امروزه ممبران های فیلمتک (Filmtec) جزء پرکاربردترین و رایج ترین ممبران های مورد استفاده در سیستم های اسمز معکوس در ایران و جهان می باشند. فیلم تک، یک شرکت آمریکایی است که در سال 1977 در ایالت مینسوتا تاسیس شد؛ این شرکت در زمینه تولید ممبران های نازک کامپوزیتی تخصص دارد. کمپانی شیمیایی DOW آمریکا که در سال 1897 تاسیس شده و جزء 3 کمپانی بزرگ تولید مواد شیمیایی در جهان است، در سال 1984 شرکت فیلم تک را خریداری کرد و زیر مجموعه خود درآورد. کمپانی DOW در آگوست 2017 با کمپانی بزرگ آمریکایی DuPont که خود در سال 1802 تاسیس شده، ادغام شدند و کمپانی بزرگ DOWDuPont را تشکیل دادند و این کمپانی ادغامی توانست بزرگ ترین کمپانی شیمیایی جهان در زمینه فروش شود؛ ارزش این کمپانی بزرگ در حدود 130 میلیارد دلار تخمین زده شده است. در سال 2019 روسای کمپانی بزرگ DOWDuPont تصمیم گرفتند که این کمپانی را به سه کمپانی تجاری مستقل و مجزا تحت نام های Corteva و DOW Inc و DuPont تقسیم بندی کنند؛ فعالیت این سه کمپانی به ترتیب در زمینه های تخصصی کشاوررزی، علوم مواد و محصولات ویژه نظیر ممبران تا به امروز ادامه یافته است. بدین ترتیب بخش تولید و فروش ممبران های اسمز معکوس برند فیلمتک به کمپانی DuPont محول شده است. ممبران های filmtec که اکنون تحت عنوان ممبران DuPont در ایران و جهان به فروش می رسند؛ همان ممبرین های قدیمی شرکت DOW هستند و با همان کیفیت قبلی تولید می شوند.
به طور کلی ممبران های اسمز معکوس فیلمتک این توانایی را دارند که در فشارهای عملیاتی پایین تر، حذف نمک بیشتری داشته باشند و درنتیجه اقتصادی هستند. این ممبرین ها در زمینه های مختلف کاربرد دارند. با توجه به نوع ممبران، پوشش خارجی، اندازه و عملکرد، ممبران ها را می توان طبقه بندی کرد.
اندازه و ابعاد ممبران فیلم تک
طول استاندارد ممبرین های فیلمتک 40 اینچ (1016 میلی متر) است. البته برای سیستم های کوچک و فشرده المان های کوتاه با طول های 14 اینچ (356 میلی متر) و 21 اینچ (533 میلی متر) نیز موجود است. قطر استاندارد ممبران های فیلمتک نیز 2.5، 4 و 8 اینچ (61، 99 و 201 میلی متر) می باشد. این ممبران ها می توانند به ترتیب به پرشر وسل هایی به ابعاد 2.5، 4 و 8 اینچ متصل شوند.
نامگذاری ممبران های فیلمتک
نامگذاری ممبران های فیلمتک با توجه به این که قطر ممبرین 8 اینچ است یا کمتر متفاوت می باشد. بنابراین ابتدا باید دقت نمود که قطر ممبران چه قدر است و سپس ممبران نامگذاری می شود.
نامگذاری ممبران های با قطر کمتر از 8 اینچ
نامگذاری ممبران های با قطر کمتر از 8 اینچ با توجه به جدول زیر انجام می شود. بخش اول نام ممبران بیانگر ممبران و کاربرد آن است. برای مثال BW30 نشان دهنده این است که این ممبران برای آب های لب شور (Brackish Water) مناسب است و ممبرین مربوط به خانواده FT30 می باشد. بخش دوم نام ممبران بیانگر اندازه آن است. دو رقم اول از سمت چپ بیانگر قطر ممبران است که در 10 ضرب شده است و دو رقم بعدی نشان دهنده طول ممبران است. برای مثال 2540 نشان دهنده ممبرانی است که قطرش 2.5 اینچ است و طولی برابر با 40 اینچ دارد.
