فناوری میکروفیلتراسیون غشایی در تصفیه آب
میکروفیلتراسیون غشایی
در دهه‌های گذشته فناوری‌های غشایی برای جداسازی گسترش یافته است. میکروفیلتراسیون در کاربردهای مختلفی از جمله استفاده مجدد از آب، تصفیه فاضلاب صنعتی و در بخش آب آشامیدنی از جذابیت خاصی برخوردار است. دانشنامه آب شفا در این مقاله به بررسی و معرفی فناوری میکروفیلتراسیون، مزایا و معایب و کاربردهای مختلف آن می‌پردازد.
میکرو فیلتراسیون غشایی در تصفیه آب و فاضلاب
میکروفیلتراسیون نوعی فرآیند فیلتراسیون فیزیکی است که در آن یک مایع آلوده از یک غشا با اندازه منافذ مشخص عبور داده می‌شود تا میکروارگانیسم‌ها و ذرات معلق از مایع جدا شوند.
این روش معمولا همراه با سایر فرایندهای جداسازی مانند اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس برای تولید جریانی عاری از آلودگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نیروی محرکه آن اختلاف فشار است. این فرآیند برای جداسازی مواد کلوئیدی است که از مکانیسم غربالگری برای حذف ذرات بزرگ‌تر از اندازه قطر حفرات استفاده می‌کند.
میکروفیلتراسیون معمولا به عنوان پیش تصفیه برای سایر فرآیندهای جداسازی مانند اولترافیلتراسیون و فوق تصفیه برای تصفیه با واسط های گرانولی عمل می‌کند.
اندازه ذرات معمولی مورد استفاده برای میکروفیلتراسیون از 1/0 تا 10 میکرومتر است. این غشاها می‌توانند ماکرومولکول‌هایی با وزن مولکولی تقریبی کمتر از 100000 گرم بر مول را جدا کنند.
غشاهای میکرو فیلتراسیون
مواد و پیکربندی‌های مختلف غشاهای میکرو فیلتراسیون
مواد مورد استفاده در غشاهای میکرو فیلتراسیون
مواد مورد استفاده برای غشاهای سیستم‌های میکرو فیلتراسیون بسته به آلاینده‌های مورد نظر برای حذف یا نوع کاربرد ممکن است آلی یا معدنی باشند.
از پلیمر‌های طبیعی و سنتزی مختلفی مانند نیترات یا استات سلولز، پلی آمیدها، پلی‌سولفون‌ها، پلی‌پروپیلن فلوراید، پلی‌تترافلوراید، اتیلن و اکریلیک برای ساخت غشاها به دلیل انعطاف‌پذیری و خاصیت شیمیایی آن‌ها استفاده می‌شود.
مواد معدنی مختلفی مانند فلزات زینتر شده، آلومینای متخلخل، اكسیدهای فلزی، شیشه و كربن با پوشش زیركونیا برای تولید غشا استفاده می‌شود. با این مواد می‌توان غشاهایی در شکل‌های مختلف با اندازه حفره و نفوذپذیری متنوع ساخت.
پیکربندی‌های مختلف غشاهای میکرو فیلتراسیون
غشاهای میکرو فیلتراسیون عموما در دو پیکربندی وجود دارند.
فیلتراسیون جریان متقابل
در جایی که مایع از غشا عبور داده می‌شود بخشی از جریان خوراک حاوی مایع تصفیه شده در زیر فیلتر جمع می‌شود در حالی که بخش‌هایی از آب از غشا به صورت تصفیه نشده عبور می‌کند. فیلتراسیون جریان متقابل یک واحد عملیاتی است تا اینکه که یک فرآیند باشد.
