پایان نامه ارشد رایگان درمورد انعطاف پذیری، آلودگی محیط زیست، هزینه تولید

اولیه غشا دوباره حاصل نمی‌شود، مگر با استفاده از شستشوهای شیمیایی همچون شستشو با اسیدها و بازهای قوی و شستشو با مواد شوینده و یا با استفاده از روشهای فیزیکی همچون شستشو در جهت عکس با فشار بالای آب22 که در این صورت مقادیری از افت شار قابل بازگشت خواهد بود ]31[. مسدود شدن غشا می‌تواند به اشکال مختلف صورت پذیرد که عبارتند از:
جذب روی سطح غشا: با توجه به تمایل فیزیکی و شیمیایی ما بین برخی از مواد حل‌شونده در محلول (همچون پروتئینها و یا رنگینه‌های نساجی) از یک سو و غشاهای پلیمری از سوی دیگر، مواد حل‌شونده می‌توانند بر روی سطح تأثیر گذاشته، حتی در درون روزنه‌های غشا جذب شوند. در اثر جذب، تعداد و یا اندازه روزنه‌های غشا کاهش یافته که در نهایت کاهش شار جریان عبوری از غشا را خواهیم داشت.
گرفتگی روزنه‌های غشا: با توجه به اندازه روزنه‌های غشا و اندازه مولکولهای موجود در محلول، احتمال مسدود شدن جزئی یا کامل روزنه‌های غشا هنگام عبور محلول وجود داشته که این اتفاق به شرایط هیدرودینامیکی حاکم بر عمل فیلتراسیون بستگی دارد.
تشکیل رسوب: بر خلاف مواد محلول، ذراتی که به صورت سوسپانسیون در محلول هستند، قدرت نفوذ ناچیزی را دارا می‌باشند. بنابراین هنگام تجمع این مواد در اثر نفوذ و عبور حلال از سطح غشا، این ذرات که به شکل سوسپانسیون می‌باشند و دارای اندازه خیلی بزرگتر از قطر روزنه‌های غشا هستند، نمی‌توانند به داخل محلول احتباس شده نفوذ کرده، به عقب برگردند و بنابراین باعث تشکیل رسوب در سطح غشا می‌شود. این رسوب تشکیل شده مشابه یک لایه اضافی روی غشا عمل نموده، در مقابل انتقال مواد از سطح غشا مقاومت می‌نماید ]32[.
تشکیل ژل: با افزایش فشار و عبور حلال از روی غشا، غلظت در سطح غشا افزایش می‌یابد، به طوری که از حلالیت ترکیبات ماکرو مولکولی در آن قسمت کاسته می‌شود. بنابراین با کاهش حلالیت، یک لایه ژلی (لایه کیکی23) در سطح غشا تشکیل می‌شود. در این حالت سرعت نفوذ ثابت نخواهد ماند و سیستم با یک مقاومت در مقابل انتقال مواد مواجه می‌شود ]33[.
جرم گرفتگی24: جرم گرفتگی، پدیده ناشی از رسوب نمکهای معدنی همچون کربنات کلسیم، کربنات منیزیم، هیدروکسید منیزیم و سولفات کلسیم در سطح و درون حفره‌های غشا، در اثر عبور مواد حل‌شونده است. در تمامی حالات بالا، وقوع این پدیده‌ها باعث تغییر در عملکرد فیلتراسیون یعنی میزان احتباس و نفوذپذیری غشا می‌شود ]30[.
1-7-10 روش های جلوگیری و یا کاهش گرفتگی غشا
1-7-10-1 انتخاب غشا مناسب
جنس غشا، حفره های غشا، ساختار غشا، ضخامت غشا و خواص سطحی آن می‌تواند بر گرفتگی غشا اثر بگذارد.