نامگذاری ممبران های با قطر 8 اینچ
ممبران های 8 اینچ همان طور که از اسمشان پیدا است، دارای قطر 8 اینچ هستند، طول آنها نیز 40 اینچ می باشد. بخش اول نامگذاری ممبران های 8 اینچ مشابه ممبران های کمتر از 8 اینچ است و بیان کننده ممبران و کاربرد آن است. در حالیکه بخش دوم نامگذاری ممبران های 8 اینچ با توجه به سطح فعال عملی ممبرین (the actual active membrane area) برحسب فوت مربع انجام می شود. برای مثال ممبران BW30-400 نشانگر ممبرانی است که برای آب های لب شور مناسب است و سطح فعال ممبرانی آن 400 فوت مربع است.
علامت های خاص در نامگذاری ممبران های فیلمتک
گاهی در نام برخی ممبران ها علایم اختصاری متفاوتی مشاهده می شود که نشان دهنده ویژگی خاصی در ممبران است. این علائم اختصاری شامل موارد زیر می شود:
مقاوم در برابر رسوب :(Fouling Resistant)FR
انطباق کامل :(FullFit)FF
دفع نمک بالا:(High Rejection)HR
فشار پایین :(Low Pressure)LP
مصرف انرژی پایین :(Low Energy)LE
مصرف خیلی پایین انرژی :(Extremely Low Energy)XLE
دفع نمک بالا به همراه مصرف پایین انرژی:(High Rejection Low Energy)HRLE
هزینه پایین :(Low Cost)LC
راهنمای انتخاب مناسب ترین ممبران برای آب های لب شور
با استفاده از دیاگرام زیر و با در نظر داشتن کیفیت آب ورودی و اهداف مورد نیاز سیستم می توانید بهترین و مناسب ترین ممبران فیلمتک آب لب شور را انتخاب کنید.
راهنمای انتخاب مناسب ترین ممبران برای تصفیه آب دریا
با استفاده از دیاگرام زیر و با در نظر داشتن کیفیت آب ورودی و اهداف مورد نیاز سیستم می توانید بهترین و مناسب ترین ممبران فیلمتک آب دریا را برای آب شیرین کن های دریایی انتخاب کنید.
ممبران های فیلمتک مرسوم در ایران
ممبران های فیلمتک مدل های SW30-4040، SW30HRLE-400، BW30-4040 و BW30-400 جزو مرسوم ترین و پرکاربردترین ممبران های اسمز معکوس در ایران هستند. همان طور که از نام این ممبران ها مشخص است، مدل های SW30-4040 و SW30HRLE-400 به ترتیب 4 و 8 اینچ هستند و در تصفیه آب دریا کاربرد دارند و مدل های BW30-4040 و BW30-400 به ترتیب 4 و 8 اینچ قطر دارند و برای تصفیه آب های معمولی و لب شور مناسب هستند.
دستورالعمل طراحی سیستم ممبران فیلمتک
عاملی که بیشترین تاثیر را بر طراحی سیستم ممبرین دارد، تمایل جریان ورودی (جریان تغذیه) به رسوب دهی است. رسوب در سطح ممبران توسط ذرات معلق و کلوییدی موجود در آب ورودی که در سطح ممبرین تجمع پیدا می کنند، ایجاد می شود. مقدار شاخص SDI آبی که از پیش تصفیه عبور کرده است، به مقدار مواد رسوب کننده موجود در آن بستگی دارد. غلظت مواد رسوب کرده در سطح ممبران با افزایش شدت جریان آب تصفیه شده و افزایش مقدار بازیابی المان (نسبت شدت جریان تصفیه شده به شدت جریان ورودی به یک المان) افزایش می یابد. بنابراین سیستمی که شدت جریان آب تصفیه شده آن زیاد است، احتمالا نرخ رسوب دهی بیشتری را تجربه کند و نیاز بیشتری به شستشوی شیمیایی داشته باشد.
