فیلتر و فیلتراسیون چیست و چه کاربردهایی دارد؟

فیلتراسیون جداسازی مواد بر اساس کیفیت های مختلف فیزیکی و شیمیایی آنها به وسیله ی فیلتر است. به طور خلاصه ما فیلتراسیون را به عنوان حذف ذرات جامد از محلول ها می شناسیم. معمولاً در این فرآیند از ابزاری استفاده می شود که دارای منافذ بوده و به ما اجازه می دهد تا قسمت مایع را عبور دهیم.  کاغذ ، شن و پارچه برخی از این ابزارها هستند.

تاریخچه کاربرد فیلتراسیون

اولین تلاش های ثبت شده برای یافتن یا تولید آب خالص به ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح برمی گردد. در نوشته های اولیه سانسکریت روش هایی برای تصفیه آب ذکر شده است. این روش ها از جوشاندن یا قرار دادن وسایل فلزی داغ در آب قبل از نوشیدن آن گرفته تا فیلتر آب از طریق شن و ماسه یا فیلترهای زغال چوب متغیر بوده است .این نوشته ها حاکی از آن است که انگیزه اصلی در تصفیه آب تهیه آب آشامیدنی با مزه بهتر بوده است.

قرن ها بعد ، بقراط شروع به انجام آزمایش هایی در رابطه با تصفیه آب کرد. این فیلتر بعداً به “آستین بقراط” معروف شد زیرا کیسه ای پارچه ای بود که ابتدا بقراط آب را جوشانده سپس درون این کیسه میریخت و آب را از آن عبور می داد. پارچه می توانست رسوبات ایجاد شده در اثر حرارت را در خود به دام بیندازد.

سال ۱۶۲۷ میلادی بود که جهان شاهد پیشرفت های بیشتری در فناوری فیلتراسیون آب بود. سر فرانسیس بیکن اولین دانشمندی بود که آب شیرین کن را کشف کرد. آزمایشات و مطالعات وی به این نتیجه رسید که اگر آب دریا از طریق شن و ماسه نفوذ کند ، نمک حذف می شود. تلاش های وی برای شیرین سازی آب موفقیت آمیز نبود ، اما زمینه را برای تحقیقات بیشتر در این زمینه فراهم کرد.

هنر تصفیه برای انسان های اولیه شناخته شده بود ، آنها با کندن یک گودال و پاشیدن شن و ماسه در حاشیه رودخانه تا عمق زیر سطح آب رودخانه ، آب زلال رودخانه را دریافت می کردند. آب صافی که توسط شن و ماسه فیلتر می شد به داخل گودال می ریخت همین فرآیند در مقیاس بزرگتر در حال حاضر برای تصفیه آب برای شهرها استفاده می شود.

مفهوم فیلتراسیون

اهداف اصلی فیلتراسیون

جداسازی مواد معدنی مانند طلا کاربرد اساسی فیلتراسیون در جهان بوده است. از طرف دیگر تصفیه فاضلاب نمونه ای از هدف دوم است. هر چند لزوماً به این معنی نیست که فیلتراسیون فقط برای جداسازی مایعات به کار می رود. از فیلتراسیون برای جداسازی گازها نیز استفاده می شود.

انواع فیلترها

فیلترها ممکن است بر اساس ماهیت نیروی محرکه ای که باعث فیلتراسیون می شود، طبقه بندی شوند (یعنی فیلترهای ثقلی ، فیلترهای فشار و فیلترهای خلاء) آنها همچنین با توجه به مشخصات مکانیکی (به عنوان مثال به فیلترهای صفحه و قاب ، فیلترهای کاغذی، فیلترهای درام چرخشی ، فیلترهای تغذیه ولتاژ بالا ، فیلترهای دیسکی و فیلترهای بستر شن) دسته بندی می شوند. فیلترها ممکن است به صورت دسته ای یا مداوم کار کنند . فیلتر ثقلی قدیمی ترین و ساده ترین نوع فیلتر است.
فیلتراسیون به اندازه منافذ بستگی دارد ، هرچه منافذ کوچکتر باشند می تواند ذرات بیشتری را از بین ببرد ، اما همچنین انرژی بیشتری برای انتقال مایع از طریق آن لازم است. اندازه منافذ می توانند به اندازه ۰.۰۱ میکرومتر باشند که به اندازه کافی برای جلوگیری از عبور ویروس ها کوچک است اما پروتئین های کوچکتر هنوز هم می توانند عبور کنند. حتی فیلترهای واقعاً کوچکی به نام فیلترهای نانو وجود دارند که ویروس ها ، پروتئین ها و برخی سموم را حذف می کنند.
برای فیلتراسیون تکنیک های خاصی مورد نیاز است. مثلا اگر ماده فیلترشده بسیار فشرده ، ژلاتینی یا لغزنده باشد و تمایل به کور کردن فیلتر داشته باشد برای رفع این مشکل از یک فیلتر بعلاوه مواد جامد متخلخل استفاده می شود .

