پایان نامه ارشد رایگان درمورد مصرف انرژی، نفوذپذیری، افزایش بهره‌وری

میکروفیلتراسیون استفاده کرده‌اند، مشاهده نمودند که حضور این پلیمر باعث ایجاد گرفتگی در غشاهای به کاربرده شده می‌شود]18[. شکل 1-7 گرفتگی در غشاهای پلی‌سولفون (PSF) در اثر استفاده از پلی‌اکریل‌آمید را نشان می‌دهد.
شکل 1-7: گرفتگی در غشاهای PSF در اثر جداسازی پلی‌اکریل‌آمید]18[
اما به طور اختصاصی آنچه که هدف این مطالعه بوده‌است کاهش فرآیند فلوتاسیون زغالشویی در پی حضور پلی‌اکریل‌آمید اضافی در پساب می‌باشد.
همانطور که پیش‌تر عنوان شد مهمترین بخش در کارخانه زغالشویی سلول‌های فلوتاسیون هستند جایی که در اثر اختلاف دانسیته جداسازی زغال مرغوب از باطله جدا صورت می‌گیرد. حال حضور این پلیمر در آب برگشتی به کارخانه، باعث شده تا ذرات زغال مرغوب که دانسیته کمتری نسبت به باطله دارند، به یکدیگر بپیوندند و در اثر افزایش وزن و دانسیته، از انتهای سلول به همراه باطله خارج شوند. طبق محاسبات واحد کنترل تغلیظ کارخانه زغالشویی پروده میزان کاهش بازدهی فلوتاسیون بیش از 2% بوده‌است، که در صورت حذف این ماده از پساب، به طور کلی بازدهی کارخانه به میزان 1% افزایش می‌یابد.
1-5 روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید
فرایند جداسازی عکس عمل اختلاط است و فرآیند اختلاط در راستای قانون دوم ترمودینامیک صورت می‌گیرد. برای تفکیک نیاز به انرژی زیادی است. بنابراین انرژی در فرآیندهای اختلاط، نقش مهمی ایفا می‌کند. برای حذف پلی‌اکریل‌آمید از پساب دو روش عمده وجود دارد. نخست با استفاده از فرایند جذب سطحی به کمک جاذب های جامد و دوم به کمک فرایندهای غشایی.
در این بخش ابتدا به طور اجمالی جذب پلی اکریل‌آمید بر روی جاذب های سطحی و سپس به وسیله غشاهای موجود بررسی می‌شود.
1-6 جذب پلیمر با جاذب های سطحی
جذب سطحی یک فرآیند جداسازی است که در آن برخی از اجزا فاز سیال به سطح یک جاذب سطحی جامد منتقل می‌شود. معمولاً ذرات ریز جامد در بستر ثابتی نگه داشته می‌شود و سیال به طور پیوسته از روی جامد جاذب عبور می‌کند تا جایی که جاذب سیر شود.
برای حذف پلی‌اکریل‌آمید از جاذب های مختلفی مانند سیلیکا‌7، پرلیت8، کائولینیت9 و … استفاده می‌شود. به طور مثال نالان تکین10 و همکارانش بر روی حذف پلی‌اکریل‌آمید به وسیله جاذب کائولینیت مطالعه داشته‌اند. آن‌ها توانستند به وسیله این جاذب در ایده‌آل‌ترین محیط، جداسازی پلی‌اکریل‌آمید را به میزان 98% انجام دهند. اما هر فرآیند جذبی باید یک فرایند وا‌جذب به منظور احیا جاذب داشته‌باشد. این همان موردی است که جاذب‌های جامد کار شده در آن ضعف دارند. به گونه‌ایی که در مطالعه ذکر شده، بهترین میزان واجذب جامد جاذب کمتر از 2% بوده‌است. لذا این ضعف باعث شده‌است تا فرآیندهای جذب سطحی به تنهایی کارآمد نباشند و نیاز است تا برای افزایش بهره‌وری در میزان جداسازی به دنبال فرآیندهای دیگری بود.]17، 19، 20[
امروزه غشاها خصوصاً فرآیندهای غشایی تحت فشار کاربرد وسیعی در بخشهای صنعتی و … دارند. از کاربردهای مهم و قابل توجه غشاها، در صنعت تصفیه آب و فاضلاب میباشد. به دلیل اهمیت موضوع این بخش را به طور مفصل در این فصل شرح خواهیم داد.
1-7 غشا و فرآیندهای غشایی
1-7-1 تاریخچه
سابقه استفاده از صافی‌سازی به اوایل قرن بیستم بر می‌گردد. در دهه سوم قرن بیستم غشاها برای جداسازی، خالص سازی و یا تغلیظ محلول‌ها به ویژه سیال‌های حاوی میکرو ارگانیسم‌ها مورد استفاده قرار گرفت. پیش از سال 1960 ، بیشتر علایق در زمینه تحقیق پیرامون غشا در حد مطالعات و پژوهشهای آکادمیک بود. بین سال های 1915 و 1917، برون11، گروهی از غشاهای سلولز نیترات را با متورم کردن لایه متراکم در محلول آب – الکل و در غلظتهای مختلف تولید نمود .همچنین او اولین فردی بود که استات سلولز را برای غشا پلیمری به کار برد. الفورد12 و همکارانش نیز دو سری از غشاهای متخلخل نیترات سلولز را تولید کردند که این عمل پایه ایجاد اولین غشاهای میکروفیلتراسیون تجاری در سال 1927 در آلمان شد. همچنین اولین کاربرد غشاهای میکروپرس13 در دهه 1920 ثبت شده است]21 [.