سیستم ممبرینی باید به گونه ای طراحی شود تا هر المان از آن در محدوده شرایط عملیاتی توصیه شده کار کند تا نرخ رسوب دهی کم شود و از آسیب مکانیکی به ممبران جلوگیری گردد. این شرایط عملیاتی برای المان توسط حداکثر مقدار بازیابی (Recovery)، حداقل شدت جریان غلیظ شده و حداکثر شدت جریان ورودی محدود می شود. هرچه این عوامل محدود تر شوند، تمایل رسوب دهی آب ورودی بیشتر می شود.
شدت جریان متوسط ورودی به سیستم (همانند شدت جریان آب تصفیه شده از سیستم) یک عدد اختصاصی برای هر طراحی است و با توجه به آن می توان یک تخمین سریع از تعداد ممبران های مورد نیاز برای یک پروژه داشت. در صورتی که آب تغذیه کیفیت ثابتی داشته باشد، با توجه به اهمیت حداقل شدن سرمایه اولیه یا حداقل شدن هزینه های طولانی مدت بهره برداری می توان سیستم هایی با شدت جریان های زیادتر یا کمتر طراحی کرد. محدوده شدت جریان های آورده شده در جدول های زیر مقادیر عمومی برای عمده سیستم ها می باشد.
دستورالعمل های طراحی سیستم غشایی برای ممبران های فیلمتک 8 اینچ
جدول 1 دستورالعمل های طراحی سیستم های اسمز معکوس (RO) با استفاده از ممبران های 8 اینچ فیلمتک و با توجه به نوع آب ورودی (تغذیه) را ارائه می دهد.
جدول 1- دستورالعمل های طراحی ممبران های 8 اینچ فیلمتک برای تصفیه آب
دستورالعمل های طراحی ممبران های فیلمتک برای سیستم های با ظرفیت متوسط
جدول 2 دستورالعمل پیشنهادی برای طراحی سیستم های اسمز معکوس با ممبران های 2.5 و 4 اینچ است که در صنایع سبک، واحدهای کوچک تجاری و سازمانی و یا پایلوت کردن سیستم های بزرگ تجاری به کار گرفته می شود. سیستم های صنعتی سبک که در جدول 2 نمایش داده شده اند، مشابه سیستم های بزرگ به پایداری عملکردی در طی چندین سال نیاز دارند. بنابراین طراحی آن ها مستلزم رعایت همان الزامات سیستم های بزرگ می باشد. گاهی از سیستم های کوچک صنعتی به عنوان نمونه آزمایشی برای سیستم های بزرگ استفاده می شود که این پایلوت دارای جریان مداوم، امکانات CIP (Clean In Place) است و بدون (یا کمی) برگشت محلول غلیظ شده می باشد. طول عمر مورد انتظار ممبران ها بیش از 3 سال است.
جدول 2- دستورالعمل های طراحی ممبران های فیلمتک برای صنابع سبک و تصفیه آب دریا در مقیاس کوچک
در جدول 3 سیستم های تجاری کوچکی آورده شده است که عموما بین 1 تا 6 المان دارند و به طور مرتب تعویض یا شستشو می شوند (در پایان هر نیم سال یا هر سال) یا کاهش عملکرد در آنها قابل قبول می باشد. طول عمر مورد انتظار المان بیش از 3 سال نمی باشد. این یک راه حل ارزان قیمت و فشرده برای سیستم های با عملکرد متناوب می باشد.
