نانو فیلتراسیون _ طراحی و عملکرد آرشیو مقالات

فیلتر لوله ای شکل

فیلترهای لوله ای شکل شبیه مبدل های گرمایی هستند که از پوسته ها و لوله ها تشکیل شده اند. فیلترهای لوله ای شکل دارای مجموعه ای از لوله های دارای سطح غشایی فعال درون خود می باشند. جریان داخل لوله به طور طبیعی دچار آشفتگی است که موجب کاهش قطبیت غلظت می شود اما هزینه های انرژی را افزایش می دهد.

لوله ها میتوانند مستقل باشند یا داخل لوله های فلزی سوراخ دار نصب شوند. این نوع طراحی ماژول برای نانوفیلتراسیون به علت میزان فشاری که قادر به تحمل هستند، محدود کننده است و بنابراین حداکثر فشار مایع برای این فیلترها محدود می گردد.

به علت هزینه های بالای انرژی و محدودیت فشار، فیلترهای لوله ای شکل بیشتر مناسب کاربردهای "کثیف" هستند. یعنی جریان ورودی دارای ذرات کوچک است مانند فیلتر کردن آب خام جهت به دست آوردن آب آشامیدنی طی فرایند Fyne. غشاها به راحتی از طریق توپ های فوم که داخل لوله ها فشرده می شوند تمیز شده و رسوبات به صورت توده از آن خارج می شود.

استراتژی های افزایش شار

این استراتژی ها جهت کاهش شدت قطبیت غلظت و خرابی (غشا) مورد استفاده قرار می گیرند. تکنیک های متعددی در این باره وجود دارند، با این حال پرکاربردترین آن محفظه های ورودی توضیح داده شده در فیلتر مارپیچی است. تمام استراتژی ها با بهره گیری از افزایش جریان گردابی و ایجاد برش (تنش برشی) بالا در جریان نزدیک به سطح غشا عمل می کنند. برخی از این استراتژی ها شامل لرزاندن غشا، چرخاندن غشا، تعبیه دیسک چرخان بر روی غشا، ایجاد پالس در جریان ورودی و وارد کردن حباب هوا در نزدیکی سطح غشا قابل حصول است.

ویژگی ها

از آنجا که غشاء های نانوفیلتر دارای مواد گوناگون، مکانیزم های متفاوت جداسازی، ریخت شناسی متفاوت و بنابراین کاربردهای متعدد هستند، فاکتورهای زیادی بایستی در طراحی غشا مد نظر قرار گیرند. دو پارامتر عمده بایستی در محاسبات اولیه مورد بررسی قرار گیرند:

• پارامترهای عملکرد 
• ریخت شناسی

پارامترهای عملکرد

میزان نگهداری محلول ورودی و خروجی و شاخص های تراوایی را میتوان به عنوان پارمترهای عملکرد مد نظر قرار داد، زیرا عملکرد یک غشا در شرایط طبیعی مبتنی بر نسبت محلول حفظ شده/تراوش یافته از طریق غشا است.

در مورد محلول ورودی، پراکندگی یونی نمک های نزدیک سطح غشا نقش مهمی در تعیین ویژگی های غشا ایفا می نماید. اگر محلول ورودی به غشا و ترکیب و غلظت محلولی که بایستی فیلتر شود، شناخته شده باشد، طیفی از نمک های مختلف قابل شناسایی است. این موضوع در ترکیب و تخمین ویژگی های غشا کاربرد دارد.

ویژگی های محلول خروجی از طریق جداسازی بر اساس وزن مولوکولی (MWCO) به سادگی قابل انجام نیست، علیرغم اینکه در مجموع افزایش در وزن مولکولی یا ابعاد مواد حل شدنی موجب افزایش در میزان گرفتگی (غشا) می شود. ساختار شیمیایی و عملکرد گروه های انتهایی مانند PH همگی نقش مهمی در تعیین ویژگی های مولکولی محلول دارد.

پارامترهای ریخت شناختی

شکل غشا بایستی مشخص گردد تا طرح موفقی برای سیستم نانو فیلتراسیون مهیا شود، که این عمل از طریق میکروسکوپ انجام می پذیرد. (AFM) یکی از روشهای تعیین ویژگی های زبری سطح غشا است که از طریق وارد ساختن یک شی نوک تیز (کمتر از 100 A) به داخل سطح غشا و سپس اندازه گیری نیروی واندر والسی Van der Waals حاصل شده بین اتم های شی نوک تیز و سطح غشا به دست می آید.

