فیلتر ممبران، که به عنوان فناوری غشایی 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 عبور 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. در این مطلب به طور کامل توضیح می‌دهیم که فیلتر ممبران چیست و انواع آن کدام است.
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 می‌کنیم مقاله روش شست و شوی ممبران های سیستم اسمز معکوس RO را مطالعه کنید.
اجزای فیلتر ممبران چیست؟
در ادامه به معرفی اجزای فیلتر ممبران می‌پردازیم:
1. 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 تقسیم میکند؛ 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. 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.
2. اسپایرال وایند (Spiral Wound)
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 شده اند.
3. لوله مرکزی
این لوله که در مرکز فیلتر قرار دارد وظیفه جمع آوری آب تصفیه شده ای که از لایه های ممبران عبور کرده را دارد و آب تصفیه شده (permeate) از سیستم خارج میشود.
4. 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 افزایش یافته و عمر مفید غشا نیز بیشتر میشود.
5. آداپتورها
این اجزا که در دو انتهای ممبران قرار دارند، به اتصال ممبران به سایر بخش‌های سیستم کمک میکنند. آداپتورها در حفظ استحکام و یکپارچگی ممبران نقش مهمی دارند. 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.
محصول پیشنهادی: فیلتر پرس
6. اورینگ‌ها
به منظور جلوگیری از نشت آب بین اجزای گوناگون غشا و محفظه ممبران از اورینگ ها استفاده میشود. برای مقاومت در برابر شرایط عملیاتی سخت و همچنین مواد خورنده این اجزا از مواد شیمیایی ساخته شده اند.
7. محفظه ممبران
وظیفه نگه داری و حفاظت از غشا ها برعهده محفظه می باشد و همچنین آب خوراک از این طریق به غشا ها وارد میشود معمولا 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 چیست؟
فیلتر ممبران انواع مختلفی دارد که شامل موارد زیر هستند.
1. اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس از دقیق‌ترین غشاها برای جداسازی مایعات استفاده میکند. قادر به حذف ذرات به اندازه 0001/0 میکرون می باشد به طور کلی، تنها ماده‌ای که می‌تواند از غشا عبور کند، آب است. و غشای اسمز معکوس از جنس TFC (Thin Film composite) است.
محصول پیشنهادی: دستگاه اسمز معکوس
2. نانو فیلتراسیون (NF)
نانو فیلتراسیون 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.
3. 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.
4. میکرو فیلتراسیون (MF)
در میکرو فیلتراسیون، معمولاً تنها مواد معلق، باکتری‌ها و گلبول‌های چربی نمی‌توانند از غشا عبور کنند. و معمولا 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.
عملکرد فیلتر ممبران در تصفیه آب
جریان ورودی باید به صورت مایع باشد، مایعات درحد مولکولی قابل جداسازی هستند. در فیلتراسیون جریان متقاطع آب در سطح فیلتر ممبران جریان می یابد. اندازه منافذ فیلتر ممبران نشان میدهد که چه مولکول هایی توسط آن به دام می افتند و کدامیک از آن عبور میکنند. به بیان دیگر اندازه منافذ، نوع محصول را مشخص میکند. جریان آب تصفیه نشده با مولکول های 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 لایه های متعددی تشکیل شده است و تمام لایه ها به لوله آب تصفیه شده مرکزی متصل هستند.
عمر فیلتر ممبران چقدر است؟
پارامتر Flow Factor معمولاً به عنوان معیاری برای ارزیابی عملکرد ممبران در سیستم‌های تصفیه آب به‌کار می‌رود. وقتی که این پارامتر به کمتر از 0.6 رسید، ممکن است نشان‌دهنده این باشد که زمان تعویض ممبران فرا رسیده است. پارامترهایی مانند میزان مقدار کلر در آب، رسوب گذاری روی ممبران، گرفتگی ممبران ها به علت وجود ذرات معلق و … از عوامل موثر بر زمان تعویض ممبران ها 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.
مقاله پیشنهادی: انواع پارچه فیلتر پرس
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.