جدول 3- دستورالعمل طراحی ممبران های فیلمتک برای کاربردهای تجاری کوچک
نرم افزار طراحی WAVE
برای طراحی سیستم اسمز معکوس با استفاده از ممبران های فیلمتک می توان از نرم افزار WAVE استفاده کرد. این نرم افزار اولین برنامه یکپارچه مدلسازی صنعتی است که می تواند 3 روش پیشرو و پرکاربرد اوالترافیلتراسیون (UF)، اسمز معکوس (RO) و تبادل یونی (IX) را با هم ادغام کند. این نرم افزار به طور اختصاصی توسط شرکت DuPont آمریکا طراحی شده و به رایگان در دسترس همگان قرار داده شده است. لازم است که پس از طراحی دستی فرایند ها با استفاده از دستورالعمل های شرکت DuPont، تمامی طراحی ها با این نرم افزار چک شوند تا بتوان از صحت طراحی های انجام شده اطمینان حاصل کرد. نکته قابل توجه در تصفیه آب این است که برای رسیدن به کیفیت مورد نظر آب تصفیه شده، عموما یک فرایند کافی نیست و نیاز است که چندین فرایند با یکدیگر ترکیب شوند؛ نرم افزار WAVE به آسانی و با استفاده از یک رابط کاربری ساده این امکان را فراهم می کند. نمونه ای از طراحی سیستم با استفاده از نرم افزار WAVE که توسط تیم آب کالا انجام شده است را در زیر مشاهده می کنید.
تکنولوژی iLEC به کار رفته در برخی مدل های ممبران های فیلمتک
یکی از روش های اتصال المان های ممبران های اسمز معکوس استفاده از متصل کننده های کشویی (Sliding coupler) است. متصل کننده کشویی از یک قطعه لوله ای تشکیل شده که به طور داخلی یا خارجی دو لوله آب مجاور را به یکدیگر متصل می کند. استفاده از این اتصال مشکلات زیر را به همراه دارد:
• نشت از o-ring های پیچ شده و در هم فرورفته هنگام کارکرد ممبران ها
• نشت از o-ring های ساییده شده در اثر حرکت المان های داخلی پرشروسل (شکل 1)
• افزایش مقاومت در برابر جریان به علت کاهش قطر داخلی متصل کننده که افزایش مصرف انرژی را در پی دارد
موارد ذکر شده تاثیر منفی بر عملکرد سیستم در گذر زمان دارند و باعث افزایش هزینه ها و کاهش کیفیت آب تصفیه شده (بدون در نظر گرفتن عملکرد ممبران) می شوند.
شکل 1
برای رفع این مشکلات کمپانی DuPont استفاده از تکنولوژی iLEC (Interlocking Endcap) را برای اتصال ممبران های اسمزمعکوس پیشنهاد کرده است. استفاده از این تکنولوژی با اتصال مستقیم ممبران ها باعث نشت کم از ممبران ها می شود و درنتیجه کیفیت بالاتر آب تصفیه شده را به همراه دارد.
تکنولوژی iLEC از یک o-ring فشرده محوری به همراه یک اتصال مکانیکی چرخشی (یا محوری یا شعاعی) تشکیل شده است (شکل 2). این تکنولوژی باعث ایجاد یک اتصال ثابت مکانیکی بین المان ها و فشرده شدن o-ring ها در هنگام نصب می شود و درنتیجه یک اتصال محکم را در پی دارد.
شکل 2
این قطعات انتهایی (Endcap) که به صورت قالب زده هستند از جنس پلاستیک ABS می باشد. شکل 3 تصویر قطعات انتهایی در هم فشرده (Interlocking Endcap) به همراه o-ring های فشرده محوری را نشان می دهد.
شکل 3
از مزایای ممبران های تولید شده با تکنولوژی iLEC می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• به هم چسبیدن یکپارچه و قابل اطمینان همراه با طول عمر بالا
• نشت کم
• عملکرد بدون استفاده از روان کننده ها
• سازگاری رو به عقب
• پاسخگویی سریع
• کاهش افت فشار جریان تصفیه شده
• طراحی مکانیکی محکم و پایدار
• راحتی بارگذاری و باربرداری از المان
برای مشاهده انواع ممبران صنعتی در آب کالا کلیک کنید.
راهنمای فنی ممبران های اسمز معکوس فیلمتک
برای کسب اطلاعات کامل و فنی در رابطه با تمامی مدل های ممبران های اسمز معکوس فیلمتک می توانید از دفترچه راهنمای فنی که توسط کمپانی بزرگ DuPont منتشر شده استفاده کنید. فایل پی دی اف این دفترچه راهنما در ذیل قرار داده شده است.
دریافت فایل راهنما