Ce sunt membranele?
Membranele sunt filtre denumite si bariere selective al caror rol este sa separe particulele solide de lichidul sau gazul in care se gasesc sau chiar sa scoata din lichid anumite substante dizolvate sau nedizolvate (insolubile).
In functie de dimensiunea porilor, particulele mai mici vor trece, iar cele mai mari vor fi oprite. Cel mai comun exemplu este o sita care opreste tot ce este mai mare decat ochiurile sale, dar lasa sa treaca lichidul si particulele mai fine.
Care sunt cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate membranele?
Membranele organice sunt fabricate, in principal, din polimeri precum: polisulfona (PSU), polipropilena (PP), acetat de celuloză (CA), fluorura de poliviniliden (PVDF), polietersulfona (PES) si poliamida (PA), acid polilactic (PLA) sau ceramica pentru aplicatii la temperaturi inalte.
Membranele anorganice sunt, cel mai frecvent, fabricat din metal sinterizat sau alumina poroasa.
Care sunt domeniile de utilizare ale membranelor?
Apa este principalul beneficiar al membranelor, fie ca este vorba despre apa potabila, apa reziduala municipala, sau apa pluviala. De asemenea, apele uzate industriale sau apa necesara in productiile de finete precum cea farmaceutica, alimentara sau electronica folosesc diferite membrane.
Dar apa nu este singurul lichid filtrat prin membrane. Mai putem mentiona laptele, vinul, berea, sucurile din fructe si orice lichid de fermentatie.
De asemenea sunt utilizate si in industria chimica, in special a vopselurilor, adezivilor, etc.
Membranele se folosesc si in filtrarea particulelor solide din gaze.
Cum se folosesc membranele?
Lichidului sursa (care trebuie filtrat) i se aplica o presiune mai mare decat rezistenta membranei, astfel incat lichidul sa fie fortat sa treaca prin porii membranei.
Pentru a afla presiunea necesara, este util sa stim dimensiunea porilor membranei. Cu cat porii sunt mai mari, cu atat rezistenta membranei este mai mica si, proportional, presiunea necesara va fi mai mica. Si invers, porii mici cresc rezistenta si necesita o presiune mai mare.
Intotdeauna presiunea se va corela si cu debitul nominal. In aplicatiile care necesita debite mari, presiunea aplicata va fi mult mai mare comparativ cu aplicatiile casnice, spre exemplu.
Este important sa tinem cont de faptul ca debitul va fi sever afectat de utilizarea porilor foarte mici, compensarea putandu-se face, partial, utilizand presiuni mai mari si, total, prin adecvarea numarului necesar de membrane si a presiunii aplicate.
Care sunt principalele tipuri de membrane?
In functie de porozitatea acestora, principalele membrane sunt:
– microfiltrare: intre 0,1 si 10 microni
– ultrafiltrare: intre 0,01 si 0,1 microni
– nanofiltrare: intre 0,001 si 0,01 microni
– osmoza inversa: 0,0001 si 0,001 microni
Este important de stiut ca porii unei membrane nu sunt perfect egali in diametru. Chiar si in cazul celor mai bune membrane exista unii pori mai mari si altii mai mici. Calculul permeabilitatii se face in functie de porii cei mai mari pentru a asigura corectitudinea filtrarii.
Din pacate, in prea multe cazuri, producatorii sau vanzatorii declara porii cei mai mici ca fiind reperul de permeabilitate al membranei. De aceea este, la achizitia membranei este importanta buna reputatie a vanzatorului/producatorului.
Care sunt cele mai cunoscute tipuri de membrane?
Formele constructive sunt diverse, dar cele mai intalnite sunt:
- membranele in straturi concentrice
- plane
- plisate
- capilare (hollow fibers)
- de tip buzunar (pentru uzul laboratoarelor)
- rotunde (cunoscute si sub numele de PAD-uri, pentru uzul laboratoarelor)
- de tip lumanare
Care este geometria unei membrane?
Membranele sunt de mai doua tipuri, in functie de aplicatie (daca este casnica/comerciala sau industriala): perpendiculare si tangentiale.
Filtrarea perpendiculara
In cazul filtrelor casnice si comerciale (restaurante, baruri, etc) se folseste filtrarea perpendiculara, intrucat apa sursa este, de obicei, mai putin incarcata cu microparticule, comparativ cu apele industriale.
Avantajul acestui tip de filtrare este performanta mai buna comparativ cu filtrarea tangentiala folosita in industrie.
Dezavantajul este colmatarea mai rapida a membranei.
Principalele membrane de microfiltrare perpendiculara sunt de urmatoarele tipuri: plane, plisate, capilare (hollow-fiber), rotunde (pad-uri), lumanare si de tip buzunar.
Membranele plane sunt foarte rezistente si mai ieftine, insa au suprafata mult mai mica comparativ cu celel plisate sau capilare, deci, se vor colmata mult mai repede. Inlocuirea lor frecventa le face mai putin economice.
Membranele plisate sunt foarte rezistente si o suprafata incomparabil mai mare decat cea a membranelor plane, insa ceva mai mica decat a celor tubulare. Prezinta cel mai bun raport calitate-durabilitate-pret.
Membranele capilare (tubulare) au suprafata de filtrare cea mai mare, insa sunt mai fragile comparativ cu cele plane sau plisate. Intrucat sunt destul de usor de deteriorat de catre corpuri ascutite, ele necesita o monitorizare constanta si o inlocuire mai frecventa fata de cele plisate.
Filtrarea tangentiala
Este cea mai utilizata in aplicatiile industriale intrucat permite filtrarea de ape cu incarcatura mare de contaminanti, au o durata de viata mai mare si se pot spala in vederea reutilizarii.
Principalul dezavantaj este performanta ceva mai scazuta comparativ cu membranele perpendiculare.
Principalul tip de membrana tangentiala este cea cu straturi suprapuse.
Mai multe detalii despre membranele de filtrare pot fi gasite pe Wiki.