Ce este aceea o membrană de filtrare?
Membranele sunt filtre denumite și bariere selective al căror rol este să separe particulele solide de lichidul sau gazul în care se găsesc sau chiar să scoată din lichid anumite substanțe dizolvate sau nedizolvate (insolubile).
În funcție de dimensiunea porilor, particulele mai mici vor trece, iar cele mai mari vor fi oprite. Cel mai comun exemplu este o sită care oprește tot ce este mai mare decât ochiurile sale, dar lasă să treacă lichidul și particulele mai fine.
Care sunt cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate acestea?
Membranele organice sunt fabricate, în principal, din polimeri precum: polisulfona (PSU), polipropilena (PP), acetat de celuloză (CA), fluorura de poliviniliden (PVDF), polietersulfona (PES) și poliamida (PA), acid polilactic (PLA) sau ceramică pentru aplicații la temperaturi înalte.
Membranele anorganice sunt, cel mai frecvent, fabricat din metal sinterizat sau alumină poroasă.
Care sunt domeniile de utilizare ale membranelor?
Apa este principalul beneficiar al acestora, fie că este vorba despre apă potabilă, apă reziduală municipală, sau apă pluvială. De asemenea, apele uzate industriale sau apa necesară în producțiile de finețe precum cea farmaceutică, alimentară sau electronică folosesc diferite membrane.
Dar apa nu este singurul lichid filtrat prin acestea. Mai putem menționa laptele, vinul, berea, sucurile din fructe și orice lichid de fermentație.
De asemenea sunt utilizate și în industria chimică, în special a vopselurilor, adezivilor, etc.
Acestea se folosesc și în filtrarea particulelor solide din gaze.
Cum se folosesc membranele?
Lichidului sursă (care trebuie filtrat) i se aplică o presiune mai mare decât rezistența membranei, astfel încât lichidul să fie forțat să treacă prin porii membranei.
Pentru a afla presiunea necesară, este util să știm dimensiunea porilor. Cu cât porii sunt mai mari, cu atât rezistența membranei este mai mică și, proporțional, presiunea necesară va fi mai mică. Și invers, porii mici cresc rezistența și necesită o presiune mai mare.
Întotdeauna presiunea se va corela și cu debitul nominal. În aplicațiile care necesită debite mari, presiunea aplicată va fi mult mai mare comparativ cu aplicațiile casnice, spre exemplu.
Este important să ținem cont de faptul că debitul va fi sever afectat de utilizarea porilor foarte mici, compensarea putându-se face, parțial, utilizând presiuni mai mari și, total, prin adecvarea numărului necesar de elemente filtrante și a presiunii aplicate.
Care sunt principalele tipuri de membrane?
În funcție de porozitatea acestora, principalele tipuri sunt:
– microfiltrare: între 0,1 și 10 microni
– ultrafiltrare: între 0,01 și 0,1 microni
– nanofiltrare: între 0,001 și 0,01 microni
– osmoza inversă: 0,0001 și 0,001 microni
Este important de știut că porii unei membrane nu sunt perfect egali în diametru. Chiar și în cazul celor mai bune filtre există unii pori mai mari și alții mai mici. Calculul permeabilității se face în funcție de porii cei mai mari pentru a asigura corectitudinea filtrarii.
Din păcate, în prea multe cazuri, producătorii sau vânzătorii declara porii cei mai mici ca fiind reperul de permeabilitate al membranei. De aceea, la achiziția membranei este importantă buna reputație a vânzătorului/producătorului.
Care sunt cele mai cunoscute tipuri de membrane?
Formele constructive sunt diverse, dar cele mai întâlnite sunt:
- în straturi concentrice
- plane
- plisate
- capilare (hollow fibers)
- de tip buzunar (pentru uzul laboratoarelor)
- rotunde (cunoscute și sub numele de PAD-uri, pentru uzul laboratoarelor)
- de tip lumânare
Care este geometria unei membrane?
Membranele sunt de două tipuri, în funcție de aplicație (dacă este casnică/comercială sau industrială): perpendiculare și tangențiale.
Filtrarea perpendiculară
În cazul filtrelor casnice și comerciale (restaurante, baruri, etc) se folosește filtrarea perpendiculară, întrucât apa sursă este, de obicei, mai puțin încărcată cu microparticule, comparativ cu apele industriale.
Avantajul acestui tip de filtrare este performanța mai bună comparativ cu filtrarea tangențială folosită în industrie.
Dezavantajul este colmatarea mai rapidă a membranei.
Principalele membrane perpendiculare sunt de următoarele tipuri: plane, plisate, capilare (hollow-fiber), rotunde (pad-uri), lumânare și de tip buzunar.
Cele plane sunt foarte rezistente și mai ieftine, însă au suprafața mult mai mică comparativ cu cele plisate sau capilare, deci, se vor colmata mult mai repede. Înlocuirea lor frecventă le face mai puțin economice.
Cele plisate sunt foarte rezistente și au o suprafață incomparabil mai mare decât cea a membranelor plane, însă ceva mai mică decât a celor tubulare. Prezintă cel mai bun raport calitate-durabilitate-preț.
Membranele capilare (tubulare) au suprafața de filtrare cea mai mare, însă sunt mai fragile comparativ cu cele plane sau plisate. Întrucât sunt destul de ușor de deteriorat de către corpuri ascuțite, ele necesită o monitorizare constantă și o înlocuire mai frecventă față de cele plisate.
Filtrarea tangențială
Este cea mai utilizată în aplicațiile industriale întrucât permite filtrarea de ape cu încărcătură mare de contaminanți, au o durată de viață mai mare și se pot spăla în vederea reutilizării.
Principalul dezavantaj este performanța ceva mai scăzută comparativ cu cele perpendiculare.
Principalul tip de membrană tangențială este cea cu straturi suprapuse.
Mai multe detalii despre acest tip de filtrare pot fi găsite pe Wiki.
