فیلتر ممبران

فیلتر ممبران از چندین لایه نازک یا ورقه های فیلم که به هم فشرده شده اند و به صورت مارپیچ دور یک لوله پلاستیکی پیچانده شده اند، تشکیل شده است. مواد تشکیل دهنده ممبران از نوع مواد نیمه نفوذ پذیر یا نیمه تراوا میباشد که مانع عبور آلودگی های شیمیایی، املاح نا مطلوب، ویروس ها و باکتری ها میگردد. غشاء ممبران توانایی حذف املاح نا مطلوب موجود در آب تا ابعاد 0.0001 میکرون را دارد و آبی پاک و سالم در اختیار ما قرار میدهد.

نحوه عملکرد فیلتر ممبران

در طبیعت و رفتار طبیعی مولکول‌ها همیشه حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا از جایی که محلول رقیق‌تر است به جایی که محلول غلیظ تر است، نفوذ می‌کند، یعنی اگر ظرفی داشته باشیم که در یک سمت محلول غلیظ (مثلاً آب نمک غلیظ) و در طرف دیگر محلول رقیق (مثلا آب مقطر) داشته باشیم و بین آنها غشا نیمه تراوا باشد (این غشا دارای منافذی است که ملوکول آب می‌تواند از آن عبور کند ولی مولکول‌های نمک نمیتواند)، در این حالت آب که حلال است در حالت طبیعی از سمت آب مقطر به آب نمک غلیظ میرود و به این شکل آب نمک غلیظ به دلیل افزایش آب رقیق تر می‌شود و آب مقطر، آب از دست میدهد. به این فرایند در اصطلاح اسمز یا گذرندگی میگویند.

فیلتر اسمزی با اختلاف فشار و اختلاف غلظت کار می‌کند و با تشخیص فشار و غلظت انواع ناخالصی‌های موجود در آب جلو عبور ناخالصی‌ها را می‌گیرد. اگر بخواهیم بهتر توضیح دهیم تصور کنید آب و انواع باکتری‌ها قصد دارند از داخل ممبران عبور کنند. قطر مولکول آب 0.005 میکرومتر است و قطر باکتری موجود در آب 0.02 میکرومتر است. فضای متخلخل ممبران و سوراخ‌های موجود روی آن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تنها مولکول‌های آب از آن عبور کنند و بقیه ناخالصی‌ها که ابعاد بزرگتری دارند نمی‌توانند از داخل این ممبران عبور کنند و تنها آب خالص باقی می‌ماند.

انواع فیلتر ممبران

ممبران های صنعتی عموماً در دو سایز با قطر 4 اینچ و 8 اینچ تولید شده و انواع مختلفی از جمله برای آب دریا، آب لب شور، آب تصفیه شده شهری، نانوفیلتراسیون، مقاوم در برابر رسوب و… دارند. همچنین برای بازیابی پساب های صنعتی و شهری استفاده میشوند.

معیار اصلی در تعیین نوع ممبران مناسب میزان TDS است. همچنین ممبران ها بر اساس ظرفیت سیستم تصفیه، در ابعاد مختلفی عرضه میشوند. این ماژول ها را میتوان در قطر 2.5، 4 و 8 تهیه کرد. ماژول های 4 و 8 اینچ برای مصارف صنعتی هستند.

ممبران های صنعتی از مواد پلیمری مختلفی ساخته میشوند و از لحاظ شکل هندسی و مواد به کار رفته بسیار متنوع هستند. مهمترین فیلترهای ممبران عبارتند از:

ممبران لوله ای : از ترکیب پلی سلولز استات به شکل لوله ای به قطر 30-20 mm و با طول 250-200 cm ساخته شده است.

ممبران حلزونی شکل : از ترکیب پلی سلولز استات با ضخامت 100 میکرون ساخته شده است. دو یا سه لایه از این ممبران که در بین آنها تور پلاستیکی قرار داده شده را به دور یک لوله پلیمری مشبک و یا فولادی مشبک میپیچند و مجموعه را درون قاب قرار میدهند.

ممبران های الیافی : الیاف پلاستیکی مجوف از جنس پلی آمید هستند. یک دسته این الیاف شامل هزاران رشته از آن در درون یک قاب قرار میگیرند. آب از روی ممبران عبور و آب تصفیه شده به درون حفره طولی الیاف تراوش میکند و آب های تراوش شده به بیرون از قاب هدایت میشود.

