التناضح العكسي

تُستخدم أنظمة التناضح العكسي عند نقطة الاستخدام لمعالجة مياه الشرب والطهي. قد تتضمن هذه الأنظمة مرشحات إضافية قبل أو بعد غشاء التناضح العكسي. ووفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC)، يمكن لأنظمة التناضح العكسي إزالة الطفيليات والبكتيريا والفيروسات، بالإضافة إلى بعض المواد الكيميائية الذائبة، بما في ذلك الرصاص والنحاس والكروم والكلوريد والصوديوم. كما يمكنها أيضًا تقليل تركيزات مواد أخرى مثل الزرنيخ والفلورايد والراديوم والكبريتات والكالسيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم والنترات. تختلف الملوثات التي تتم إزالتها بين الأنظمة، لذا يجب التحقق من ادعاءات تقليل الملوثات الخاصة بكل وحدة على حدة. ^{[ 15 ]}

على مستوى البلديات، تستخدم محطات معالجة المياه تقنية التناضح العكسي لمعالجة المياه المالحة أو المياه المعاد تدويرها للشرب. ويُستخدم التناضح العكسي عادةً كمرحلة واحدة من نظام معالجة أكبر قد يشمل أيضاً المعالجة المسبقة والتطهير. ^{[ 16 ]}

يمكن استخدام الكهرباء المولدة من الألواح الكهروضوئية لتشغيل أنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي. وتُعدّ تحلية المياه التي تعمل بالطاقة المتجددة مناسبة بشكل خاص للمواقع النائية أو غير المتصلة بشبكة الكهرباء، على الرغم من أن الإنتاج المتقطع للطاقة والحاجة إلى تخزين المياه أو الطاقة قد يُعقّد تصميم النظام. ^{[ 17 ]}

تستخدم المنظمات العسكرية أنظمة تنقية المياه المتنقلة بتقنية التناضح العكسي لإنتاج مياه الشرب في الميدان. ويشغل الجيش الأمريكي عدة أنواع من هذه الأنظمة المتنقلة، بما في ذلك وحدة تنقية المياه بتقنية التناضح العكسي (ROWPU)، للعمليات العسكرية ولأغراض الإغاثة الإنسانية والإغاثة في حالات الكوارث. وتبعًا للنظام، قد تشمل مصادر المياه المياه العذبة أو المالحة أو مياه البحر. ^{[ 18 ]}

تُستخدم تقنية التناضح العكسي كمرحلة معالجة متقدمة في بعض الأنظمة التي تحوّل مياه الصرف الصحي المعالجة إلى مياه مُستصلحة عالية الجودة. ومن الأمثلة على ذلك برنامج NEWater في سنغافورة . وتجمع عملية المعالجة فيه عمومًا بين الترشيح الدقيق أو الترشيح الفائق، والتناضح العكسي، والتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. وتُستخدم المياه الناتجة بشكل رئيسي للأغراض الصناعية والتبريد، بينما يُضاف جزء منها إلى الخزانات لإعادة استخدامها بشكل غير مباشر كمياه شرب. ^{[ 19 ]}

تشمل الاستخدامات الصناعية لتقنية التناضح العكسي إزالة المعادن من مياه تغذية الغلايات وإنتاج مياه معالجة منخفضة الموصلية. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

تُتيح تقنية التناضح العكسي تركيز الأطعمة السائلة دون الحاجة إلى التسخين المطوّل المطلوب في عملية التبخير، مما يُساعد على الحفاظ على المكونات الحساسة للحرارة. تشمل تطبيقاتها تركيز عصائر الفاكهة والخضراوات، والتركيز المسبق للحليب ومصل اللبن، وتحسين عصير العنب، وخفض نسبة الكحول في النبيذ. ^{[ 22 ]}

