الفلترة

كان فن الترشيح معروفًا لدى البشر الأوائل، الذين حصلوا على مياه صافية من نهر موحل عن طريق حفر حفرة في الرمال على ضفة نهر إلى عمق تحت مستوى مياه النهر. سوف تتسرب المياه النقية التي يتم ترشيحها بواسطة الرمال إلى الحفرة. تُستخدم نفس العملية على نطاق أوسع ومع التحسينات بشكل شائع لتنقية المياه للمدن.

أمثلة على الفلترة:

في حين أنّ الفلترة هي تقنية فصل مهمة في المختبر، إلا أنّها شائعة أيضًا في الحياة اليومية. يتضمن تحضير القهوة تمرير الماء الساخن عبر البن المطحون وفلتر، إذ أن القهوة السائلة هي المرشح. يعتبر نقع الشاي متشابهًا إلى حد كبير، سواء كنت تستخدم كيس شاي (مرشح ورقي) أو كرة شاي (عادةً مرشح معدني).

الكلى هي مثال على مرشح بيولوجي، يتم تصفية الدم عن طريق الكبيبة، كما يتم إعادة امتصاص الجزيئات الأساسية في الدم. تستخدم مكيفات الهواء والعديد من المكانس الكهربائية مرشحات (HEPA) لإزالة الغبار وحبوب اللقاح من الهواء. تستخدم العديد من أحواض السمك مرشحات تحتوي على ألياف تلتقط الجسيمات. مرشحات الحزام تستعيد المعادن الثمينة أثناء التعدين. الماء في الخزان الجوفي نقي نسبيًا؛ لأنه قد تم ترشيحه من خلال الرمل والصخور النفاذة في الأرض.

المتطلبات الأساسية لعملية الفلترة أو الترشيح:

وسيط مرشح، سائل به جوامد عالقة، قوة دافعة مثل فرق الضغط لتسبب تدفق السوائل وجهاز ميكانيكي (المرشح) يحمل وسيط المرشح ويحتوي على السائل ويسمح بتطبيق القوة. قد يكون للمرشح شروط خاصة لإزالة عجينة المرشح أو الجسيمات الصلبة الأخرى، لغسل العجينة، وربما لتجفيف العجينة. تمّ الجمع بين الطرق المختلفة المستخدمة لمعالجة وإزالة العجينة، ولإزالة المرشح الموضح، ولإنشاء القوة الدافعة للسائل بطرق مختلفة لإنتاج مجموعة كبيرة ومتنوعة من معدات الترشيح.

وسائط عملية الفلترة:

يوفر وسيط المرشح الرقيق حاجزًا واحدًا تكون فيه الفتحات أصغر من الجسيمات المراد إزالتها من السائل. عادةً ما يكون وسيط المرشح الرقيق المنفرد مرضيًا إذا كانت طبقات الجسيمات الصلبة التي تتراكم على الوسط تنتج عجينة مسامية قابلة للاختراق للسائل. إذا كانت عجينة المرشح هلامية أو كانت الجسيمات طرية وقابلة للانضغاط، وليست متماسكة، فقد “تصبح عجينة المرشح” ؛ أي أنّ المسام الموجودة في الكعكة قد تغلق وتوقف الترشيح. في حالة حدوث ذلك، يمكن استخدام مساعد مرشح أو وسيط مرشح سميك مثل طبقة الرمل.

على عكس الوضع مع الوسط الرقيق، قد تكون المسام الموجودة في وسط مرشح سميك مثل طبقة الرمل أكبر بشكل ملحوظ من الجسيمات المراد إزالتها. قد تنتقل الجسيمات لمسافة معينة على طول المسار الملتوي للسائل عبر الوسيظ، ولكن عاجلاً أم آجلاً ستقع في شراك الفجوات الدقيقة بين الجسيمات التي تشكل طبقة المرشح. وبهذه الطريقة، يتم توزيع الجسيمات اللينة التي تمّت إزالتها على حجم وسط مرشح يكفي لمنع التعمية وإيقاف الترشيح. بعد تراكم المواد الصلبة، يمكن غسل الأسِرة بسائل صافٍ لتنظيف السرير.