نانوفیلتراسیون NF:

قابلیت حذف ذرات تا ابعاد حدود 0.001 میکرون را دارند که این نوع دارای حفره های ریز تری نسبت به میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون است که میتواند تمامی ذرات را حذف کند و باعث کاهش میزان قلیائیت در آب میشود که آب خروجی این ممبران خاصیت خورندگی خواهد داشت و میتوان با افزایش قلیائیت در آب خروجی خاصیت خورندگی آب را تا میزان قابل توجهی کاهش داد. ممبران های نانوفیلتراسیون قادر به حذف سختی آب نیز میباشد.

اولترافیلتراسیون UF:

قابلیت جداسازی ذرات تا ابعاد 0.002 تا 0.1 میکرون را در فشار کاری بین 30psi تا 100psi را دارد که علاوه بر حذف تمامی موادی که میکروفیلتراسیون آنها رو حذف میکند قادر خواهد بود بخش عمده ویروس ها رو حذف نماید که برای اطمینان بیشتر از حذف تمامی میکروارگانیسم ها استفاده از یک وسیله ضدعفونی کننده جانبی توصیه میشود.

میکروفیلتراسیون MF:

قابلیت حذف ذرات تا اندازه تقریبی 0.03 تا 10 میکرون از آب را در فشار پایین حدود 15psi تا 60psi را دارد که شامل شن، گل و لای، لجن، ماسه، جلبک و خاک و گونه های انگل و باکتری میباشد اما معمولا ویروس ها را نمیتواند حذف کند. هنگامی که یک وسیله ضدعفونی کننده جانبی استفاده شود تمامی میکروارگانیسم ها از جمله ویروس ها را حذف میکند. کاربرد دیگر این ممبران برای جلوگیری از تشکیل رسوب و کاهش سطح عملکرد و عمر این سیستم ها جلوگیری میکند.

معروف ترین برندهای فیلتر ممبران

1) ممبران فیلمتک (FILMTEC):

ساخت شرکت آمریکایی DOW میباشد. از پرکاربرد ترین ممبران های تصفیه آب صنعتی و نمک زدایی و تولید آب آشامیدنی شهری است. مناسب ترین فیلتر تصفیه آب صنعتی برای دستگاه های اسمز معکوس است که بالا ترین کارایی را در تصفیه آب های لب شور دارد. بسیار سازگار با انواع سیستم های اسمز معکوس (RO) و به دلیل داشتن تکنولوژی به روز غشای نیمه تراوا دارای طول عمر بسیار زیاد و بالا ترین کیفیت و خلوص آب تصفیه شده را نیز دارد که کلیه آلودگی های شیمیایی، املاح و شوری، نیترات و نیتریت، آرسنیک، جیوه، آلاینده های میکروبیولوژیکی، ویروس ها، باکتری ها، فلزات سنگین و سایر ناخالصی های موجود در آب را حذف میکند. بیشترین کاربرد را در تصفیه آب های صنعتی جهت تصفیه آب کارخانه های صنایع مختلف از جمله صنایع لبنی، داروسازی، آب معدنی، نساجی، بویلر ها، دیگ های بخار و سیم های سرمایی و گرمایی دارد.

2) ممبران CSM:

ممبران CSM برای تولید آب زلال از آب دریا، تولید آب فوق خالص برای شست و شوی قطعات الکترونیکی و اهداف پزشکی و دارویی، در صنایع و چرخه بازیافت فاضلاب و… میباشد. از کمپانی های معروف کشور کره جنوبی میباشد که فیلتر های ممبران با دقت و مقاومی را در ابعاد مختلف خانگی، نیمه صنعتی و صنعتی تولید میکند که مدل BE-RE9040 بسیار مناسب و با کیفیت برای انواع دستگاه های تصفیه آب صنعتی است. غشای فیلتر از جنس کامپوزیت پلی آمید است. ممبران صنعتی 14 اینچ CSM برای دستگاه تصفیه آب صنعتی و تصفیه آب های لب شور بسیار پر کاریرد است. املاح سخت و نمک و رسوبات به طور کامل حذف و آن را به آب شیرین ولرم تبدیل میکند.