دوره طلایی غشا شناسی در سال 1960 با ابداع اولین غشا اسمز معکوس از جنس سلولز استات توسط لوئب و سوریراجان آغاز شد که این پیشرفت، حاصل هم سو کردن دو زمینه تحقیقاتی و تجاری بود، اولی در نمک- زدایی با اسمزمعکوس و بعدی در دیگر فرآیندها و کاربردهای غشا بود. در اوائل دهه 1980، مونسانتو، جداسازی گازها با غشا را به فرآیندی تجاری تبدیل کرد. اندکی بعد در همان دهه، فرآیند تراوش تبخیری PV، معرفی گردیده و واحدهایی با مقیاس کامل آن ساخته شد. دوران شکوه فناوری غشایی که از سال 1960 با ابتکار لوئب و سوریراجان در ساخت اولین غشا RO از جنس سلولز استات آغاز شد، در طی 20 سال دچار تحولات شگرفی گردید. در طی این دوران، پیشرفت های مهمی در هر زمینهای از غشا صورت گرفت که از جمله این پیشرفتها در کاربردهای غشا، ابزار تحقیق، فرآیندهای تشکیل غشا، ساختار فیزیکی و شیمیایی، پیکربندیها و بستهبندی غشاها میباشد. با توجه به مسیر طولانی رشد فناوری غشایی هنوز هم این فناوری در حال پیشرفت میباشد، به طوری که هر روز شاهد پیشرفت در این زمینه میباشیم ]21 [.
1-7-2 تعریف غشا
فرآیندهای غشایی به شیوه‌های جداسازی فیزیک و شیمیایی املاح مختلف از حلال با استفاده از غشاهای نیمه تراوا14 اطلاق می‌شود. بنا به تعریف غشا لایه‌ای نازک است که میتواند اجزای یک سیال را به طور انتخابی از آن جدا نماید. این تعریف در بر گیرنده غشا با نفوذپذیری انتخابی می‌باشد و بیانگر آن است که یک اختلاف پتانسیل شیمیایی بین دو فاز وجود دارد . غشا وسیلهای است که جداسازی مواد را عموماً بر اساس اندازههای مولکولی آنها ممکن میسازد. در این فرآیند علاوه بر اندازه، عوامل دیگری نیز دخالت دارند .در یک فرآیند غشایی عموماً دو فاز وجود دارد که به وسیله فاز سوم )غشا) به طور فیزیکی از هم جدا شدهاند. غشا انتقال جرم بین دو فاز را کنترل مینماید. فازها به صورت مخلوطی از اجزاء میباشند. یکی از اجزاء موجود در مخلوط بیش از سایرین انتقال مییابد. به عبارت دیگر همان طور که در شکل1-8 نشان می‌دهد، غشا نسبت به یکی از اجزاء انتخاب‌گر است .در این صورت انتقال آن جزء از یک فاز به فاز دیگر توسط غشا انجام خواهد شد. به این صورت یکی از فازها غنی از آن جزء و دیگری از آن تهی میگردد. بهطورخلاصه دو عمل اصلی که توسط غشا انجام میشود عبارتند از: نفوذپذیری یا تراوش و انتخابگری یا گزینش پذیری]21.[
فرآیندهایی که براساس استفاده از غشاها پایهگذاری شدهاند میتوانند درکاربرد و نیز نیروی محرکه لازم برای انجام جداسازی، کاملاً متفاوت باشند. انتقال جرم یک غشا ممکن است به وسیله نفوذ و یا جابجایی حاصل شود. جابجایی میتواند در اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی، غلظت، فشار ویا درجه حرارت انجام گردد.
شکل 1-8: نمایی از فرآیند جداسازی غشایی
عدم تغییرفاز در طول فرآیند جداسازی موجب میشود که جداسازی با مصرف انرژی کمتری صورت گیرد. دو خصوصیت اصلی غشاها یعنی توانایی قابلتوجه در انجام انواع جداسازیها و حداقل مصرف انرژی، عوامل گسترده روز افزون فرآیندهای غشایی میباشند.
غشاها کاربردهای فراوانی در زمینههای مختلف علمی و صنعتی دارند که از آن جمله میتوان به شیرین کردن آب دریا، تصفیه آب نظیر آب رودخانه، چشمه و چاه، تصفیه پسابهای خانگی، تصفیه انواع پساب های صنعتی مانند تصفیه پساب صنایع نساجی، کاغذسازی، چرمسازی، الکل سازی، تغلیظ شیر در کارخانجات پنیرسازی، تغلیظ آبمیوه، جداسازی میکروارگانیسمها، استریل کردن مایعات، جداسازی پروتئین‌ها از آب پنیر، جداسازی گازهای ترش از گاز طبیعی، جداسازی اکسیژن و نیتروژن از هوا، جداسازی اتیلن از گازهای خروجی واحد تولید پلیاتیلن، بهینه سازی محیط زیست، صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی اشاره نمود]22[.