1-7-10-2 پیش تصفیه سیال ورودی به غشا
یعنی مواد موجود در سیال را یا با استفاده از یک صافی یا حتی با استفاده از سیستم غشایی که اندازه منافذ آن بزرگتر از غشایی است که میخواهیم فرآیند را توسط آن غشا انجام دهیم، حذف کنیم. به عنوان مثال، استفاده از فیلتر شنی برای سیال ورودی به MF ،که در این حالت تراوش آن میتواند به عنوان خوراک برای فرآیندهای UFو یا RO استفاده شود.
1-7-10-3 بهبود شرایط عملیات
که شامل اختلاف فشار، سرعت جریان عرضی و ایجاد اغتشاش در سیال است
1-7-10-4 اصلاح سطح غشاهای ساخته شده
اصلاح سطح غشاهای موجود، به عنوان راهی موثر و عاملی برای توسعه ضدگرفتگی کردن غشا در نظر گرفته شده است. مقالات بسیاری مربوط به اصلاح سطح غشاها و بهبود مورفولوژی سطح و خواص آن وجود دارد. اصلاح سطح به دو روش شیمیایی و فیزیکی محدود می‌شود. در ادامه آنچه را که در این مطالعه اهمیت دارد و مورد استفاده قرار گرفته است شرح داده می‌شود
1-7-10-4-1 روش فیزیکی
جذب سطحی:جذب فیزیکی یک روش ساده برای اصلاح ساختار سطوح پلیمری است. برخی از محققین استفاده از این روش را برای تغییر خواص سطوح غشاهای مورد استفاده در تصفیه آب به تصویب رساندند. علاوه بر سورفاکتانتها، پلی الکترولیتهای باردار نیز برای اصلاح سطح غشاهای نانوفیلتراسیون استفاده می شوند ]34[.
1-7-10-4-2 روش شیمیایی
عملیات آبدوست کردن: عملیات آبدوست کردن سطح غشا به دلیل رسوبات آبگریز بسیاری که در طبیعت هستند، به نفع افزایش مقاومت در برابر رسوب میباشد. گوجان25 و همکاران از برخی عوامل آبدوست کردن مانند سدیم هیدروکسید، لیتیم هیدروکسید و پتاسیم هیدروکسید برای اصلاح سطح غشا استفاده کرده‌اند. روش پیشنهادی بسیار ساده و به راحتی قابل انجام است. با این حال غلظت باز مورد استفاده و مدت زمان قرار گرفتن در معرض باز برای جلوگیری از شکست ساختار پلیمری، که در کاهش احتباس نمک را نتیجه می‌دهد، باید به خوبی کنترل شده باشد]38،35[.
1-7-11 تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون ترکیبی با استفاده از ذرات معدنی
جدای از اصلاح کننده آلی، یکی دیگر از روشهای مهم در توسعه ضدگرفتگی کردن غشاهای نانوفیلتراسیون، اتصال ذرات معدنی در مقیاس نانو به غشا است. این فرآیند خواص مهم غشاهای مرسوم پلیمری (عملکرد بالای نمک زدایی، انعطاف پذیری و سهولت ساخت) را با برتری‌های منحصر به فرد غربال مولکولی (آبدوستی تنظیم پذیر، چگالی بار، ساختار منافذ، پایداری حرارتی و مکانیکی) ترکیب میکند. برای ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون ترکیبی آلی/ معدنی میتوانند ذرات معدنی را به صورت مستقیم بر روی سطح غشا رسوب دهند و یا ذرات معدنی را درون ساختار غشا از طریق فرآیند پلیمریزاسیون بینسطحی متصل کنند. معمولاً ذرات معدنی مورد استفاده TiO2، SiO2، زئولیت و نانوذرات نقره و همچنین مواد مزو حفره26 هستند ]36[.
1-7-11-1 رسوب ذرات معدنی بر روی سطح غشا به صورت مستقیم
با فرو بردن غشای خام اولترافیلتراسیون آروماتیکی به درون محلول کلوئیدی TiO2، غشای آروماتیکی ترکیبی آلی/معدنی ساخته میشود. نانوذرات TiO2 بر روی سطح غشا به صورت خود آرایی از طریق هماهنگی و تعامل بین پیوندهای هیدروژنی H- با گروههای عاملی –COOH در سطح غشا متصل میشوند]37[.
