وحدة مخبرية للترشيح الغشائي بالتدفق المتصالب

الترشيح المسدود يتوقف عندما توقفه الكعكة. أما الترشيح بالتدفق المتصالب فيُبقي التغذية تتحرك على سطح الغشاء لا داخله، فيحمل القص المواد الصلبة المتراكمة ويبقى التدفق ثابتاً عند مستوى لا تسمح به الكعكة أبداً. وهذا التغيير الواحد هو ما يجعل الترشيح الغشائي صالحاً لمحلول عملية يحمل مواد صلبة عالقة بنسبة مئوية، لا لتيار تلميع فقط.

الضغط يحدد التدفق حتى يتوقف عن ذلك

في الجزء الأول من المنحنى، مضاعفة الضغط عبر الغشاء تضاعف التدفق: تلك منطقة يتحكم فيها مقاومة الغشاء. ثم يستوي المنحنى، وتلك النقطة هي التدفق الحدي، حيث تصبح طبقة الاستقطاب كثيفة بحيث لا يدفع الضغط الإضافي ماءً أكثر. والعمل فوق الانكسار إنفاق طاقة على ضغط الكعكة لا على الترشيح.

ورفع التدفق الحدي لا يكون بالضغط بل بسرعة التدفق المتصالب التي تكنس الطبقة. ولهذا تعطي الوحدة 1–4 m/s، ولهذا فتدفق إعادة التدوير هو الرافعة الحقيقية: يُضبط الضغط للعمل تحت الانكسار قليلاً لا فوقه.

اختيار القطع

يُختار القطع بما يجب احتجازه لا بما يجب تمريره. لتوضيح محلول فيه غرويات وجبس ناعم تكفي الميكروترشيح 0,14–1,4 µm؛ ولفصل البروتينات أو السكريات المتعددة يلزم التراشح الفوقي 1–300 kDa؛ ولإزالة الأيونات يلزم التراشح النانوي أو التناضح العكسي، وهما خارج نطاق هذه الوحدة.

والمادة تعني بقدر ما يعني القطع. السيراميك الأنبوبي يتحمل pH 0–14 وحتى 95 °C ويُنظَّف بالصودا والحمض ساخناً دون تلف؛ والبوليمري عند pH 2–12 و60 °C أرخص للمتر المربع ويسمح بقطع أضيق، لكن نظام تنظيفه ألطف. والسؤال الذي يحسم عادةً هو نظام التنظيف لا حجم المسام.

التنظيف جزء من التصميم لا إضافة

لا يتسخ الغشاء بالكعكة وحدها: يتسخ بالامتزاز — عضوي وحديد وسيليكا — وبانسداد المسام بالغرويات الناعمة. وكل منها يُزال بكاشف مختلف، ولهذا يجب تحديد بروتوكول التنظيف قبل الشراء لا بعده: صودا للعضوي، وحمض لغير العضوي، وتسلسل لا يجعل أحدهما يعطّل الآخر.

والاختبار التشخيصي هو مقارنة التدفق بالماء النقي بعد كل تنظيف. فإن لم يعد التدفق بالماء إلى قيمته الأصلية فالانسداد داخلي والتنظيف لا يصل إليه؛ وإن عاد التدفق بالماء ولم يعد بالمحلول فالمشكلة استقطاب ويجب رفع السرعة.

ما يجب قياسه

• التدفق بالماء النقي في البداية وبعد كل تنظيف: وهو خط أساس صحة الغشاء.
• التدفق بالمحلول عند ثلاثة ضغوط، لتحديد الانكسار وعدم العمل فوقه.
• عامل التركيز المحقق وجودة الراشح عنده، لا في البداية فقط.
• استعادة المذاب في الراشح، وهو ما يقرر إن كانت المرحلة توضيحاً أم فصلاً.
• استهلاك كاشف التنظيف لكل متر مكعب مرشَّح، وهو في الخدمة القذرة قد يتجاوز بند الطاقة.
• فقدان الضغط في الوحدة، الذي ينذر بانسداد القنوات قبل فقدان التدفق.

والحدّ العملي للتركيز عامل من 5 إلى 20 حسب التيار. وفوق ذلك يهبط التدفق وتكون الخطوة الصحيحة التبخير أو التبلور: فعمل الغشاء تقليل الحجم الذي سيُبخَّر لا استبدال التبخير.