قوة الفلترة:

سوف يمر السائل المراد ترشيحه عبر وسيط المرشح فقط إذا تمّ تطبيق بعض القوة الدافعة. قد تكون هذه القوة ناتجة عن الجاذبية أو الطرد المركزي أو تطبيق الضغط على المائع فوق المرشح، أو تطبيق الفراغ أسفل المرشح أو عن طريق مجموعة من هذه القوى.

يمكن استخدام قوة الجاذبية وحدها في المرشحات ذات القاعدة الرملية الكبيرة وفي الترشيح المختبري البسيط. يمكن اعتبار أجهزة الطرد المركزي التي تحتوي على وعاء بوسط مرشح مسامي كمرشحات يتم فيها استبدال قوة الجاذبية بقوة طرد مركزي عدة مرات أكبر من الجاذبية. إذا كان الترشيح المختبري صعبًا، فعادةً ما يتم تطبيق فراغ جزئي على الحاوية الموجودة أسفل وسط المرشح لزيادة معدل الترشيح.

أنواع الفلاتر:

يمكن تصنيف المرشحات وفقًا لطبيعة القوة الدافعة التي تسبب الترشيح (أي، مرشحات الجاذبية ومرشحات الضغط ومرشحات التفريغ). يتم وصفها أيضًا وفقًا للخصائص الميكانيكية (على سبيل المثال: مرشحات اللوحة والإطار والمرشحات الورقية ومرشحات الأسطوانة الدوارة ومرشحات التغذية العلوية والمرشحات من نوع القرص ومرشحات القاعدة الرملية ومرشحات الطلاء المسبق). قد تعمل المرشحات إمّا على دفعات أو على أساس مستمر.

مرشح الجاذبية هو أقدم وأبسط نوع. من بين المرشحات الأكثر شيوعًا مرشحات الجاذبية ذات القاعدة الرملية المثبتة في محطات مياه المدينة. تتضمن هذه المرشحات استخدام الخزانات التي عادة ما تكون مبنية من الخرسانة. في قاع الخزان يوجد قاع محزوز أو زائف؛ فوق هذا هو الحصى الخشن أو الصخور المكسرة ذات الحجم المتدرج؛ في الأعلى توجد طبقات من رمل الكوارتز ذات الحجم الموحد. في الترشيح الصناعي، يتم استخدام فحم الكوك المسحوق ذي الحجم المتدرج في الصناديق المبطنة بالرصاص لتصفية حامض الكبريتيك، ويستخدم الحجر الجيري المسحوق بحجم متدرج للسوائل القلوية، وتستخدم طبقات الفحم لتنقية السوائل العضوية عن طريق كل من الترشيح والامتصاص.

عادةً ما تستخدم مرشحات الضغط أو الفراغ في الصناعة بدلاً من مرشحات الجاذبية. القوة الدافعة التي يمكن توفيرها عن طريق الضغط أو الفراغ أكبر بكثير من الجاذبية، ممّا يسمح بمعدلات ترشيح أعلى. يتم تشغيل مرشحات الطبقة الرملية تحت ضغط في أوعية مغلقة لتقديم خدمة عالية السعة.

تُستخدم مرشحات الضغط بشكل روتيني في الحياة اليومية، كما هو الحال في المكنسة الكهربائية المزودة بكيس غبار أو مرشح ورقي أو محرك سيارة مزود بخرطوشة فلتر الزيت. تتضمن العديد من العمليات الصناعية ترشيح الملاط الذي يحتوي على تركيزات عالية من المواد الصلبة العالقة. تُفضل مرشحات الضغط أو الفراغ بوسط ترشيح رفيع مثل قماش الترشيح أو شبكة معدنية منسوجة لمثل هذه الخدمة؛ لأنّ طبقات المرشح تمتلئ بسرعة كبيرة عند استخدامها مع الملاط الذي يحتوي على نسبة عالية من المواد الصلبة.