فیلتر ممبران، که به عنوان فناوری غشایی نیز شناخته می‌شود، یکی از پیشرفته‌ترین روش‌ها برای جداسازی و تصفیه مایعات و گازها است. این فناوری به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله تصفیه آب، صنایع غذایی و دارویی، و همچنین در فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. فناوری غشاء شامل فرآیندهای علمی است که در ساخت و کاربرد غشاها استفاده می‌شود.
غشاها برای تسهیل انتقال یا رد مواد بین محیط‌ها و جداسازی مکانیکی جریانات گازی و مایع به کار می‌روند. در ساده‌ترین حالت، فیلتر کردن زمانی حاصل می‌شود که حفره‌های غشاء کوچک‌تر از قطر ماده نامطلوب، مانند میکروارگانیسم‌های مضر، باشند. فناوری غشاء به‌طور گسترده‌ای در صنایعی مانند تصفیه آب، پردازش شیمیایی و فلزی، داروسازی، بیوتکنولوژی و صنایع غذایی و همچنین حذف آلاینده‌های محیطی استفاده می‌شود.
فیلتر ممبران چیست؟
فیلتر کردن با غشاء یک فرآیند جداسازی فیزیکی است که در آن نیروی محرکه، تفاوت فشار بین دو طرف یک غشاء ویژه میباشد. این فرآیند با توانایی جداسازی مولکول‌های با اندازه‌ها و ویژگی‌های متفاوت مشخص می‌شود. تقریباً تمام فیلتر کردن غشاء در صنعت به‌صورت فیلتر کردن با جریان متقاطع انجام می‌شود، جایی که مایع در حال فیلتر شدن با سرعت بالا و تحت فشار، موازی با غشاء جریان دارد. این روش کارایی بالایی در جداسازی مواد مختلف فراهم می‌آورد.
*پیشنهاد می شود از صفحه خرید آب شیرین کن صنعتی دیدن فرمایید.
اجزای فیلتر ممبران
غشا (مانع فیزیکی)
به طور ساده، فیلتر کردن با غشاء شامل عبور یک جریان تغذیه واحد از یک سیستم غشاء است که آن را به دو جریان مجزا permeate به مایع یا محلولی اشاره دارد که پس از عبور از غشای فیلتر، از آن خارج می‌شود و retentate به مایعی اطلاق می‌شود که پس از فرآیند فیلتراسیون در سمت ورودی غشا باقی می‌ماند و نمی‌تواند از غشا عبور کند، تقسیم می‌کند. غشای جداکننده این دو جریان، یک مانع فیزیکی با ویژگی‌های بسیار تخصصی است که فقط به برخی از اجزای انتخاب‌شده در جریان تغذیه اجازه عبور می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود که غشاء به‌عنوان ابزاری مؤثر برای جداسازی مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
اسپایرال وایند
جهت بالا بردن سطح تماسی که بین ممبران ها و آب به وجود آید و همچنین افزایش کارایی سیستم، طراحی ممبران ها به صورت حلقوی یا دورانی در اطراف لوله مرکزی پیچیده شده‌اند.
لوله مرکزی
این لوله که در مرکز فیلتر قرار دارد وظیفه جمع آوری آبی تصفیه شده‌ای که از لایه‌های ممبران عبور کرده را دارد و آب تصفیه شده (permeate) از سیستم خارج می‌شود.
شبکه جریان
شبکه‌ای که بین لایه‌های ممبران قرار میگیرد، به توزیع یکنواخت آب خوراک در سراسر سطح غشا کمک می‌کند. این شبکه از گرفتگی غشا جلوگیری کرده و به حفظ عملکرد بهینه آن کمک می‌کند. همچنین، با ایجاد توزیع یکنواخت فشار، تضمین می‌کند که تمامی نواحی غشا به طور مؤثر در فرآیند جداسازی مشارکت کنند. به این ترتیب، کارایی سیستم اسمز معکوس افزایش‌یافته و عمر مفید غشا نیز بیشتر می‌شود.
آداپتورها
این اجزا که در دو انتهای ممبران قرار دارند، به اتصال ممبران به سایر بخش‌های سیستم کمک می‌کنند. آداپتورها نقش مهمی در حفظ استحکام و یکپارچگی ممبران ایفا می‌کنند. آنها اطمینان حاصل می‌کنند که ممبران به درستی در محل خود ثابت شده و از نشتی یا خرابی در نقاط اتصال جلوگیری می‌کنند. این اتصال محکم و مطمئن به بهینه‌سازی عملکرد سیستم و افزایش کارایی فرآیند جداسازی کمک می‌کند.