يستخدم منتجو شراب القيقب التجاريون تقنية التناضح العكسي لإزالة جزء من الماء من عصارة القيقب قبل غليها في المبخر. ويؤدي تركيز العصارة قبل الغلي إلى تقليل الوقت والطاقة اللازمين للتبخير. ^{[ 23 ]}

تُعدّ تقنية التناضح العكسي إحدى الطرق الصناعية العديدة المستخدمة لإزالة بعض أو كل الإيثانول من البيرة المُخمّرة بالطرق التقليدية. وهي تُصنّف كطريقة فيزيائية تعتمد على الأغشية لإنتاج بيرة منخفضة الكحول أو خالية من الكحول. ^{[ 24 ]}

أثناء عملية إزالة الكحول بالتناضح العكسي، يمر الماء والإيثانول عبر الغشاء بسهولة أكبر من العديد من المكونات غير المتطايرة في البيرة. ويمكن بعد ذلك تخفيف المُركّز المُحتفظ به إلى تركيز الكحول المطلوب. ^{[ 25 ]}

يمكن استخدام التناضح العكسي كمرحلة تحلية في تحضير مياه التغذية لإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي . تتطلب أجهزة التحليل الكهربائي مياه عالية النقاوة، لذا فإن الماء الناتج عن التناضح العكسي يحتاج عمومًا إلى مزيد من التنقية، مثل التبادل الأيوني أو إزالة الأيونات الكهربائية، قبل إدخاله إلى جهاز التحليل الكهربائي. ^{[ 26 ]}

يُستخدم الماء المُعالَج بالتناضح العكسي في أحواض الأسماك البحرية والشعاب المرجانية لتحضير مياه البحر الاصطناعية وتعويض المياه المفقودة بالتبخر. ولأن هذا الماء يحتوي على تركيزات منخفضة من المواد الذائبة، فإن استخدامه يحدّ من دخول مركبات مثل السيليكات التي قد تُساهم في نمو الكائنات البحرية غير المرغوب فيها في الأحواض. وقد تبيع متاجر أحواض الأسماك إما مياه عذبة مُنتَجة بتقنية التناضح العكسي أو مياه مالحة مُعالَجة بهذه التقنية. ^{[ 27 ]}

يستخدم بعض عمال تنظيف النوافذ المحترفين مياهًا نقية يتم توصيلها عبر عمود تلسكوبي مزود بفرشاة. ويمكن استخدام التناضح العكسي أو إزالة الأيونات أو مزيج منهما لإنتاج هذه المياه النقية. ولأن معظم المعادن الذائبة قد أُزيلت، يمكن ترك ماء الشطف ليجف على الزجاج دون ترك رواسب معدنية كما هو الحال مع المياه غير المعالجة. ^{[ 28 ]}

تُعدّ المعالجة المسبقة ضرورية عند استخدام أغشية الترشيح النانوي نظرًا لتصميمها الحلزوني. صُممت هذه الأغشية للسماح بتدفق أحادي الاتجاه، ولا يسمح تصميمها بالضخ العكسي بالماء أو تحريك الهواء لتنظيف سطحها وإزالة المواد الصلبة المتراكمة. ولأن هذه المواد لا يمكن إزالتها من سطح الغشاء، فإنه يكون عرضة للتلوث (انخفاض القدرة الإنتاجية). لذلك، تُعدّ المعالجة المسبقة ضرورية لأي نظام تناضح عكسي أو ترشيح نانوي. تتكون المعالجة المسبقة من أربعة عناصر رئيسية:

• فحص المواد الصلبة: يجب إزالة المواد الصلبة ومعالجة المياه لمنع تلوث الأغشية بالجسيمات أو النمو البيولوجي، وتقليل خطر تلف المكونات عالية الضغط.
• الترشيح بالخراطيش: تُستخدم مرشحات البولي بروبيلين الملفوفة بالخيط عادةً لإزالة الجسيمات التي يتراوح قطرها بين 1 و 5 ميكرومتر . 
• الجرعات : تُضاف مبيدات حيوية مؤكسدة ، مثل الكلور، لقتل البكتيريا، ثم يُضاف البيسلفيت لتعطيل الكلور الذي قد يُتلف الغشاء المركب الرقيق. لا تقتل مثبطات التلوث الحيوي البكتيريا، لكنها تمنعها من تكوين طبقة لزجة على سطح الغشاء وجدران النباتات.
• ضبط درجة الحموضة قبل الترشيح : إذا كانت درجة الحموضة والصلابة والقلوية في مياه التغذية تؤدي إلى الترسيب بينما تتركز في تيار الرفض، يتم إضافة الحمض للحفاظ على الكربونات في شكل حمض الكربونيك القابل للذوبان .

CO ₃ ²⁻ + H ₃ O ⁺ = HCO ₃ ⁻ + H ₂ O

HCO ₃ ⁻ + _H3O ⁺ = _H2CO3 + _H2O​​_​​

• لا يتحد حمض الكربونيك مع الكالسيوم لتكوين رواسب كربونات الكالسيوم . ويُقدَّر ميل كربونات الكالسيوم للتكلس باستخدام مؤشر لانجيليه للتشبع . وقد يؤدي الإفراط في إضافة حمض الكبريتيك للسيطرة على رواسب الكربونات إلى تكوّن رواسب كبريتات الكالسيوم أو كبريتات الباريوم أو كبريتات السترونتيوم على الغشاء.
• مضادات الترسبات قبل الترشيح: تعمل مثبطات الترسبات (المعروفة أيضًا بمضادات الترسبات) على منع تكوّن طبقات أكثر من تلك التي يمنعها الحمض، الذي يقتصر دوره على منع تكوّن طبقات كربونات الكالسيوم وفوسفات الكالسيوم . إضافةً إلى تثبيط تكوّن طبقات الكربونات والفوسفات، تعمل مضادات الترسبات على تثبيط تكوّن طبقات الكبريتات والفلورايد، كما تعمل على تشتيت الغرويات وأكاسيد المعادن. على الرغم من الادعاءات بأن مضادات الترسبات قادرة على تثبيط تكوّن السيليكا ، إلا أنه لا يوجد دليل قاطع يثبت أن بلمرة السيليكا تُثبّط بواسطة هذه المضادات. تستطيع مضادات الترسبات التحكم في الترسبات القابلة للذوبان في الأحماض بجرعة أقل بكثير من الجرعة المطلوبة للتحكم في نفس الترسبات باستخدام حمض الكبريتيك. ^{[ 35 ]}
• تستخدم بعض وحدات تحلية المياه الصغيرة "آبار الشاطئ"، التي تُحفر عادةً على شاطئ البحر. تتميز هذه المرافق بسهولة بنائها، وتُعالج مياه البحر التي تجمعها مسبقًا عبر ترشيح بطيء من خلال طبقات الرمال/قاع البحر تحت السطح. غالبًا ما تكون مياه البحر الخام المجمعة باستخدام آبار الشاطئ ذات جودة أفضل من حيث المواد الصلبة والطمي والزيوت والشحوم والملوثات العضوية والكائنات الدقيقة، مقارنةً بمآخذ مياه البحر المفتوحة. كما قد توفر مآخذ الشاطئ مياهًا مصدرية ذات ملوحة أقل.

تدفع المضخة عالية الضغط الماء عبر الغشاء. تتراوح الضغوط النموذجية للمياه قليلة الملوحة بين 1.6 و2.6 ميجا باسكال (225 إلى 376 رطل لكل بوصة مربعة). أما في حالة مياه البحر، فتتراوح بين 5.5 و8 ميجا باسكال (800 إلى 1180 رطل لكل بوصة مربعة). يتطلب هذا الأمر طاقة كبيرة. وعند استخدام تقنية استعادة الطاقة، يُنجز جزء من عمل المضخة عالية الضغط بواسطة جهاز استعادة الطاقة، مما يقلل من استهلاك الطاقة.