1-7-11-2 قرار گرقتن نانوذرات در ماتریکس غشا
نانوذرات تیتانیوم دی اکسید به عنوان یک نیمه رسانا دارای خواص فوتوکاتالیستی و افزایش آبدوستی می‌باشد. در صورت اضافه کردن نانوذرات به ماتریکس غشا مقاومت مکانیکی آن افزایش می‌یابد که این امر به دلیل وجود پیوند هیدروژنی بین پلیمر و نانوذرات می‌باشد. تمامی مطالعات گذشته نشان می‌دهد، نانوذرات TiO2 فعل و انفعال خوبی با پلیمرها دارند]39[.
1-7-12 روشهای کاهش گرفتگی
به خاطر پیچیدگی پدیده، روشهای متنوعی برای کاهش پدیده گرفتگی وجود دارد که روشها شامل اعمال گرما، تنظیم pH، افزودن عوامل کمپلکس دهنده (مثل EDTA)، کلریناسیون، جذب روی کربن فعال و روشهای شیمیایی است. در این نوع روشها، قبل از این که محلول خوراک در تماس با غشا قرار گیرد، یک سری کارها روی آن انجام میشود تا بسیاری از عواملی که جداسازی آنها مورد نظر نیست، ولی در محلول وجود دارند، حذف شوند و یا با این تکنیک میزان غلظت ماده مورد نظر برای جداسازی به حداقل برسد تا پدیده گرفتگی کاهش یابد. مثلاً با اعمال pH ایزوالکتریک در فیلتراسیون پروتئینها، میتوان گرفتگی آنها را کاهش داد، زیرا پروتئینها در نقطه ایزوالکتریک خنثی هستند و برهمکنشهای هیدروفوبیک آن ها با غشا کاهش مییابد ]40[.
انتخاب کردن نوع مواد تشکیل دهنده غشا از جمله مواردی است که میتواند باعث کاهش پدیده گرفتگی شود. میدانیم که پدیده گرفتگی در غشاهای متخلخل بیشتر از غشاهای چگال و غشاهای گازی است و در نتیجه هرچه اندازه منافذ کوچکتر، گرفتگی کمتر خواهد بود ]41[.
پدیده گرفتگی می تواند با کاهش پدیده پلاریزاسیون کاهش یابد. پدیده پلاریزاسیون غلظت میتواند با افزایش ضریب انتقال جرم و استفاده از غشاهای با دبی کمتر کاهش یابد. همچنین استفاده از غشاهای لوله ای میتواند باعث کاهش گرفتگی شود ]41[.
1-7-13 تمیزسازی
عملکرد نادرست غشاهای اولترافیلتراسیون را به صورت ناقص میتوان با روشهای مناسب تمیز کردن، احیا کرده و غشا را بازیابی کنیم اما باعث کاهش طول عمر غشا و افزایش هزینههای عملیاتی و کل میگردد ]34[. مهمترین و پرکاربردترین روش برای از بین بردن مواد چسبیده به غشا در طی فرآیند فیلتراسیون تمیزسازی میباشد. روش های تمیزسازی شامل تمیزسازی هیدرولیکی، تمیزسازی مکانیکی، تمیزسازی شیمیایی و تمیزسازی الکتریکی هستند. انتخاب روش تمیزسازی متناسب با شکل هندسی، نوع مدول غشا، مقاومت شیمیایی غشا و نوع ماده ایجاد کننده گرفتگی میباشد ]41[.
1-7-13-1 تمیزسازی هیدرولیکی
در این روش، یک جریان برگشتی روی غشا منفذدار انجام می‌شود که در آن فشار برخلاف سطح غشا (از پشت غشا و یا از روی سطح غشا) به آن اعمال و آب خالص با عبور از آن، مواد جذب شده یا به دام افتاده را به بیرون می راند که در شکل 1-19 اصول کار آن آمده است.
