Çapraz akışlı filtrasyon teknolojisi

Çapraz Akışlı Filtrasyon Teknolojisi. Bir sıvının içerdiği farklı molekül ya da partikül boyutlarında çözülmüş ya da dağılmış bileşenler farklı boyutlarda gözenekleri olan membranlar kullanarak ayrı sıvı akımlarına ayrılır. Membran filtrasyon yarı geçirgen bir membran kullanılarak bir sıvının iki akışa ayrılması teknolojisidir.

Membran ayırma tekniği, düşük maliyetli olması ve küçük çevresel ayak izi nedeniyle enerji verimli su arıtımını güçlü bir şekilde ileriye taşır.

Mikrofiltrasyon özellikle yağ damlacıklarının boyutları mikron boyutlarda büyükse emülsiye yağlı atık suları arıtmak için geleneksel tekniklerin yetersiz kaldığı durumlarda cazip bir yoldur. Tanudjaja ve ark. mikrofiltrasyon da yağ içinde su emulsiyonunun çapraz akış hızının yağ ve tuz konsantrasyonunun kritik akışa etkilerini incelemişlerdir. Çalışmalarında su içinde çeşitli yağ emülsiyonları ve tuz konsantrasyonlarda ve çeşitli çapraz akış hızlarında Membran Yoluyla Doğrudan Gözlem tekniğini kullanarak kritik akış hızını karakterize etmişlerdir. Bulguları, mikrofiltrasyonda su içinde yağ emülsiyonlarının benzersiz kirlenme davranışlarını ortaya koymaktadır.

Geçmişi

Çapraz akışlı filtrasyon sisteminin tarihsel gelişimini incelerken suyun filtrasyonunun tarihsel gelişiminin incelenmesi gerekir. Amerikan Su İşleri Derneği tarafından basılan The Quest for Pure Water: The History of Water Purification from the Early Records to the Twentieth Century adlı bir kitapta, yazarlar M.N. Baker ve Michael Taras, saf içme suyu arayışının tarih öncesi çağlarda başladığını belirtir. Hijyen ve sağlık gereksinimleri ile suların arıtımı en eski tarihlerden beridir gerçekleştirilmektedir. En eski çağlarda bile basit su filtreleme için bazı bitkiler ve fırça vb. malzemeler kullanılmıştır. İlk kez seramik filtrelerin kullanımına MÖ 2000li yıllarda Eski Mısır'da rastlanmıştır. Eski Mısırlılar, gözenekli kil kaplardan yapılan ilk seramik filtreleri kullandılar.

Galen ve Hipokrat'ı gösteren 12. yüzyıl duvar resmi

M.Ö. 500’den sonra, Hipokrat, suyun şifa verme gücünü keşfetti ve “Hipokrat Kılıf” adı verilen ilk torba filtresini buldu. Bu sayede kötü tat veya kokulara neden olan tortuları filtreden geçmesi engellendi. M.Ö. 300-200 yılları arasında Roma, şehirlerin ve sanayi bölgelerinin su ihtiyacını karşılamak için su kemerlerini inşa etmeye başladı. Arşimet ise su vidasını icat etti. Su vidası, suyun daha yüksek bir yere taşınması için kullanıldı ve bu vida şu an birçok modern endüstriyel pompa için temel oluşturmaktadır (https://rainwater.com.tr/su-aritma-tarihi 23 Kasım 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.).

17. yüzyılda, Lucas Antonius Portius adında bir İtalyan doktor, Soldier’s Vade Mecum adlı yazılarında çoklu kum filtreleme yönteminin ayrıntılarını verdi. Bu yöntemde, her biri bir yukarı akış filtresi ve bir aşağı doğru akış filtresi olan üç çift kum filtresi kullanıldı. 17. ve 18. yüzyıllar arasında, filtreleme birçok topluluk için tercih edilen su arıtma yöntemi haline geldi.

1703'te Fransız bilim adamı La Hire, Fransız Bilimler Akademisi'ne Paris'teki her evde bir yağmur suyu sarnıcı ve bir kum filtresi olmasını önerdi. (https://www.freedrinkingwater.com/resource-history-of-clean-drinking-water.htm 11 Kasım 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.).

1960 larda keşfedilen ve kullanımına başlanmış olan çapraz akışlı membranlar, endüstride geniş kullanım alanlarına sahiptir. Çapraz akış filtrasyonunda; akışkanın büyük kısmı filtre içinden geçmek yerine, filtre üzerinden yüzeysel geçmektedir. Filtreleme ve ayırma, teknolojideki atılımlar sayesinde çok daha verimli filtreleme oluşturmamıza ve kirlilik, sürdürülebilirlik ve kaynak kıtlığı gibi küresel zorluklarla daha iyi yüzleşmemize izin verdiği iki alandır.

Çalışma biçimi

Basınçtaki bir değişiklik membran gözeneklerinden küçük olan bileşenlerin "permeat" olarak membrandan geçmesini sağlar. Geriye kalan bileşenler "retentat" olarak tutulur. Membrana paralel hareket eden büyük bir akış membran yüzeyinin süreç boyunca tıkanmasını engeller. Buna çapraz akışlı filtrasyon denir. Kapalı uçlu filtrasyonun aksine çapraz akışlı filtrasyon filtre tıkanması olmadan tutarlı filtre özellikleriyle filtrasyon sürecinin kesintisiz olarak devam etmesini mümkün kılar. Çapraz akışlı filtrasyonda akışın büyük bir kısmı filtrenin içinden geçmek yerine filtre yüzeyine teğet geçer. Çapraz akışlı filtrasyon cihazları, bitişik filtrat kanallarını ayıran bir filtreleme mekanizmasına sahip merkezi bir numune kanalından oluşur. Bu tekniğin ilk mikroakışkan enkarnasyonu 1996 yılında Brody ve arkadaşları tarafından önerildi. Bu cihazda, üçgen gözenekler, iki mikro-akışkan kanal arasında silikon içine kazındı. Brody, bir örnekten 16 μm boyutlu partikülleri çıkarma yeteneğini gösterdi ve teorik olarak, bu teknik 0,1 μm kadar küçük parçacıkları filtreleyebilirdi. Bu yöntem, dar kenardan kenara aralıklı sütun sıraları veya sığ yan kanallar kullanılarak polimerik mikro cihazlara uyarlanmıştır. Her iki durumda da, özellikler arasındaki boşluk arka plan parçacıklarından daha büyük ve hedef hücrelerden daha küçüktür. Bir sütun tipi çapraz akış filtreleme cihazı kullanarak Chen ve meslektaşları, kırmızı kan hücrelerinin% 82,3'ünü tam kandan çıkarabildiler. (Sano ve ark.,2012)