل بالكهرباء هو أي سائل يوصل التيار الكهربائي. على سبيل المثال ، الحساء أو كومبوت. وهذا هو ، كل السائل الذي يجري التيار الكهربائي بسبب حركة الأيونات.

المنحلات بالكهرباء غداء لذيذ.

5. هل يحتاج الغشاء للتنظيف؟

يتم غشاء احمرار بالفعل. ومع ذلك ، وهذا ينطبق على الأغشية الصناعية. لغسلهم ، اعتمادًا على جزيئات معينة "عالقة" في الغشاء ، يتم استخدام ترسانة كاملة من التركيبات الخاصة: القلوية ، والمنظفات الحمضية ، والسطحي ، وما إلى ذلك. في حالة الأغشية الصناعية ، كل شيء معروف عن هذه الجسيمات ويتم تحديد التكوين بشكل فردي.

إن مشاهدة مقاطع فيديو على يوتيوب حول كيفية غليان الأغشية في حامض الستريك أمر محزن بعض الشيء ، لأنه أمام أعيننا يقضي الناس وقتًا دون جدوى - يفقد الغشاء خصائصه من درجة حرارة عالية.

ماذا نريد أن نقول؟

1. تاريخيا ، تكون أغشية التناضح العكسي جيدة لأنها تستطيع تحلية المياه بشكل مثالي ، لهذا تم إنشاؤها. هذه الخاصية تخفف من معاناة أولئك الذين لديهم مياه شرب إما صعبة للغاية أو فقط مالحة.
2. يمكن للأغشية المنزلية أن ترشح أكبر قدر من الشوائب الضارة التي يثريها العالم الحديث بالماء. تتجاوز قدرة الغشاء هذه إمكانيات مرشحات التجميع. مع خراطيش التبادل الأيوني ، مرشحات الامتصاص يمكن أن تقلل أيضا من تصلب. ومع ذلك ، هناك عدد من القيود المزعجة على الكفاءة والموارد.
3. لم يثبت ضرر المياه بعد مرشح الاسموزي. كلما أنقى الماء ، أصبحت العمليات الأيضية في الجسم أسهل.
4. ستكون تكلفة لتر من الماء النقي باستخدام غشاء أعلى قليلاً من تكلفة جهاز تنقية المياه. لكن عليك أن تقارن درجة التطهير بالزجاجات من المتجر ، حيث يتم تنقية الماء الموجود في البلاستيك باستخدام نفس التقنية.

سواء كان استخدام غشاء التناضح العكسي أم لا مسألة تحفيز ورغبة في تقليل تأثير العوامل البيئية السلبية. لا يوجد ماء صحي ولا هواء صحي. الهواء مفيد هو استنشاق ، لكنه لم يعد الهواء. ومعادلة الماء النقي من مختبرنا هي كما يلي:

يجب أن يكون الماء غير مرئي في الشاي.