تکنولوژی غشایی در جداسازی غیرحرارتی مهم می‌باشد و به منظور جلوگیری از محدودیتهای ناشی از ترمودینامیک و همچنین در جداسازی مواد حساس به دما مورد توجه قرار گرفته است ]25[.
شکل 1- 9: فرآیندهای تصفیه آب معمولی که توسط میکرو فیلتراسیون جایگزین می‌شود [26]
همانطور که در شکل 1- 9 نشان داده شده است، این فرآیند غشایی می‌تواند جایگزین چهار واحد عملیاتی یا چهار فرآیند اختلاط سریع، انعقاد و لخته سازی و فیلتراسیون توسط مواد متراکم که در یک سیستم تصفیه پساب معمولی به کار می‌رود، گردد.
1-7-3 مزایای استفاده از تکنولوژی غشایی
مهمترین برتری استفاده از فناوری غشایی عبارتند از :
– مدولهای غشایی، دارای حجم بسیار کمی هستند، از این رو واحدهای جداسازی غشایی نیاز به فضای زیادی ندارد.
– طراحی پیچیده ای مورد نیاز نمیباشد.
– هزینه سرمایهگذاری نسبت به سایر واحدهای جداسازی کمتر میباشد.
– بسیار سادهتر از سایر فرآیندهای جداسازی میباشد.
– افت فشار و میزان اتلاف انرژی ناچیز میباشد.
– کاهش مصرف انرژی.
– عدم تغییر فاز.
– انتقال جرم زیاد و راندمان بالا و افت فشار کم.
-دوست دار محیط زیست]22[.
1-7-4 انواع غشاها
برای غشاها سه نوع تقسیم بندی وجود دارد :
الف) بر اساس جنس غشا ب) بر اساس ساختار غشا ج) بر اساس عملکرد غشا
1-7-4-1 تقسیم بندی بر اساس جنس غشا
غشاهای بیولوژیکی (طبیعی)
غشاهای سنتزی
غشاهای طبیعی غشاهایی هستند که در طبیعت وجود دارند، مانند سلول بدن موجودات زنده.
غشاهای سنتزی به دو دسته تقسیم بندی میشوند :
آلی (پلیمری)
غیرآلی
غشاهای سنتزی به روشهای مصنوعی ساخته میشوند. این غشاها به دو گروه تقسیم میشوند : گروه اول غشاهای آلی هستند که معمولاً از پلیمرها ساخته میشوند (مثل پلی اکریلونیتریل و پلی وینیل الکل ) و به دو گروه تفکیک میشوند. گروه اول را غشاهای متخلخل و گروه دوم را غشاهای غیرمتخلخل مینامند]22[.
1-7-4-2 تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا
الف) متقارن
ب) نامتقارج) مرکب
د) متخلخل
ه) متراکم
شکل 1-10: نمایی از ساختار غشاهای سنتزی]22[
تقسیم بندی دیگر غشاها بر اساس ساختار غشاها صورت میگیرد.این تقسیم بندی از این جهت دارای اهمیت است که ساختمان غشا، مکانیسم جداسازی و کاربرد غشا را تعیین میکند. بر این اساس غشاها به دو گروه متقارن (دارای خلل و فرج ثابت در طول ضخامت خود میباشند) و غشاهای غیرمتقارن تقسیم بندی میکنند .ضخامت این غشاها چه متخلخل و چه غیرمتخلخل در دامنه 10 تا 200 میکرومتر قرار دارد. مقاومت انتقال جرم در اثر ضخامت کل غشا به وجود میآید، هر چه ضخامت کمتر باشد نرخ نفوذپذیری بیشتر میشود. غشاهای نامتقارن دو لایه دارند:
یکی فوقانی است که ضخامتی در حدود 1/0 میکرومتر دارد که پوسته نام دارد و این لایه بر روی لایهای دیگر به ضخامت پنجاه تا صد وپنجاه میکرومتر که لایه تحتانی خوانده میشود و مقاومت مکانیکی غشا را تامین می کند، نصب میگردد.این نوع غشاها از یک محلول پلیمری یکنواخت به روش جدایش فازی تولید می شود که در ادامه به طور مفصل شرح داده خواهد شد ]24[.
شکل1-11: طرحی از تقسیم بندی غشاها بر اساس ساختار ]27[
1-7-4-3 تقسیم بندی غشاها از لحاظ عملکرد
می توان غشاها را از نظر عملکرد نیز به دو دسته تقسیم بندی کرد که عبارتند از :
غشاهای آب دوست و غشاهای آب گریز.
الف)غشاهای آب دوست:
پلیمرهایی که قابلیت جذب بسیار بالای آب را دارند، پلیمرهای هیدروفیلیک نامیده می‌شوند که این خاصیت

مطلب مشابه :  تحقیق درمورداستاندارد، چشم انداز، چشم انداز سازمان

دیدگاهتان را بنویسید