شکل 1- 18 شماتیکی از تمیزسازی هیدرولیکی غشاهای دارای گرفتگی ]42[
1-7-13-2 تمیزسازی مکانیکی
این روش شامل استفاده از گلولههایی برای عبور از سیستم غشاهای لولهای است.
1-7-13-3 تمیزسازی الکتریکی
در این روش با اعمال یک میدان الکتریکی در غشا که باعث میشود ذرات یا ملکول‌های باردار از سطح غشا به بیرون مهاجرت کنند. این روش برای غشاهای بارداری که در ماژولهای خاصی قرار دارند به گونهای که بتوان الکترودها را در آن تعبیه کرد، کارآیی دارد.
1-7-13-4 تمیزسازی شیمیایی
این نوع تمیزسازی مهمترین و پرکاربردترین روش تمیزسازی برای کاهش گرفتگی است. در این روش از عوامل شیمیایی برای از بین بردن مواد چسبیده به غشا بهره میبرند که این عوامل میتوانند آلی، معدنی و یا بیولوژیکی باشند.
غشاهای اصلاح شده، در صنایع مختلفی از جمله، صنایع لبنی و صنایع آب و فاضلاب، کاربرد فراوانی دارند. با وجود این دستاوردها، هنوز هم برخی از مسائل و چالشهای پیش روی ضدگرفتگی کردن غشاهای اولترافیلتراسیون وجود دارد. در مرحله اول، بسیاری از روشهای توسعه در حال حاضر به دلیل هزینههای بالا، روش عملیات پیچیده و یا مشکل در پوسته پوسته شدن به پژوهشهای علمی محدود شدهاند و تنها چند روش برای استفاده تجاری آماده هستند. در مرحله دوم، مطالعات و توجه بیشتری در آزمایشهای میزان رسوب در طولانی مدت باید انجام شود و میزان پایداری غشاهای اصلاح شده باید در عملیاتهای واقعی تایید شود. در واقع، خاصیت ضدگرفتگی غشا از طریق برخی از اصلاحات فیزیکی مانند جذب سطحی و یا حتی پوشش سطحی، ممکن است به راحتی در عملیات دراز مدت با توجه به از دست رفتن اصلاحگر تخریب شود. به طور کلی، پیوند شیمیایی کووالانسی بین غشا و اصلاحگر نسبت به ترکیب فیزیکی بسیار قویتر و کاربردیتر است. با این حال، در روشهای اصلاح شیمیایی معمولا تجهیزات خاص و یا مواد شیمیایی مورد نیاز است. این مسئله هزینه تولید را افزایش میدهد و باعث آلودگی محیط زیست میشود. ثالثاً، مطالعات اندکی در رابطه با ثبات اصلاحگر روی سطح در عملیات تمیز کردن متمرکز شده است. در واقع، تمیز کردن غشا یک فرآیند ضروری در استفاده از غشا است. محیطهای تمیزکاری اسیدی، قلیایی و یا سایر محیطهای تمیز کردن ممکن است باعث تخریب اصلاحگر شود که باید در برنامه عملی در نظر گرفته شود.
در آخر از حیث ترتیب، اما نه از حیث اهمیت، حتی برای غشاهای ضدگرفتگی شده، رسوب به طور کامل حذف نمیشود. هیچ غشایی تحت هیچ شرائطی از دست رسوب در امان نیست. انتخاب و استفاده از غشا باید بر اساس نوع رسوب در محلول تغذیه و خوراک باشد. علاوه بر این، برخی از اقدامات دیگر مانند بهینه سازی ماژول طراحی، پیش تصفیه مناسب و

مطلب مشابه :  منابع و ماخذ پایان نامهکسب و کار، نرم افزار، سرعت پردازش

دیدگاهتان را بنویسید