كيف يمكنك اختيار الغشاء المناسب لمحطة معالجة المياه

اختيار الغشاء المناسب لمحطة معالجة المياه هي مسئولية مهندسو العمليات. فعند احتياجهم إلى فصل أو توضيح أو تجزئة تيارات العمليات – وحيثما يطلبون أداءً موثوقًا وقابلًا للتكرار، تصبح أنظمة الترشيح الغشائي في كثير من الأحيان الخيار الأول لهم.

على المستوى الرئيسي، يتضمن الترشيح الغشائي فصل تدفق واحد إلى تيارين، أحدهما أكثر تركيزًا من الآخر، باستخدام الضغط لتمرير المواد بشكل انتقائي عبر حاجز مادي شبه نافذ (Membrane). يمكن بعد ذلك أن تخضع التيارات المنفصلة لمزيد من المعالجة، أو في حالة تيار النفايات، يتم تحويلها إلى مخرج مناسب.

مع القدرة على فصل الجسيمات عن الأنواع المذابة وفصل الأنواع المذابة نفسها. يمثل اختيار الغشاء المناسب لإنتاج منتج نهائي أكثر تركيزًا أو نقاءً. مع اختيار الغشاء الصحيح، يمكن لعملية الترشيح عزل الأنواع المذابة بأحجام معينة مع السماح للمكونات المذابة الأخرى بالتغلغل عبر الغشاء.

إن أحد العوامل الرئيسية الحاسمة المستخدمة في اختيار الغشاء المناسب هو طبيعة سائل العملية. إن معرفة محتوى المواد الصلبة المذابة، والوزن الجزيئي للأنواع المذابة، وطبيعة وتحميل أي مادة معلقة سيوجه المهندس نحو اختيار الغشاء الصحيح. كما أن درجة الحموضة ودرجة حرارة تيار العملية الوارد هي أيضًا عوامل مهمة في اتخاذ القرار النهائي.

اختيار الغشاء المناسب لترشيح جميع الأوزان الجزيئية

يبدأ طيف الترشيح الغشائي عند أصغر مستوى جزيئي بالتناضح العكسي (RO)، وهي العملية التي تسمح بأفضل درجة من الفصل. سوف تمر الأنواع المذابة عبر الغشاء أثناء انتقالك عبر نطاق الترشيح من تجفيف المياه أو تنقية المياه بأغشية التناضح العكسي الضيقة للغاية. من خلال الترشيح النانوي، والترشيح الفائق، وأخيرًا الترشيح الدقيق الذي هو في الأساس فصل الجسيمات دون الميكرون عن المواد المذابة فيما بينها. يمكن لهذه العمليات فصل الجسيمات التي تختلف في الحجم بأي شيء من بضعة أنجستروم إلى بضعة ميكرونات. تتطلب المستويات المختلفة من الترشيح الغشائي ضغوطًا داخلية تتراوح من 1000 رطل لكل بوصة مربعة (70 بار) في أنظمة الضغط العالي. إلى أقل من 15 رطل لكل بوصة مربعة (1 بار) في وحدات الترشيح الدقيق ذات الضغط المنخفض.

اختيار الغشاء المناسب

يتراوح طيف الترشيح الغشائي من التناضح العكسي (RO)، الذي يسمح بأفضل درجة من الفصل، من خلال الترشيح النانوي، والترشيح الفائق، وأخيرًا الترشيح الدقيق، الذي يفصل الجسيمات دون الميكرون عن المواد المذابة.

الترشيح الغشائي

يستخدم الترشيح الغشائي غشاءً محكمًا يحتفظ بجميع الأنواع المذابة تقريبًا بما في ذلك السكريات والأملاح. يجب أن يتجاوز الضغط في هذا النظام الضغط التناضحي الطبيعي للمياه المذابة أو المذيبات الأخرى عبر الغشاء شبه النفاذ. تعد أنظمة الترشيح الغشائي مفيدة بشكل خاص في تركيز عصائر الفاكهة منخفضة التركيز والشاي والقهوة ومحاليل السكر، وغالبًا ما تُستخدم التكنولوجيا أيضًا لتركيز تيارات مياه الصرف الصحي مثل تسرب مكبات النفايات.

الترشيح النانوي

المستوى التالي من الترشيح، يسد الفجوة بين الترشيح الغشائي والترشيح الفائق. تُستخدم الترشيح الفائق غالبًا لإزالة الأملاح من الأصباغ السائلة أو تركيز المضادات الحيوية. تُستخدم الترشيح الفائق في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. حيث أن طبيعتها المتعددة الاستخدامات تجعلها مناسبة لفصل التدفقات المتنوعة مثل تيارات النفايات من بيوت الصباغة ومصانع اللب والورق. وتركيز البروتين في صناعة الألبان إلى تصفية العصير. يمكن أيضًا استخدامها كمعالجة أولية لتجنب تلوث أعمدة الراتينج بالجسيمات. يتطلب الطرف الأعلى من طيف حجم الجسيمات الترشيح الدقيق. هنا، غالبًا ما تُستخدم الأغشية الخزفية والبوليمرية لتوفير مجموعة واسعة من أحجام المسام. لمعالجة السوائل في صناعات الأغذية والمشروبات والأدوية والمواد الكيميائية، وكذلك لفصل مياه الصرف الصحي.