اورینگ‌ها
به منظور جلوگیری از نشت آب بین اجزای گوناگون غشا و محفظه ممبران از اورینگ‌ها استفاده می‌شود. برای مقاومت در برابر شرایط عملیاتی سخت و همچنین مواد خورنده این اجزا از مواد شیمیایی ساخته شده‌اند.
محفظه ممبران
وظیفه نگهداری و حفاظت از غشا ها برعهده محفظه می باشد و همچنین آب خوراک از این طریق به غشا ها وارد می‌شود معمولاً این محفظه از جنس فولاد ضد زنگ یا پلاستیک‌های مقاوم ساخته می‌شود. این اجزا به صورت یکپارچه و هماهنگ برای تولید آب با کیفیت بالا با یکدیگر کار می‌کنند.
انواع فیلتر ممبران
اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس یا آب شیرین کن صنعتی از دقیق‌ترین غشاها برای جداسازی مایعات استفاده می‌کند. قادر به حذف ذرات به‌اندازه ۰۰۰۱/۰ میکرون می باشد به طور کلی، تنها ماده‌ای که می‌تواند از غشا عبور کند، آب است و جنس غشای اسمز معکوس TFC (Thin Film composite) است.
نانوفیلتراسیون (NF)
نانوفیلتراسیون فرآیندی با دقت کمتر از اسمز معکوس است و از غشاهای کمی بازتر استفاده می‌کند. در این روش، یون‌های کوچک می‌توانند عبور کنند، در حالی که یون‌های بزرگ‌تر و بیشتر اجزای آلی حذف می‌شوند.
اولترا فیلتراسیون (UF)
اولترا فیلتراسیون از غشاهایی با روزنه‌های بزرگ‌تر استفاده می‌کند و فشار نسبتاً پایینی دارد. در این روش، نمک‌ها، قندها، اسیدهای آلی و پپتیدهای کوچک عبور می‌کنند، اما پروتئین‌ها، چربی‌ها و پلی‌ساکاریدها نمی‌توانند از آن عبور کنند و قابل استفاده در سیستم های پیش تصفیه RO و NF میباشد.
میکرو فیلتراسیون (MF)
در میکرو فیلتراسیون، معمولاً تنها مواد معلق، باکتری‌ها و گلبول‌های چربی نمی‌توانند از غشا عبور کنند و معمولاً از جنس پلی پروپیلن می باشد.
این فرآیندها هر کدام برای جداسازی مواد مختلف و کاربردهای خاص طراحی شده‌اند و به بهبود کیفیت آب و سایر مایعات کمک می‌کنند.
*بیشتر بخوانید: روش شست و شوی ممبران های سیستم اسمز معکوس RO چگونه است؟
آلاینده‌های قابل حذف توسط ممبران‌ها
| آلاینده‌های قابل حذف | نوع ممبران |
| ذرات معلق، باکتری‌ها، برخی انگل‌ها | Microfiltration (MF) |
| ویروس‌ها، پروتئین‌ها، روغن، کدورت، باکتری‌ها | Ultrafiltration (UF) |
| یون‌های چندظرفیتی، ترکیبات آلی، فلزات سنگین، نیترات تا حدودی | Nanofiltration (NF) |
| نمک‌های محلول، فلزات سنگین، نیترات، سولفات، آفت‌کش‌ها، داروها | Reverse Osmosis (RO) |
عملکرد فیلتر ممبران در تصفیه آب
جریان ورودی باید به صورت مایع باشد، مایعات در حد مولکولی قابل جداسازی هستند. در فیلتراسیون جریان متقاطع آب در سطح فیلتر ممبران جریان می‌یابد. اندازه منافذ فیلتر ممبران نشان می‌دهد که چه مولکول‌هایی توسط آن به دام می‌افتند و کدامین از آن عبور می‌کنند به بیان دیگر اندازه منافذ نوع محصول را مشخص می‌کند.
جریان آب تصفیه نشده با مولکول‌های درشت در سطح ممبران جریان پیدا می‌کند بخشی از آب ورودی که وارد فیلتر ممبران می‌شود تصفیه خواهد شد اسپیسر جریان آب تصفیه شده را به سمت لوله مرکزی هدایت می‌کند. فیلتر ممبران از لایه‌های متعددی تشکیل شده است و تمام لایه‌ها به لوله آب تصفیه شده مرکزی متصل هستند.
*برای خرید بهترین فیلتر پرس های ایرانی، به صفحه خرید فیلتر پرس مراجعه فرمایید.