3) ممبران TORAY:

کمپانی TORAY یکی از بزرگترین منابع شیمیایی ژاپن است که در زمینه تولید الیاف کربن، داروشناسی و علوم زیستی فعالیت میکند. این فیلتر جزو یکی از بهترین فیلتر های موجود در بازار بوده و از رقیبان فیلتر فیلمتک آمریکا میباشد. این فیلتر سختی آب را تا حد بالایی کاهش داده ودر بهبود عملکرد دستگاه نقش ویژه ای دارد. فیلتر ممبران تورای دارای چندین لایه غشاء کامپوزیتی خیلی نازک با دقت 0.0001 mm است. بیش از 98% ذرات را رد میکند و آبی زلال و شفاف در اختیار شما قرار میدهد. فیلتر تورای موفق به اخذ تأییدیه NSF تصفیه آب و Water Quality شده است که تأیید کیفیت بسیار بالای آن است. نسبت به فیلتر های دیگر از دوام بالایی برخوردار بوده. عمر طولانی دارد که حداقل آن 2 تا 3 سال است.

4) ممبران KEENSEN:

از جمله ممبران های صنعتی تولید کشور چین میباشد. برای تصفیه و نمک زدایی از آب های سطحی، زیرزمینی با غلظت نمک بین 2000 تا 8000 ppm استفاده میشود. به دلیل کیفیت و تکنولوژی برتر روز استفاده شده در طراحی و ساخت این ممبران از آن به طور گسترده در صنایع داروسازی، الکتریکی، شیمیایی و دیگر صنایع استفاده میشود. از مزیت های ممبران 8 اینچ کینسن میتوان به نرخ بالای دفع نمک، دبی بالای تولید شده و نرخ فولینگ پایین اشاره کرد.

5) فیلتر CCK:

ساخته شده در کشور تایوان که این برند دارای کارایی بسیار بالایی است و این فیلتر ها بیشتر برای خود دستگاه های CCK استفاده میشوند.

 

6) از سایر برندهای ممبران میتوان به :  ASPRINN، AQUA، FLUXTEK، NANOTEK، EASYWELL، SOFT WATER اشاره کرد.

ممبران اسمز معکوس RO

ممبران های اسمز معکوس تمامی مواد معدنی محلول در آب را به خوبی حذف میکنند و حتی قادرند رادیم، مواد آلی طبیعی، انگل، باکتری و ویروس ها را هم به طور کامل حذف کنند. اگر همزمان با چند روش دیگر تصفیه اب ترکیب شود اثر بخشی آن به حداکثر خواهد رسید. تصفیه آب نیمه صنعتی با روش RO در محل هایی که آب ورودی دارای مقادیر بیش از حد نرمال جامدات محلول میباشد مثل ادارات، سازمان ها و رستوران ها استفاده میشود.

ممبران صنعتی تمامی جامدات محلول (TDS) آب را کاهش میدهد. مانع عبور آلاینده هایی از قبیل نیترات و نیتریت، جیوه، آلاینده های میکروبیولوژیکی، آرسنیک، باکتری ها و ویروس ها، فلزات سنگین، انواع نمک ها و املاح را خواهد شد و آب خالص و سالم تنها ماده خروجی خواهد بود.

از جمله مهترین کاربردهای این فیلتر ممبران میتوان در دستگاه RO صنعتی جهت تصفیه آب کارخانه های مختلف مثل صنایع لبنی، داروسازی، آب معدنی و نوشابه، نساجی و ریسندگی، دیگ های بخار، سیم های سرمایی و گرمایی اشاره کرد.

انواع ممبران اسمز معکوس

ماژول های SW که برای تصفیه آب دریا مناسب هستند و ماژول های BW برای آب های شور کاربرد دارند.

مزایای استفاده از فیلتر ممبران صنعتی

• بصرفه و اقتصادی بودن سیستم اسمز معکوس نسبت به روش های دیگر.
• کاهش مصرف انرژی نسبت به روش های تقطیری
• عدم عبور باکتری، ویروس ها و مواد تب زا
• امکان بازگرداندن پساب حاصله به محیط زیست و یا استفاده مجدد از آب در دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس.
• دارای استانداردهای بین المللی می باشد.

راهکارهای افزایش طول عمر و نگهداری از ممبران صنعتی

مضرترین عامل از بین برنده فیلتر ممبران وجود کلر و سایر آلاینده هایی است که باعث اکسید شدن لایه های ممبران میشوند. برای جلوگیری از اکسید شدن لایه های ممبران باید از فیلتر های پیش تصفیه (فیلتر های الیافی و کربنی) مرغوب استفاده کرد.

