الخاصية الأسموزية هي ظاهرة يتدفق فيها الماء النقي من محلول مخفف عبر غشاء شبه منفذ إلى محلول ذي تركيز أعلى. تعني الخاصية شبه المنفذة أن الغشاء يسمح بمرور الجزيئات الصغيرة والأيونات، بينما يعمل كحاجز أمام الجزيئات الأكبر أو المواد المذابة. أما الخاصية الأسموزية العكسية فهي عملية عكسية للخاصية الأسموزية، حيث يميل المحلول الأقل تركيزًا بشكل طبيعي إلى الانتقال إلى محلول ذي تركيز أعلى.

كيف يعمل نظام التناضح العكسي؟

التناضح العكسي عملية تزيل الملوثات الغريبة والمواد الصلبة والجزيئات الكبيرة والمعادن من الماء باستخدام الضغط لدفعه عبر أغشية متخصصة. وهو نظام لتنقية المياه يُستخدم لتحسين جودة المياه للشرب والطهي والاستخدامات المهمة الأخرى.

في حال انعدام ضغط الماء، ينتقل الماء النظيف (الماء ذو ​​التركيز المنخفض) المُنقّى بالخاصية الأسموزية إلى الماء ذي التركيز العالي. يُدفع الماء عبر غشاء شبه نفاذ. يحتوي هذا الغشاء على العديد من المسامات الدقيقة، التي يصل حجمها إلى 0.0001 ميكرون، والتي تستطيع ترشيح حوالي 99% من الملوثات، مثل البكتيريا (حوالي 1 ميكرون)، ودخان التبغ (0.07 ميكرون)، والفيروسات (0.02-0.04 ميكرون)، وغيرها. ولا تمر عبره إلا جزيئات الماء النقي.

قد تُزيل عملية تنقية المياه بالتناضح العكسي بعض المعادن المفيدة التي يحتاجها الجسم، إلا أنها تقنية فعّالة ومُثبتة لإنتاج مياه نظيفة ونقية صالحة للشرب. يُفترض أن يوفر نظام التناضح العكسي مياه عالية النقاء لسنوات عديدة، لذا يمكنك شربها دون قلق.

لماذا يُعدّ مرشح الغشاء فعالاً في تنقية المياه؟

بشكل عام، يتم تصنيف أجهزة تنقية المياه التي تم تطويرها حتى الآن إلى حد كبير إلى طريقة ترشيح بدون غشاء وطريقة تنقية المياه بالتناضح العكسي باستخدام غشاء.

تعتمد عملية الترشيح بدون أغشية في الغالب على مرشح الكربون، الذي يُزيل فقط الطعم والرائحة غير المرغوب فيهما، والكلور، وبعض المواد العضوية الموجودة في ماء الصنبور. ولا يمكن إزالة معظم الجسيمات، مثل المواد غير العضوية والمعادن الثقيلة والمواد الكيميائية العضوية والمواد المسرطنة، أو تمريرها عبر المرشح. في المقابل، تُعدّ طريقة تنقية المياه بالتناضح العكسي باستخدام الأغشية الطريقة الأكثر شيوعًا في العالم، حيث تستخدم أغشية شبه نفاذة مصنوعة بتقنية هندسة البوليمرات المتطورة. وهي طريقة لتنقية المياه تعمل على تمرير وفصل وإزالة مختلف المعادن غير العضوية والمعادن الثقيلة والبكتيريا والفيروسات والمواد المشعة الموجودة في ماء الصنبور، لإنتاج ماء نقي.

والنتيجة هي احتجاز المذاب على الجانب المضغوط من الغشاء، بينما يُسمح للمذيب النقي بالمرور إلى الجانب الآخر. ولكي يكون الغشاء "انتقائيًا"، يجب ألا يسمح بمرور الجزيئات أو الأيونات الكبيرة عبر مسامه، بل يجب أن يسمح بمرور المكونات الأصغر للمحلول (مثل جزيئات المذيب، أي الماء، H2O) بحرية.

ينطبق هذا الأمر بشكل خاص هنا في كاليفورنيا، حيث ترتفع نسبة عسر الماء في مياه الصنبور بشكل كبير. فلماذا لا تستمتع بمياه أنظف وأكثر أمانًا باستخدام نظام التناضح العكسي؟

مرشح غشاء التناضح العكسي

في أوائل خمسينيات القرن الماضي، نجح الدكتور سيدني لوب في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس (UCLA) في جعل التناضح العكسي عمليًا من خلال تطوير أغشية شبه نفاذة غير متجانسة، بالتعاون مع سرينيفاسا سوريرجان. أغشية التناضح الاصطناعي هي أغشية شبه نفاذة مصممة خصيصًا بمسامات دقيقة للغاية، تبلغ 0.0001 ميكرون، أي ما يعادل جزءًا من مليون من سمك الشعرة. يُعد هذا الغشاء مرشحًا خاصًا مصنوعًا بتقنية هندسة البوليمرات، لا يسمح بمرور أي ملوثات كيميائية، فضلًا عن البكتيريا والفيروسات.

عند تطبيق ضغط على المياه الملوثة لتمريرها عبر هذا الغشاء الخاص، تمر المواد الكيميائية ذات الوزن الجزيئي العالي، مثل ماء الجير المذاب في الماء، والمواد الكيميائية ذات الوزن الجزيئي العالي، مثل الجير المذاب في الماء، عبر الغشاء شبه النفاذ، بينما يمر الماء النقي ذو الوزن الجزيئي المنخفض والأكسجين المذاب وآثار المعادن العضوية فقط. صُممت هذه المواد لتُصرّف خارج الغشاء بفعل ضغط الماء الجديد الذي لا يمر عبر الغشاء شبه النفاذ ويستمر في التدفق إلى الداخل.

والنتيجة هي احتجاز المذاب على الجانب المضغوط من الغشاء، بينما يُسمح للمذيب النقي بالمرور إلى الجانب الآخر. ولكي يكون الغشاء "انتقائيًا"، يجب ألا يسمح بمرور الجزيئات أو الأيونات الكبيرة عبر مسامه، بل يجب أن يسمح بمرور المكونات الأصغر للمحلول (مثل جزيئات المذيب، أي الماء، H2O) بحرية.

الأغشية، التي طُوّرت لأغراض طبية، استُخدمت في الحروب العسكرية لتزويد الجنود بمياه شرب نظيفة وخالية من التلوث، كما تُستخدم لتنقية بول رواد الفضاء الذي يُجمع عند وقوع أحداث غير متوقعة أثناء استكشاف الفضاء. وتُستخدم حاليًا في صناعة الطيران والفضاء لتوفير مياه الشرب، ومؤخرًا، بدأت شركات المشروبات الكبرى باستخدام أجهزة تنقية المياه الصناعية ذات السعة الكبيرة في إنتاج الزجاجات، كما تُستخدم على نطاق واسع في أجهزة تنقية المياه المنزلية.