فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration) ، فیلتراسیون غشائی از انواع فیلتراسیون مکانیکی است که فرایند غالب حذف در آن، صاف سازی مکانیکی بر پایه اندازه قطر مواد می باشد. بطور خلاصه جریان ورودی در این فیلترها به دو بخش اصلی جریان خروجی تصفیه شده و پساب تغلیظ شده تفکیک می گردد.


این فرآیند به عبور تحت فشار آب پیش تصفیه شده از یک غشاء جهت حذف ذرات با اندازه مشخص گفته می شود. یک غشاء ساختار کاغذ مانند خیلی نازکی دارد. با استفاده از غشاها می توان سطحی از تصفیه را انجام داد که با سطح تصفیه خانه های متعارف قابل مقایسه باشد. تصفیه به وسیله غشاء یکی از بهترین فناوری های تصفیه جهت دستیابی به خواسته ها و مقررات کنونی و مورد انتظار SDWA می باشد، این روش قادر است بیشتر الاینده های قانونمند را از آب حذف نماید.
علیرغم وجود معیارهای مختلف جهت تقسیم بندی غشاها از جمله نحوه ساخت، استقرار، جنس و نیروی محرک جریان، عمده ترین تقسیم بندی در فیلترهای غشائی مطابق با جدول ارائه شده، بر اساس فشار عملکرد و قطر منافذ غشاها می باشد.

جدول- انواع فرآیندهای غشایی و محدوده فشار اعمالی و اندازه منافذ



اصول عملكرد غشاء


فیلتراسیون غشایی به جداسازی تركیبات مایع به وسیلۀ غشاهایی كه اندازۀ منافذ آن ها كنترل شده است گفته می شود كه محلول خوراك توسط یك نیروی محرك از داخل غشاء عبور داده می شود.
در جداسازی غشایی جریان ورودی به طور موازی از سطح غشاء عبور می كند و نحوه نفوذ به داخل غشاء جریانی عمودی دارد. لذا فیلتراسیون باید در یك سیستم بسته انجام شود.بنابراین فرایند جداسازی غشایی بر مبنای نفوذ انتخابی یك یا چند جزء از ازای مخلوط مایع به درون غشاء و عبور از آن استوار است.
غشاها می توانند در فرایندهای تغلیظ و یا جزء جزء كردن برای تولید دو جریان مایع با خصوصیات متفاوت مورد استفاده قرار گیرند.
جریان باقیمانده در پشت غشاء تحت عنوان ته مانده یا تغلیظ شده و قسمتی از خوراك كه از غشاء عبور می كند نفوذی یا تراویده نامیده می شود.

 

شکل- انواع روش های فیلتراسیون غشایی

 

ساختار غشاها


غشاها به شکل ساختارهای فیبری میان تهی نازک (Hollow Fiber) بوده و یا اینکه به شکل ساختارهای مارپیچی مانند ( Spiral Wound) هستند که از استات سلولز و مواد مصنوعی مثل پلی پروپیلن یا پلی فورون ساخته شده اند.

- غشاهای فیبری میان تهی نازک


به شکل ساختار لوله ای مو مانند میان تهی نازک هستند که به آن فیبر گفته می شود. فیبر به شکلU پیچ داده می شود. هزاران عدد ازاین فیبرهای U مانند به شکل دسته ای از فیبر در آمده و در داخل آوندهای لوله ای تحت فشار قرار داده می شوند که این کار باعث افزایش بیش از حد سطح صاف سازی می شود، این آوندها تحت فشار (لوله ها) باعث می شوند تا سیستم غشایی فیبر میان تهی بسیار فشرده و کارآمد شود. آب از میان غشاء عبور کرده و قسمت تغلیظ شدة (باقیمانده یا زائد) آن در قسمت ورودی بر جا مانده و قسمت دیگر این آب که آب که آب صاف شده است و به آن آب تراوشی هم گفته می شود به سمت دیگر غشاء راه می یابد.

 


شکل- غشاء فیبر میان تهی نازک


جریان آب در غشاء می تواند از داخل به بیرون و یا از بیرون به داخل باشد. در صورتی که جهت جریان از سمت داخل به بیرون غشلء باشد به آن جریان عرضی گفته می شود و اگر جهت جریان از سمت بیرون به داخل غشاء باشد به آن جریان متقاطع گفته می شود.
در نوع جریان عرضی، قسمت تغلیظ شده در سمت داخل بوده و بخش نفوذی در قسمت بیرونی غشاء است در حالیکه در نوع جریان متقاطع عکس این حالت برقرار است یعنی بخش تغلیظ شده در قسمت بیرونی و قسمت نفوذی در سمت داخلی غشاء می باشد.

- غشاهای مارپیچی


به شکل صفحة مسطحی هستند که حول یک لولۀ مرکزی پیچیده شده و آب نفوذی را جمع آوری می کنند. این صفحه یک غشاء فعال در سمت بیرونی داشته و یک نگهدارندۀ فیبری ضخیم یا پوششی در قسمت زیرین دارد.
معمولاً دو غشاء از قسمت پشت به پشت به هم متصل می شوند که بین آنها یک جدا کننده وجود دارد. این واحدها را به هم پیچیده و عنصر غشاء اصلی را ایجاد می کنند. عناصر غشایی را هم داخل استوانه ای تحت فشار قرار می دهند.

 


شکل- غشاء مارپیچی

 

 


طبقه بندی غشاها بر اساس نیروی محرک


انجا م عملیات جداسازی در فرآیندهای غشایی همواره توسط یك نیروی محرك انجام می پذیرد كه این نیروی محرك می تواند عواملی نظیر فشار،غلظت،پتانسیل شیمیایی، پتانسیل الكتریكی و دما باشد كه برای عبور خوراك از میان غشاءاستفاده می شود.
فشار : از فشار هیدرولیكی جهت وارد كردن نیرو به مولكول های آب برای عبور از غشاء استفاده می شود.
پتانسیل الكتریكی : از جریان الكتریكی برای عبور دادن یون ها از میان غشاء استفاده می شود و آب خالص پشت غشاء باقی می ماند.

جدول- طبقه بندی غشاها بر اساس نیروی محرك

با وجود اختلاف نیروی محرك و همچنین تفاوت در اندازه ی منافذ غشاها هریك از فرآیندهای جدول قبل كاربرد های خاص خود را پیدا می كنند به طور مثال:
MF : به منظور حذف كدورت، جامدات معلق، ویروس، رنگ و برخی مواد آلی.