صفحات مشبکی که بین لایه های ممبران قرار میگیرند و با ایجاد فضای بین لایه ها اجازه میدهند آب ورودی با عبور از سطح لایه ها به دو بخش آب تصفیه و پساب تقسیم شود، feed spacer گفته میشود. این لایه ها با ایجاد و اغتشاش در جریان آب باعث میشوند املاح آب به سطح ممبران نچسبیده و ایجاد رسوب و گرفتگی در ممبران نشود.

لایه غشایی کامپوزیتی فیلتر ممبران اصل عمدتا با این لایه و در برخی از انواع آن 13 لایه وجود دارد که کیفیت تصفیه را تا حدی بالا میبرد. حتی دقتی حدود 99% را دارند و میتوان اطمینان حاصل کرد که آب آشامیدنی خروجی بعد از تصفیه آبی بدون هیچگونه آلاینده و ناخالصی خواهد بود.

در صورتی که بیشتر از 24 ساعت از ممبران های اسمز معکوس استفاده نشود و آب داخل آنها راکد باقی بماند، میکروارگانیسم ها فعالیت بیولوژیکی خود را آغاز کرده و شدت پیدا میکند که در صورت تداوم و استمرار این گرفتگی بیولوژیکی به غشا آسیب خواهد رساند. برای جلوگیری از گرفتگی و تشکیل رسوب و تخریب، قبل از اینکه سیستم از سرویس خارج شود به طور کامل ممبران ها تمیز و پاک سازی شوند.

برای کاهش فعالیت میکروارگانیسم ها پاکسازی و نگهداری از ممبران های خارج از سرویس میتوان از یک محلول بیواستاتیکی یا بایوسایدی استفاده کرد مانند محلول احیا کننده بی سولفید سدیم یا محلول پایدار کننده فرمالوئید میتوان استفاده کرد که البته تمامی این عوامل احیا کننده برای نگهداری غشاء سازگار نخواهند بود و در مدت طولانی  بر روی کیفیت دستگاه اثر خواهد داشت. با توجه به اهمیت بسیار بالا در نگهداری و استفاده از ماده شوینده حتما می بایست در این کار از افراد متخصص و کارآزموده استفاده شود.

با توجه به اینکه هر چه ممبران مرغوب تر باشد مقاومت آن در مقابل سختی آب بیشتر و طول عمر بیشتری خواهد داشت. با اندازه گیری میزان سختی (TDS) آب ورودی به سیستم و خروجی از آن و مقایسه با یکدیگر چنانچه که اعداد دارای اختلاف زیادی نباشند، عملکرد ممبران دچار اختلال شده و باید تعویض گردد.

برای ارتقا و بازدهی بیشتر طول عمر فیلترهای ممبران استفاده از سیستم پیش تصفیه الزامی میباشد که رسوب گذاری و تخریب ممبران را به حداقل رسانده و کیفیت آب خروجی را افزایش میدهد، همچنین هزینه های تعمیر و نگهداری دستگاه را کاهش خواهد داد.

با تعویض به موقع فیلتر های پیش تصفیه میتوان استفاده بهینه ای از فیلتر ممبران داشت. جهت افزایش طول عمر ممبران حداکثر دمای آب ورودی به آن نباید از 45 درجه بالاتر برود که میتوان برای نگهداری بهتر و جلوگیری از تخریب و آسیب دیدگی به ممبران میزان PH آب ورودی در محدوده 2 تا 12 تنظیم شود.

رسوب گیری ممبران‌ها

از مهمترین عوامل کاهش عمر و تخریب فیلتر ممبران تصفیه آب صنعتی رسوب گیری میباشد که به دلیل املاح موجود (نمک ها و منیزیم) در آب ورودی به دستگاه به وجود می آید که حذف نمک یکی از پارامتر های مهم در توانایی دستگاه برای خروج آب با کیفیت و خالص میباشد. حدود 95 یا 99 درصد حذف نمک مطلوب برای یک سیستم آب شیرین کن میباشد. هرچه این مقدار کمتر باشد فیلتر صنعتی ما نیازمند شست و شو و تعویض میگردد. برای بهبود طول عمر ممبران شست و شو اهمیت ویژه ای دارد که میتوان با تزریق دوز مشخصی از یک ماده ضد رسوب یا آنتی آسکالانت انجام گردد.