فیلتر و فیلتراسیون

مزایای کاربرد فیلتراسیون

  • نسبتاً ارزان است ، به جز مواردی که نیاز به فیلتر با منافذ بسیار کوچک می باشد.
  • فیلترها به راحتی مسدود نمی شوند.
  • برای سیالات حساس به گرما مناسب است زیرا فیلترها از گرما استفاده نمی کنند.
  • فیلتر ها می توانند حجم زیادی از سیالات را با سرعت منطقی فیلتر کنند.

معایب فیلتراسیون

  • فیلترها فقط می توانند برای مایعات و گازها مورد استفاده قرار بگیرند.
  • اتوکلاو معمولاً ارزان تر از فیلتراسیون است زیرا جایگزینی فیلترها ، به ویژه فیلترهای نانو ، گران قیمت است.
  • فیلترهای شیشه ای بسیار شکننده هستند و می توانند به راحتی خرد شوند.
  • فیلترهای غشایی به راحتی پاره می شوند.
  • گرفتگی ممکن است رخ دهد و روند آن طولانی است.

فیلتراسیون در تهویه مطبوع

ذرات موجود در جریان هوا دارای ابعاد و سایزهای متفاوتی هستند. این ذرات می توانند از ذرات گرد و غباری که در نور خورشید دیده می شوند تا ذرات بسیار ریزتری متفاوت باشند. از همین رو است که اغلب در طراحی و اجرای سیستم های تهویه مطبوع از چندین لایه فیلتراسیون با انواع فیلترهای هواساز استفاده می شود.

تقسیم بندی فیلترها بر اساس بازدهی آنها انجام می گیرد و شامل موارد ذیل است:

تقسیم بندی فیلتراسیون بر اساس بازدهی
نمودار تقسیم بندی فیلتر ها
جدول1

انواع فیلترها

فیلترهای تمام فلزی

فیلترهاي تمام فلزي قابل شستشـو می باشند و عموماً به عنوان پیش فیلتر در اولین ردیف فیلتراسیون در هواسازها نصب می گردند، بستر فیلتر از توري هاي مختلف با چشـمه هاي متفاوت، چین خورده و تخت (از شبکه هاي درشت به ریز) تشکیل شده است تا ذرات درشت و معلق در هوا را (از50 میکرون به بالا) به صورت مطلوب جذب نماید.

جدول2

مشخصات فنی

  • اولین بستر فیلتر در تهویه مطبوع
  • راندمان: G2 مطابق با استاندارد 2012: EN779
  • تمام فلزي (گالوانیزه، آلومینیوم، استنلس استیل و…)
  • افت فشار کم، عمر طولانی، قابلیت شستشو
جدول 3

فیلترهای کفی چین خورده اولیه

فیلترهاي کفی چین خورده G4 فیلترهاي یکبارمصرف با مدیاي سنتتیک و به عنوان پیش فیلتر در هواسازها به کار    می روند. مدیاي فیلتر با توري نگهدارنده ي مخصوص به صورت V شکل چین خورده و در قاب هاي مقوایی یا فلزي جاي می گیرد، سطح مدیای چین خورده در قاب هاي مقوایی بیش از 75 %و در قاب هاي فلـزي بیش از 98 % از جریان هواي عبوري را از خود عبور می دهد.

فیلتر های کفی چین خورده اولیه
فیلتر های کفی چین خورده اولیه

 مشخصات فنی

  • پیش فیلتر در فیلترهاي با راندمان بالاتر و یا به عنوان فیلتر اصلی
  • راندمان G3 و G4 مطابق با استاندارد 2012 : EN779
  • با فریم هاي مقوایی، گالوانیزه، آلومینیوم، استنلس استیل
مشخصات فنی فیلتر کفی چین خورده اولیه

ادامه ی این مبحث در مقاله ی بعدی ارائه خواهد شد.