عمر فیلتر ممبران چقدر است؟
پارامتر Flow Factor معمولاً به عنوان معیاری برای ارزیابی عملکرد ممبران در سیستم‌های تصفیه آب به کار می‌رود. وقتی که این پارامتر به کمتر از ۰.۶ رسید، ممکن است نشان‌دهنده این باشد که زمان تعویض ممبران فرا رسیده است. پارامترهایی مانند میزان مقدار کلر در آب، رسوب‌گذاری روی ممبران، گرفتگی ممبران‌ها به علت وجود ذرات معلق و… از عوامل مؤثر بر زمان تعویض ممبران‌ها هستند. بهتر است به طور منظم کیفیت آب تصفیه شده و همچنین دیگر پارامترهای سیستم را بررسی کنید تا زمان مناسب برای تعویض ممبران را تعیین شود.
مزایا فیلتر
| مزیت | توضیح |
| حذف مؤثر آلاینده‌ها | توانایی بالا در حذف مواد معلق، باکتری‌ها، ویروس‌ها، نمک‌ها و فلزات سنگین. |
| کیفیت آب خروجی بالا | پساب تصفیه‌شده با ممبران‌ها معمولاً قابل استفاده مستقیم برای آبیاری و حتی مصارف صنعتی است. |
| فرآیند فیزیکی بدون مواد شیمیایی | نیاز کم به مواد افزودنی در مقایسه با روش‌های شیمیایی. |
| قابل اتوماسیون | قابلیت کنترل و مانیتورینگ با سیستم‌های هوشمند برای بهره‌برداری بهینه. |
معایب فیلتر ممبران
| معایب | توضیح |
| هزینه اولیه بالا | تجهیزات، نصب و راه‌اندازی سیستم‌های ممبران نسبتاً پرهزینه است. |
| نیاز به پیش‌تصفیه دقیق | ممبران‌ها به گرفتگی (فولینگ) بسیار حساس‌اند، بنابراین آب ورودی باید تا حد زیادی عاری از ذرات درشت و چربی‌ها باشد. |
| مصرف انرژی نسبتاً زیاد | به‌ویژه در اسمز معکوس (RO)، فشار بالا برای عبور آب از ممبران نیاز است. |
| نیاز به نگهداری تخصصی | ممبران‌ها نیاز به شستشو و تعویض دوره‌ای دارند. |
| تولید جریان پسماند (Reject) | مزایا و معایب فیلتر ممبران در جداول زیر آورده شده است:بخشی از آب به‌عنوان پساب غلیظ از سیستم خارج می‌شود که نیاز به مدیریت دارد. |
نکاتی در طراحی و ساخت سیستم ممبران
- پیش‌تصفیه مؤثر: استفاده از فیلتر شنی، کربنی و مواد منعقدکننده برای جلوگیری از Fouling
- طراحی فشار و دما: انتخاب ممبران باتحمل مناسب برای فشار مثلاً ۶-۴ بار برای UF و تا ۷۰ بار برای RO
- نوع جریان: سیستم‌های جریان متقاطع (Cross-flow) باعث کاهش گرفتگی و افزایش طول عمر ممبران می‌شوند.
- بازیابی آب (Recovery rate): معمولاً بین ۴۵ تا ۸۵ درصد، بسته به کیفیت ورودی.
- مواد سازنده ممبران: پلی سولفون، پلی‌اترسولفون، پلی‌آمید و… بر اساس نوع کاربرد انتخاب می‌شود.
- سیستم شست‌وشوی شیمیایی (CIP): برای افزایش عمر مفید ممبران‌ها و حفظ عملکرد سیستم ضروری است.
*در ادامه بخوانید: تفاوت تصفیه فاضلاب SBR ، MBR و MBBR چیست؟
سخن پایانی
در این مطلب توضیح دادیم که فیلتر ممبران چیست و از چه اجزایی تشکیل شده است. تصفیه آب و فاضلاب یکی از چالش های قرن اخیر بوده است که در سطحی پیشرفته‌تر نسبت به گذشته با آن روبرو میشویم. ورود انواع آلاینده به بدنه های آبی، پیشرفته بشر در صنایع مختلف و تولید مواد شیمیایی جدید، نیازمند تغییر رویکرد تصفیه آب به سمت فناوری های نوین میباشد.
فناوری غشایی یکی از جدیدترین روش های مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب است و قادر است آبی با کیفیت بالا برای مصارف مختلف تولید نماید. فیلترهای ممبران، در سیستم های مختلفی همچون دستگاه های RO، اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون و غیره مورد استفاده قرار میگیرد و قادر است تا میزان طراحی شده، آب را از آلاینده های موجود در خود پاکسازی کند.
