ممبرانهای صنعتی مورد استفاده در سیستمهای اسمز معکوس (RO)
ممبرانهای صنعتی مورد استفاده در سیستمهای اسمز معکوس (RO) قلب اصلی این سیستمها هستند و وظیفهی اصلیشان جداسازی ناخالصیها، املاح محلول و حتی میکروارگانیسمها از آب است. ممبرانهای صنعتی RO معمولاً از چند لایه نازک و نیمهتراوا (Thin-Film Composite) یا (TFC) تشکیل شدهاند که به دور یک لولهی مرکزی (Permeate Tube) پیچیده میشوند.
این لایهها شامل:
- لایه پلیآمید (Polyamide Active Layer) ← اصلیترین لایه برای جداسازی یونها و نمکها
- لایه پشتیبان (Support Layer) ← استحکام مکانیکی
- لایه فایبرگلاس (FRP Shell) ← پوشش خارجی برای مقاومت مکانیکی و فشار
مکانیزم عملکرد
آب خوراک (Feed Water) تحت فشار بالا به سطح ممبران فرستاده میشود و مولکولهای آب از منافذ بسیار ریز ممبران عبور میکنند و یونهای نمک، فلزات سنگین، میکروبها و سایر ناخالصیها پشت ممبران باقی میمانند و همراه جریان Reject / Concentrate خارج میشوند سپس جریان آب تصفیه شده به عنوان Permeate / Product Water جمعآوری میشود.
انواع ممبران صنعتی
بر اساس کاربرد و کیفیت آب خوراک:
ممبرانهای آب لبشور (Brackish Water – BW)
تحمل شوری: تا حدود 2000–ppm TDS 8000
فشار کاری: معمولاً 150–psi 300
مثال: Dow FilmTec BW30-400
ممبرانهای آب دریا (Sea Water – SW)
تحمل شوری: تا حدود ppm TDS 45,000
فشار کاری: 800– psi 1200
مثال: Dow SW30HRLE 400
ممبرانهای ویژه (Special Purpose)
برای کاربردهایی مثل تصفیه فوقالعاده (Ultra Low Pressure) یا بازیافت پساب صنعتی.
پارامترهای مهم انتخاب ممبران
- ظرفیت تولید آب (Permeate Flow Rate) ← بر حسب گالن در روز (GPD) یا متر مکعب بر روز
- درصد حذف نمک (Salt Rejection) ← معمولاً 98% تا 99.8%
- فشار کاری← متناسب با شوری آب انتخاب میشود.
- سازگاری شیمیایی ← مقاومت در برابر کلر آزاد، pH های شستشو و مواد شیمیایی تمیزکننده
- اندازه و کانفیگ ← رایجترین سایز صنعتی 8 اینچ قطر × 40 اینچ طول
شرایط نگهداری و طول عمر
- طول عمر ممبرانها معمولاً 3–5 سال است (در شرایط بهینه(
- تمیز کردن دورهای (CIP) در صورت افت فشار یا افزایش فشار افتی
- جلوگیری از تماس طولانی با کلر یا اکسیدکنندهها
- پیشتصفیه آب (فیلتر شنی، کربنی، میکروفیلتر) برای جلوگیری از گرفتگی
برندهای رایج ممبران صنعتی
DOW / DuPont FilmTec (آمریکا)
Nitto Denko (ژاپن)
Hydranautics (ژاپن / آمریکا)
Toray (ژاپن)
Vontron (چین)
LG Chem (کره)
معرفی و ویژگیهای غشاهای FilmTec™
غشاهای FilmTec™ از نوع کامپوزیت لایهنازک (TFC) هستند که برای فرآیندهای اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF) طراحی شدهاند. این غشاها با ترکیب نوآوریهای شیمیایی و مهندسی، در صنایع مختلف از تصفیه آب شهری تا نمکزدایی آب دریا و کاربردهای غذایی استفاده میشوند.
ساختار و ترکیب ممبران های FilmTec™
هر غشای FilmTec™ از سه لایه تشکیل شده است:
- لایه پایه: پلیاستر (Polyester Support Web) برای استحکام مکانیکی و پایداری فیزیکی.
- لایه میانی: پلیسولفون میکروپورس (Microporous Polysulfone)با منافذ کنترلشده (~150 آنگستروم) جهت پشتیبانی لایه مانع.
- لایه فعال: پلیآمید(Polyamide Barrier Layer) بسیار نازک (~2000 آنگستروم) که نقش اصلی در حذف نمکها و مواد محلول دارد.
- نوع پلیآمید
FT30 (آروماتیک) ← برای همه ممبرانهای RO و NF90
آروماتیک/آلیفاتیک (پلیپایپرازین) ← برای ممبرانهای NF با انتخابپذیری متفاوت نمکها
مزایا: مقاومت شیمیایی بالا، قابلیت تمیزشوندگی خوب، عمر طولانی حتی در شرایط سخت، تحمل کلر آزاد کوتاهمدت (<0.1 ppm.)
پشتیبانی ساختاری توسط شبکه غیربافته پرسشده (Non-woven web) انجام میشود که سطحی صاف و بدون الیاف آزاد ایجاد میکند. این طراحی باعث تحمل فشار بالا و مقاومت در برابر تخریب شیمیایی میشود.