به علت وجود همبستگی بین زبری سطح و گرفتگی غشا این روش دارای کاربرد است. همچنین بین گرفتگی و سایر ویژگی های شکلی غشا نیز همبستگی وجود دارد از قبیل آب دوستی که بیان میدارد هر چقدر یک غشا آب دوست باشد، امکان گرفتگی کمتر می شود.

روشهای تعیین تخلخل غشای متخلخل را می توان در permporometry یافت که از فشارهای متفاوت بخار در آن استفاده می گردد تا ابعاد منافذ و توزیع آن در غشا به دست آید. در ابتدا تمام منافذ غشا توسط مایع پر می شوند و بدین ترتیب هیچگونه اجازه نفوذ گاز وجود ندارد. اما پس از کم شدن فشار بخار برخی خلا ها طبق معادله کلوین شروع به شکل گیری در سطح غشا می نمایند. غشاهای پلیمری (غیر متخلخل) نمی توانند در معرض این روش قرار گیرند چرا که بخار قابل تراکم  بایستی تعامل ناچیزی با غشا داشته باشد.

اشکال عمومی برای کاربرد صنعتی نانو فیلتراسیون

باید به خاطر داشته باشیم که نانو فیلتراسیون بخشی از سیستم ترکیبی تصفیه آب است. برای تصفیه آب آشامیدنی بسیاری از غشاء های تجاری وجود دارند که از خانواده های متفاوتی بوده و دارای ساختار متفاوت، مقاومت شیمیایی متفاوت و نمک زدایی متفاوت هستند و بنابراین مشخصات بایستی بر مبنای ترکیب شیمیایی و غلظت مایع ورودی انتخاب شوند.

واحدهای نانو فیلتراسیون در تصفیه آب آشامیدنی دارای طیف گسترده ای از ممانعت فوق العاده کم در برابر نمک (کمتر از 5% در غشاهای 1001A) و ممانعت کامل در برابر نمک (99% در غشاهای 8040-TS80-TSA) هستند. جریان آب بین 25 تا 60 متر مکعب در روز برای هر دستگاه است بنابراین بایستی چندین عدد نانو فیلتراسیون به صورت موازی جهت تصفیه مقادیر بالای آب ورودی تعبیه گردد. فشار مورد نیاز در این واحدها معمولا بین 4.5 تا 7.5 بار است.

به این دلیل که تصفیه نانو فیلتراسیون فرایندی تمیز محسوب نمیگردد و دقت پایین تری نسبت به اسمز معکوس دارد، به ندرت به عنوان فرایند نهایی تصفیه آب لحاظ می گردد، و معمولا به عنوان گام پیش تصفیه برای اسمز معکوس به کار می رود.

فرایندهای پس از تصفیه فیلتراسیون (پسا تصفیه)

همانند سایر جداسازی های غشا محور مانند اولترافیلتراسیون ، میکروفیلتراسیون و اسمز معکوس ، انجام عملیات تکمیلی روی هر دو جریان تراوش شده (محصول) و بازداشته شده (دور ریز) گامی ضروری در جداسازی صنعتی نانوفیلتراسیون پیش از ورود محصول به کانال توزیع تجاری است.

انتخاب و توالی فرایندهای دستگاه تصفیه آب در عملیات تکمیلی، وابسته به قوانین کیفیت آب و طراحی سیستم نانو فیلتراسیون می باشد. فرایند رایج عملیات تکمیلی برای نانو فیلتراسیون شامل بخور و میکروب زدایی و تثبیت می گردد.

بخور

از گاز زداهای PVC یا پلاستیک مقاوم شده با فیبر (FRP) برای زدودن گازهای حل شده مانند دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن در جریان خروجی آب استفاده می شود. این امر با تزریق هوا در جهت مخالف جریان آب در مواد  گاز زدا انجام می پذیرد. هوا به صورت موثری گازهای ناخواسته درون آب را خارج می سازد.

میکروب زدایی و تثبیت

آب منتشر شده از نانو فیلتراسیون دچار کانی زدایی شده و ممکن است در معرض تغییرات PH باشد و بنابراین ریسک اساسی خوردگی متوجه لوله ها و سایر تجهیزات گردد. جهت افزایش ثبات آب، مواد شیمیایی قلیایی از قبیل آهک و سود سوزآور به کار گرفته می شود. علاوه بر آن میکروب زداها مانند کلر و کلرامین و در برخی موارد فسفات یا فلوراید ضد خوردگی به مایع اضافه می شود. 

برای مطالعه مقاله نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و فاضلاب روی لینک قبل کلیک نمایید.

در صورت هرگونه سوال می توانید از طریق شماره تلگرام تصفیه آب 09129418377  و یا ایمیل info@wfiltration.com با کارشناسان تصفیه آب بهاب در ارتباط باشید.

**ن