تتكون وحدة الأغشية من وعاء ضغط مزود بغشاء يسمح بدفع مياه التغذية نحوه. يجب أن يكون الغشاء قويًا بما يكفي لتحمل الضغط. تُصنع أغشية التناضح العكسي بأشكال متنوعة، وأكثرها شيوعًا هما الأغشية الحلزونية والأغشية الليفية المجوفة .

لا يمر عبر الغشاء سوى جزء من الماء المضخوخ إليه. أما "المحلول المركز" المتبقي فيمر على الجانب المالح من الغشاء، ويطرد الملح والشوائب الأخرى. تُعرف نسبة الماء المُحلى بـ"نسبة الاستخلاص". وتختلف هذه النسبة باختلاف الملوحة ومعايير تصميم النظام: عادةً 20% لأنظمة مياه البحر الصغيرة، و40% إلى 50% لأنظمة مياه البحر الأكبر، و80% إلى 85% للمياه قليلة الملوحة. ويكون تدفق المحلول المركز عادةً أقل بمقدار 3 بار/50 رطل لكل بوصة مربعة من ضغط التغذية، وبالتالي يحتفظ بجزء كبير من الطاقة المُدخلة.

تعتمد نقاوة المياه المحلاة على ملوحة المياه المغذية، ونوع الغشاء المستخدم، ونسبة الاستخلاص. وللحصول على نقاوة أعلى، يمكن إضافة دورة ضخ ثانية، وهو ما يتطلب عادةً دورة ضخ إضافية. تتراوح النقاوة، المُعبر عنها بإجمالي المواد الصلبة الذائبة، عادةً بين 100 و400 جزء في المليون (ppm أو mg/lt) في مياه البحر المغذية. ويُعتبر مستوى 500 جزء في المليون الحد الأعلى لمياه الشرب، بينما تُصنف إدارة الغذاء والدواء الأمريكية المياه المعدنية على أنها مياه تحتوي على 250 جزء في المليون على الأقل.

يمكن أن يؤدي استعادة الطاقة إلى خفض استهلاك الطاقة بنسبة 50% أو أكثر. ويمكن استعادة جزء كبير من الطاقة المُدخلة من تدفق المُركّز، كما أن زيادة كفاءة أجهزة استعادة الطاقة تُقلل بشكل كبير من متطلبات الطاقة. الأجهزة المستخدمة، حسب ترتيب اختراعها، هي:

• التوربين أو عجلة بيلتون : توربين مائي يُدار بتدفق المحلول المركز، ويتصل بعمود إدارة المضخة، ويوفر جزءًا من الطاقة المدخلة. وقد استُخدمت محركات مكبسية محورية ذات إزاحة موجبة بدلاً من التوربينات في الأنظمة الأصغر.
• الشاحن التوربيني: توربين مائي يعمل بتدفق مركز، متصل مباشرة بمضخة طرد مركزي تعمل على زيادة ضغط الإخراج، مما يقلل الضغط المطلوب من المضخة وبالتالي مدخلات الطاقة الخاصة بها، ^{[ 36 ]} يشبه في مبدأ البناء الشواحن التوربينية لمحركات السيارات .
• مبادل الضغط : يستخدم تدفق المحلول المركز المضغوط، عبر التلامس المباشر أو بواسطة مكبس، لضغط جزء من تدفق تغذية الغشاء إلى ضغط قريب من ضغط تدفق المحلول المركز. ^{[ 37 ]} ثم تقوم مضخة معززة برفع هذا الضغط بمقدار 3  بار  /  50  رطل لكل بوصة مربعة عادةً ليصل إلى ضغط تغذية الغشاء. هذا يقلل من التدفق المطلوب من مضخة الضغط العالي بمقدار يساوي تدفق المحلول المركز، عادةً 60%، وبالتالي يقلل من استهلاكها للطاقة. تُستخدم هذه المبادلات على نطاق واسع في الأنظمة الكبيرة منخفضة الطاقة، حيث تستهلك 3 كيلوواط ساعة/م³ ^أو أقل من الطاقة.
• مضخة استعادة الطاقة : مضخة مكبسية ترددية . يُطبَّق تدفق المحلول المركز المضغوط على أحد جانبي كل مكبس للمساعدة في دفع تدفق تغذية الغشاء من الجانب المقابل. تُعد هذه المضخات من أبسط أجهزة استعادة الطاقة، إذ تجمع بين مضخة الضغط العالي واستعادة الطاقة في وحدة واحدة ذاتية التنظيم. وتُستخدم على نطاق واسع في الأنظمة الصغيرة منخفضة الطاقة، حيث لا تتجاوز قدرتها على استهلاك الطاقة 3  كيلوواط ساعة/ ^م³ .
• التشغيل الدفعي: لا تعاني أنظمة التناضح العكسي التي تعمل بحجم ثابت من السائل ( نظام مغلق من الناحية الديناميكية الحرارية) من هدر الطاقة في تيار المحلول الملحي، لأن الطاقة اللازمة لضغط سائل غير قابل للانضغاط تقريبًا (الماء) ضئيلة للغاية. تتمتع هذه الأنظمة بإمكانية الوصول إلى كفاءة تصل إلى 60% وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. ^{[ 1 ] [ 38 ] [ 39 ]} يمكن إنشاء هذه الأنظمة بطرق متعددة، بما في ذلك استخدام خزانات مضغوطة مزودة بمكابس ^{[ 38 ]} أو أغشية ^{[ 39 ]} ، أو خزانات منخفضة الضغط مزودة بوحدات تخزين الطاقة التقليدية. ^{[ 40 ]}

تُعالج المياه المُحلاة لضمان استقرارها وحماية خطوط الأنابيب وخزانات التخزين، وذلك عادةً بإضافة الجير أو الصودا الكاوية لمنع تآكل الأسطح المُبطنة بالخرسانة. يُستخدم الجير لضبط درجة الحموضة بين 6.8 و8.1 لتلبية مواصفات مياه الشرب، وذلك أساسًا للتطهير الفعال ومكافحة التآكل. قد يلزم إعادة التمعدن لتعويض المعادن التي أُزيلت من المياه أثناء التحلية، على الرغم من أن هذه العملية أثبتت أنها مكلفة وغير عملية لتلبية احتياجات الإنسان والنبات من المعادن الموجودة في المياه العذبة. فعلى سبيل المثال، تحتوي مياه شركة المياه الوطنية الإسرائيلية عادةً على مستويات من المغنيسيوم المذاب تتراوح بين 20 و25  ملغم/لتر، بينما لا تحتوي مياه محطة عسقلان على أي مغنيسيوم. وقد تسببت مياه عسقلان في ظهور أعراض نقص المغنيسيوم في المحاصيل، بما في ذلك الطماطم والريحان والزهور، مما استدعى معالجتها بالتسميد. وتشترط معايير مياه الشرب الإسرائيلية حدًا أدنى من الكالسيوم يبلغ 20  ملغم/لتر. تستخدم معالجة ما بعد التحلية في أسكيلون حمض الكبريتيك لإذابة الكالسيت (الحجر الجيري)، مما ينتج عنه تركيزات كالسيوم تتراوح من 40 إلى 46  ملغم/لتر، وهي أقل من 45 إلى 60  ملغم/لتر الموجودة في المياه العذبة الإسرائيلية النموذجية.