زمان تعویض فیلتر ممبران به چندین پارامتر وابسته میباشد. از مهمترین این پارامترها میتوان به میزان مصرف، کیفیت آب ورودی، عملکرد دستگاه و کیفیت و ساخت خود فیلتر اشاره کرد. با انجام ندادن تعویض به موقع و شست و شوی فیلتر محیط مناسبی برای تغذیه و رشد باکتری ها، انگل ها و سایر میکروارگانیسم ها فراهم شده و مشکلات جدی در سلامت آب ایجاد خواهد کرد و به مرور زمان باعث وارد آمدن خسارت و تخریب فیلتر خواهد شد.

ضمن تأکید به شست و شو و تعویض به موقع فیلتر ها توصیه کارشناسان این است که حتما از فیلتر هایی استفاده کنید که دارای تأییدیه های جهانی NSF و WQA باشد. کلر در تماس با ممبران به شدت طول عمر ممبران را کاهش میدهد که میزان صدمه به میزان غلظت کلر آزاد و مدت زمان در تماس بستگی دارد. با بالا رفتن زمان تماس کلر با ممبران صنعتی ما شاهد کاهش ممانعت عبور نمک و افزایش دبی آب تصفیه خروجی خواهیم بود. در اینصورت توصیه میشود تمامی ممبران های دستگاه تعویض شوند حتی اگر دستگاه آب شیرین کن 2 مرحله ای باشد و آب حاوی کلر آزاد از مرحله اول به مرحله دوم نفوذ کرده باشد با ظهور علائم ممبران های مرحله دوم نیز باید تعویض گردند.

تعویض ممبران

به طور متوسط حداکثر هر شش ماه یک بار به طور مرتب بهترین زمان برای تعویض فیلتر های الیافی میباشد که در واقع این زمان حداکثر عمر مفید این فیلتر ها است. البته ذکر این نکته ضروری میباشد، در مناطقی که آلاینده های معلق موجود در آب بیشتر هستند و کیفیت آب پایین تر میباشد؛ این فیلتر ها زود تر از شش ماه نیاز به تعویض خواهند داشت.

از جمله مهمترین دلایل گرفتگی ممبران آب شیرین کن گرفتگی بیولوژیکی که در اثر رسوب میکروارگان ها روی سطح ممبران و گرفتگی شیمیایی که در اثر رسوب املاح روی سطح غشاء ایجاد میشود. از علائم گرفتگی بیولوژیکی افت شدید دبی و فشار در دو سطح ممبران است در حالی که میزان EC افزایش چندانی نداشته است. تعیین زمان مناسب شست و شو و تعویض ممبران های آب شیرین کن صنعتی به نوع اب خام ورودی و نوع رسوب بستگی پیدا میکند که به طور معمول بین 4 تا 6 ماه توصیه میشود. اگر کیفیت آب خام بالا باشد تا یک سال هم دستگاه نیاز به شست و شو نخواهد داشت. به طور کلی هر زمان که تولید آب دستگاه حدود 10 درصد کاهش پیدا کرد، ممبران به شست و شو نیاز دارد.

از جمله نکاتی که هنگام شست و شو ممبران باید مورد توجه قرار گیرد، تشخیص نوع گرفتگی، انتخاب ماده شوینده مناسب و نگه داشتن ثابت PH آب در طول مدت شست و شو را میتوان گفت. بعد از شست و شو دستگاه در حالت فلاشینگ به مدت 20 تا 30 قرار داده شود تا ذرات سست شده توسط محلول شیمیایی به طور کامل جدا شوند. اگر رسوب و گرفتگی شدید باشد مراحل شست و شو باید چندین بار تکرار شود.

چنانچه شست وشو و تعویض ممبران مناسب و به موقع صورت نگیرد با کاهش شدید راندمان و دبی خروجی، کاهش عمر ممبران، مصرف بالای ماده ضد رسوب و بالا رفتن هزینه های نگهداری دستگاه مواجه خواهیم شد. برای حفظ بازدهی و افزایش عمر ممبران از رسوب املاح روی  آن جلوگیری به عمل آورد که میتوان قبل از ورود آب به ممبران ماده شیمیایی ضد رسوب به آب تزریق کرد. این ماده آنتی اسکالانت نام دارد. نوع و کیفیت ماده ضد رسوب در افزایش طول عمر ممبران بسیار تعیین کننده خواهد بود.