میکرو فیلتراسیون غشایی حالت جریان متقابل
فیلتراسیون انتها بسته
تمام جریان سیال فرآیند و تمام ذرات با اندازه بزرگ‌تر از اندازه منافذ غشا در سطح آن متوقف می‌شوند. تمام آب خوراک به یک باره تحت عملی برای تشکیل کیک قرار می‌گیرد. این فرآیند بیشتر برای فیلتراسیون نیمه پیوسته یا دسته‌ای محلول‌های با غلظت کم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
میکرو فیلتراسیون غشایی حالت انتها بسته
مزایای میکروفیلتراسیون
- به فشار کمی نیاز دارد
- مصرف انرژی آن در مقایسه با نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس پایین است
- نسبتا ارزان است
- مصرف انرژی برای انتقال فازی همچون روش‌های تبخیر وجود ندارد
- کیفیت نفوذ به مدیریت وابسته نیست
- به عنوان پیش تصفیه برای سیستم اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون استفاده می‌شود
- از مواد شیمیایی تمیز کننده استفاده نمی‌کند
- به عنوان تصفیه بیولوژیکی برای آب های آلوده استفاده می‌شود
- همه مواد کلوئیدی، پلیمرها، مواد معلق و مواد پروتئینی را جدا می‌کند
- توان عملیاتی بالایی دارد
معایب میکروفیلتراسیون
- فقط باکتری‌ها و مواد معلق حذف می‌شوند
- به مواد شیمیایی اکسیدکننده ( نیتریک اسید، سولفوریک اسید، پراکسید و پرسولفات در غلظت‌های بالا) حساس است.
- ذرات سخت و تیز > 1/0 میلی‌متر به سیستم آسیب می‌زند، بنابراین به پیش تصفیه نیاز دارد.
کاربردهای میکرو فیلتراسیون
میکروفیلتراسیون به دلیل خواص مختلف آن در صنایع مختلفی کاربرد دارد.
- تصفیه آب و تولید آب آشامیدنی
- گندزدایی
- تصفیه و پالایش نفت
- فرآوری لبنیات
- در بیوراکتورهای غشایی
- جداسازی کاتالیست‌ها
- جداسازی آنزیم‌ها و مخمر‌ها
- تصفیه‌ی سیالات در فرآیند استخراج
- جداسازی قطعات شیشه و ذرات فلزی از نفت / سیال
- برای بازیابی سیالات مصرف شده در مخزن / ظرف شستشو
- تصفیه‌ی روغن‌های تمیزکننده که در چاپخانه‌ها و ساخت ماشین‌آلات استفاده می‌شوند
- حذف ترکیبات سمی از فاضلاب‌های گالوانیکی
- حذف ذرات معلق از فاضلاب‌های نساجی
از میکروفیلتراسیون در طیف وسیعی از کاربردهای تصفیه آب استفاده می‌شود:
- تصفیه آب آشامیدنی
- پیش تصفیه برای از بین بردن مواد جامد معلق که می‌توانند غشاهای نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس را خراب کنند
- شفاف‌سازی و گندزدایی در صنایع غذایی، آشامیدنی و دارویی
- تصفیه فاضلاب
برجسته‌ترین کاربرد غشاهای میکروفیلتراسیون مربوط به تصفیه آب قابل شرب است. غشاها یک گام کلیدی در ضدعفونی جریان آب اولیه است. چنین جریانی ممکن است حاوی عوامل بیماری‌زا همچون Cryptosporidium و Giardia lamblia باشند که مسئول شیوع بیماری‌های متعدد است. هر دو گونه مقاومت تدریجی در مقابل ضدعفونی‌کننده‌های سنتی مثل کلر نشان می‌دهند.
استفاده از میکرو فیلتراسیون یک روش فیزیکی جداسازی در مقابل روش‌های شیمیایی ارائه می‌دهد. در این حالت فیلتراسیون و ضدعفونی به طور همزمان در یک مرحله انجام می‌شود که از هزینه اضافی مواد شیمیایی و تجهیزات برای دخیره‌سازی و حمل آن‌ها جلوگیری می‌کند.
فیلتراسیون و ضدعفونی همزمان در روش میکرو فیلتراسیون غشایی در تصفیه آب
به طور مشابه غشاهای میکرو فیلتراسیون برای رفع کدورت پساب‌های ثانویه فاضلاب و برای ضدعفونی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مرحله، منعقدکننده‌ها (آهن یا آلومینیم) به اجزای رسوب‌کرده اضافه می‌شود که در غیر این صورت محلول خواهند بود.
از مزایای میکرو فیلتراسیون در صنعت آب می‌توان به جلوگیری از اتلاف وقت، افزایش کیفیت آب منابع مختلف، استفاده بهینه از انرژی و مواد شیمیایی، فضای کم سیستم و افزایش کارایی درصنعت آب اشاره کرد.
شبکه عرضه و تقاضای فناوری حوزه آب (شفا)، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، آشنایی و بررسی فناوری میکرو فیلتراسیون غشایی با توسعه این روش‌ها راه را در راستای بهبود و ارتقا سطح کیفیت آب، بهداشت و سلامت عمومی و هموار کند.