توفر عملية التطهير بعد المعالجة حماية ثانوية ضد تلف الأغشية والمشاكل اللاحقة. ويمكن استخدام التطهير بواسطة مصابيح الأشعة فوق البنفسجية (التي تُسمى أحيانًا بالتطهير الجرثومي أو البكتيري) لتعقيم مسببات الأمراض التي قد تفلت من عملية التناضح العكسي. كما تحمي عملية الكلورة أو الكلورامين (الكلور والأمونيا) من مسببات الأمراض التي قد تكون قد استقرت في نظام التوزيع في اتجاه المصب. ^{[ 41 ]}

تستهلك وحدات التناضح العكسي المنزلية كميات كبيرة من الماء نظرًا لانخفاض ضغطها العكسي. وتنتج هذه الوحدات عادةً لترًا واحدًا من الماء الصالح للاستخدام، بالإضافة إلى ما بين 3 و25 لترًا من مياه الصرف الصحي . ^{[ 42 ]} ويتم تصريف الكمية المتبقية، عادةً في المجاري. ونظرًا لأن مياه الصرف الصحي تحمل الملوثات المرفوضة، فإن استعادتها غير عملية في الأنظمة المنزلية. وعادةً ما تُنقل مياه الصرف الصحي إلى مصارف المنازل. كما أن وحدة التناضح العكسي التي تنتج 20 لترًا (5.3 جالون أمريكي ) من الماء المعالج يوميًا تُصرف أيضًا ما بين 50 و80 لترًا (13 و21 جالونًا أمريكيًا ) . وقد دفع هذا المحكمة الوطنية الخضراء في الهند إلى اقتراح حظر أنظمة تنقية المياه بالتناضح العكسي في المناطق التي يقل فيها إجمالي المواد الصلبة الذائبة في الماء عن 500 ملجم/لتر. وفي دلهي ، أدى الاستخدام الواسع النطاق لأجهزة التناضح العكسي المنزلية إلى زيادة إجمالي الطلب على المياه في إقليم العاصمة الوطنية الهندي الذي يعاني أصلًا من شح المياه . ^{[ 43 ]}     

تزيل تقنية التناضح العكسي كلاً من الملوثات الضارة والمعادن المفيدة. تشير بعض الدراسات إلى وجود علاقة بين الآثار الصحية طويلة الأمد واستهلاك المياه منخفضة الكالسيوم والمغنيسيوم ، على الرغم من أن هذه الدراسات ذات جودة منخفضة. ^{[ 44 ]}

بحسب المنتج المطلوب، قد يُعتبر تيار المذيب أو تيار المذاب في عملية التناضح العكسي نفايات. ففي تطبيقات تركيز الأغذية، يُعد تيار المذاب المركز هو المنتج، بينما يُعد تيار المذيب نفايات. أما في تطبيقات معالجة المياه، فيُصبح تيار المذيب ماءً نقيًا، بينما يُعد تيار المذاب نفايات مركزة. ^{[ 45 ]} يمكن استخدام تيار نفايات المذيب الناتج عن معالجة الأغذية كمياه مُستصلحة ، ولكن قد تكون خيارات التخلص من تيار نفايات المذاب المركز محدودة. قد تستخدم السفن مكبات النفايات البحرية ، وتستخدم محطات تحلية المياه الساحلية عادةً مصارف بحرية . وقد تتطلب محطات التناضح العكسي غير الساحلية أحواض تبخير أو آبار حقن لتجنب تلويث المياه الجوفية أو جريان المياه السطحية . ^{[ 46 ]}

تُجرى حاليًا دراسات على أغشية التناضح العكسي، وهي أغشية البولي أميد المركبة ذات الطبقة الرقيقة (TFC)، بهدف تحسين نفاذيتها. وباستخدام تقنيات تصوير حديثة، تمكن الباحثون من إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للأغشية ودراسة كيفية تدفق الماء عبرها. ووجدوا أن أغشية TFC ذات مناطق التدفق المنخفض تُقلل نفاذية الماء بشكل ملحوظ. ^{[ 47 ]} ومن خلال ضمان تجانس الأغشية والسماح بتدفق الماء باستمرار دون تباطؤ، يمكن تحسين نفاذية الغشاء بنسبة 30-40%. ^{[ 48 ]}

وقد بحثت الأبحاث في دمج التناضح العكسي مع التحليل الكهربائي لتحسين استخلاص المنتجات منزوعة الأيونات ذات القيمة، أو لتقليل أحجام المركزات.