تكوينات الأغشية والمواد

تطورت تقنية الترشيح الغشائي في طريقة تعبئة الأغشية وفي نوع مادة الغشاء المستخدمة. والنتيجة هي مجموعة واسعة من تكوينات الوحدات وهندسة الأغشية، والتي تناسب مجموعة متنوعة من التطبيقات. يتم توفير الأغشية عادة في ترتيبات أنبوبية أو حلزونية أو مسطحة أو من ألياف مجوفة مع تكوينات جديدة أخرى أحدث تحفز الاهتزاز. أو تستخدم ريش دوارة لزيادة معدلات الترشيح عن طريق تقليل تأثيرات استقطاب تركيز سطح الغشاء (ومع ذلك، فإن هذه الأساليب الجديدة ليست اقتصادية دائمًا).

الأغشية الأنبوبية

على سبيل المثال، لها العديد من المزايا. يمكنها التعامل مع السوائل اللزجة ذات المستويات العالية من المواد الصلبة المعلقة ويمكن تنظيفها كيميائيًا أو ميكانيكيًا. يتم وضع الأغشية البوليمرية الأنبوبية عادةً في وحدات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو البلاستيك.

الأغشية الحلزونية

تتكون الأغشية الحلزونية، كما يوحي الاسم، من مادة ترشيح مضغوطة بإحكام يتم وضع الألياف المجوفة بين فواصل شبكية وتغليفها في أنبوب صغير القطر. تعني كثافة التعبئة العالية هذه أن هناك مساحة سطح أكبر بكثير في وحدة الترشيح المعينة مما يمكن توفيره بواسطة الأغشية الأنبوبية. ومع ذلك، إذا كانت المواد الصلبة المعلقة موجودة في مجرى العملية، فإن الأغشية الحلزونية تتطلب ترشيحًا أوليًا دقيقًا لتجنب الانسداد. تساعد التطورات في أحجام وتصميمات فواصل الشبكة على زيادة عدد التطبيقات التي تناسبها الأغشية الحلزونية.

الأغشية المصنوعة من الألياف المجوفة

تتميز الأغشية المصنوعة من الألياف المجوفة أيضًا بكثافة وتتكون من ألياف مبثوقة ذات جزء مجوف صغير. يمكن أن يحدث الترشيح من داخل الألياف إلى الخارج أو في الاتجاه المعاكس من خارج الألياف إلى الداخل مما يسمح بدورة غسيل عكسي. على الرغم من أنها أكثر مرونة في التعامل مع الجسيمات الصغيرة من الأغشية الحلزونية، إلا أن الألياف المجوفة غالبًا ما تتطلب أيضًا ترشيحًا أوليًا حيث توجد جسيمات أو ألياف أكبر في مادة التغذية. لا يمكن استخدام معظم الأغشية المصنوعة من الألياف المجوفة عند ضغوط أعلى من 30 رطل/ بوصة مربعة (2 بار) دون أن تنكسر.

أغشية البوليمر

عادةً ما تكون مواد الغشاء مصنوعة من البوليمر أو السيراميك. تُستخدم الأغشية الحلزونية البوليمرية بشكل عام عندما تكون هناك حاجة إلى إنتاجية عالية، في حين أن الأغشية الأنبوبية البوليمرية. والتي يمكن تنظيفها ميكانيكيًا في كثير من الأحيان. تكون أكثر ملاءمة للعمليات التي تتطلب صيانة منخفضة. أو المنتجات عالية اللزوجة، أو السوائل التي تحتوي على مواد معلقة.

قد تؤدي البيئات المعادية، ومستويات عالية من المذيبات، ونطاقات الأس الهيدروجيني الواسعة، واعتبارات أخرى تتعلق بالعملية استخدام الأغشية الخزفية. تستخدم هذه التكنولوجيا، التي يتم تبنيها عادةً لتطبيقات الترشيح الفائق والترشيح الدقيق عادةً طلاء الألومينا أو الزركونيا الذي يتم تطبيقه على السطح الداخلي للدعامة الخزفية. تكون التكلفة الرأسمالية للأغشية الخزفية أعلى بكثير من الأغشية البوليمرية التقليدية. ولكن في بعض التطبيقات تكون هي الاقتراح الوحيد القابل للتطبيق. ومع ذلك، فإن تعويض التكلفة الأولية العالية هو حقيقة أن الأغشية الخزفية غالبًا ما توفر عمرًا تشغيليًا أطول. ومع ذلك، فإن السيراميك غير مقاوم للتآكل على الرغم من أن البوليمرات قد تكون كذلك.

الاستعانة بأخصائي

إن اختيار الغشاء المناسب لكل تطبيق أمر حيوي، ويمكن للشركات ذات الخبرة في مجال معالجة المياه مثل رعاية المياه، على سبيل المثال أن تساعد المهندسين في اتخاذ القرار الصحيح. بالنسبة للعديد من التطبيقات، يمكن لهذه الشركات توفير وحدات الترشيح الغشائي كتصميم قياسي، مما يتطلب الحد الأدنى من الاختبار. في مواقف أخرى، قد يحتاج مهندسو التصميم إلى اختبار العملية على نطاق واسع في الموقع.