ساختار المان (Element Construction)
نوع طراحی: اسپیرال-وایند (Spiral Wound) ← استاندارد صنعتی برای RO/NF
ترکیب داخلی:
چندین برگ ممبران (Membrane Leaves) با لایه فاصلهدهنده (Feed Spacer) بین آنها
چسبکاری دقیق لبهها برای جلوگیری از نشتی
لوله مرکزی جمعکننده آب تصفیه شده (Permeate Tube) متصل به همه برگها
بهینهسازی: تعداد بیشتر برگهای کوتاه برای کاهش افت فشار و افزایش بازده، ضخامت مناسب فاصلهدهنده برای کاهش گرفتگی و تسهیل شستشو.
انواع پلیآمید و عملکرد جداسازی
شرکت FilmTec دو نوع پلیآمید تولید میکند:
(FT30 پلیآمید آروماتیک): مورد استفاده در تمام غشاهای RO و NF90، ثبت اختراع در سال 1969.
پلیآمید آروماتیک/آلیفاتیک (پلیپایپرازین): مخصوص غشاهای NF با انتخابپذیری نمک متنوع.
این ترکیبات امکان طراحی غشاهایی با نفوذپذیری آب متفاوت و راندمان حذف نمکهای تکظرفیتی و دوظرفیتی را فراهم میکنند.
ویژگیهای عملکردی
غشاهای FilmTec™ به دلیل فشار بالا، حذف موثر نمک و مواد آلی و مقاومت میکروبی شناخته شدهاند.
- محدوده pH عملکردی: 2 تا 11 )شستشو تا pH 1 و 13(
- دما: حداکثر 45 °C
- کلر آزاد: حداکثر 0.1 ppm (نیاز به پیشتصفیه)
- مقاوم در برابر آلودگی میکروبی و فشردهشدن و حفظ عملکرد پایدار در شرایط سخت.
عوامل موثر بر راندمان حذف
راندمان جداسازی به بار یونی، وزن مولکولی، قطبیت، میزان هیدراسیون و شاخهدار بودن مولکول بستگی دارد. به طور کلی یونهای دوظرفیتی، مولکولهای بزرگتر و مواد کمتر قطبی بهتر حذف میشوند.
تأییدیه FDA
غشاهای FT30 و NF شرکت FilmTec™ مجوز استفاده در تماس با مواد غذایی و تصفیه آب را از سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) طبق مقررات Title 21, Sec. 177.2550 دریافت کردهاند.
کدگذاری و تنوع مدلها
نامگذاری المانها ترکیبی از نوع غشا و اندازه آنهاست. برای نمونه:
- BW30-2540: غشای FT30 مخصوص آب لبشور (Brackish Water)با قطر 2.5 اینچ و طول 40 اینچ.
- در المانهای 8 اینچی، عدد پس از خط نشاندهنده سطح فعال غشا بر حسب فوت مربع است مانند (BW30-400) پسوندهایی مانند FR (مقاوم به رسوب) و FF (Fullfit) نشاندهنده ویژگیهای خاص هستند.
مدلهای متنوع این برند شامل BW30، Eco، Fortilife™، NF245، NF270، NF90، SW30، SW30HR، XLE و … هستند که هر کدام برای شرایط آب و نیاز عملیاتی خاص بهینه شدهاند.
دستهبندی اصلی
:BW Series → آب لبشور، حذف نمک بالا (99.4–99.8%)
:XLE / BW30LE → فشار کاری پایین، صرفهجویی انرژی
:SW Series → آب دریا، فشار بالا، حذف نمک تا 99.7%
:NF Series → نانوفیلتراسیون، حذف سختی و رنگ با عبور بخشی از نمکها
:Eco Series → ترکیب حذف نمک بالا با مصرف انرژی کمتر
:Fortilife™ → برای پسابها و آبهای چالشبرانگیز با مقاومت شیمیایی و قابلیت شستشوی بالا
:TW Series→ سیستمهای آب شیرین و خانگی
اندازه و روکش
- طول استاندارد: 40 اینچ، همچنین موجود در اندازههای 14 و 21 اینچ (کوچک) و 12 اینچ (خانگی).
- قطر: 2.5، 4 و 8 اینچ.
- روکشها: نوار چسب، فایبرگلاس یا مش پلیپروپیلن (Fullfit برای کاربردهای بهداشتی).
نتیجهگیری
غشاهای FilmTec™ با طراحی چندلایه، ترکیبات شیمیایی پیشرفته و تاییدیههای بینالمللی، در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی، شهری و غذایی عملکرد قابل اعتماد و طولانیمدت ارائه میدهند. تنوع بالای مدلها و قابلیت تطبیق با شرایط مختلف، این محصولات را به یکی از گزینههای اصلی در صنعت تصفیه آب تبدیل کرده است.
کلمات کلیدی: سیستمهای اسمز معکوس، ممبرانهای صنعتی، ممبران، نانوفیلتراسیون، ممبرانهای آب دریا، ممبرانهای آب لبشور، FilmTec™ ،Reverse Osmosis, RO, MEMBERANE