يُعدّ نظام التناضح العكسي متعدد المراحل عالي الاستخلاص ومنخفض الضغط (LPHR) نهجًا آخر. يُنتج هذا النظام محلولًا ملحيًا مركزًا ومياهًا عذبة عن طريق تدوير الناتج بشكل متكرر عبر غشاء مسامي نسبيًا عند ضغط منخفض نسبيًا. تُزيل كل دورة شوائب إضافية. بمجرد أن يصبح الناتج نقيًا نسبيًا، يُمرر عبر غشاء تناضح عكسي تقليدي عند ضغط تقليدي لإتمام عملية الترشيح. وقد وُجد أن نظام LPHR مُجدٍ اقتصاديًا، حيث يستخلص أكثر من 70% من الناتج عند فرق ضغط تشغيل يتراوح بين 58 و65 بار، ولا يترك أكثر من 350 جزءًا في المليون من إجمالي المواد الصلبة الذائبة من مياه بحر تحتوي على 35000 جزء في المليون من إجمالي المواد الصلبة الذائبة.

تهدف أنابيب الكربون النانوية إلى إيجاد حل محتمل للمفاضلة المعتادة بين نفاذية أغشية التناضح العكسي وانتقائيتها. تتميز هذه الأنابيب بخصائص مثالية عديدة، منها: المتانة الميكانيكية، والألفة الإلكترونية، بالإضافة إلى مرونتها أثناء التعديل. ومن خلال إعادة هيكلة أنابيب الكربون النانوية وتغليفها أو تشريبها بمركبات كيميائية أخرى، يستطيع العلماء تصنيع هذه الأغشية لتتمتع بجميع الخصائص المرغوبة. ويكمن الأمل في أغشية أنابيب الكربون النانوية في إيجاد مزيج من النفاذية العالية للماء مع تقليل كمية المواد المذابة المتعادلة التي تُزال من الماء. وهذا من شأنه أن يُسهم في خفض تكاليف الطاقة وتكاليف إعادة التمعدن بعد التنقية عبر الغشاء. ^{[ 49 ]}

صُممت أغشية الجرافين للاستفادة من رقتها لزيادة الكفاءة. الجرافين عبارة عن طبقة واحدة من ذرات الكربون، لذا فهو أرق بنحو 1000 مرة من الأغشية الحالية. يبلغ  سمك أغشية الجرافين حوالي 100 نانومتر، بينما يبلغ سمك الأغشية الحالية حوالي 100  ميكرومتر. وقد أبدى العديد من الباحثين قلقهم بشأن متانة الجرافين وقدرته على تحمل ضغوط التناضح العكسي. وتشير الأبحاث الحديثة إلى أنه اعتمادًا على الركيزة (طبقة داعمة لا تقوم بالترشيح وتوفر الدعم الهيكلي فقط)، يمكن لأغشية الجرافين تحمل ضغط يصل إلى 57 ميجا باسكال، أي ما يعادل عشرة أضعاف الضغوط النموذجية لتناضح مياه البحر العكسي. ^{[ 50 ]}

قد توفر تقنية التناضح العكسي الدفعي كفاءة طاقة أعلى ، ومعدات أكثر متانة، وحدود ملوحة أعلى.

كان النهج التقليدي يفترض أن الجزيئات تعبر الغشاء بشكل فردي. وقد وضع فريق بحثي نظرية "الاحتكاك في المحلول"، التي تفترض أن الجزيئات تعبر في مجموعات عبر مسام عابرة. ويمكن أن يساعد توصيف هذه العملية في تطوير الأغشية. أما النظرية المقبولة فهي أن جزيئات الماء الفردية تنتشر عبر الغشاء، وهو ما يُعرف بنموذج "الانتشار في المحلول". ^{[ 51 ]}