۹۹/۹۹
۹۹/۹۹
۹۹
پروتئین
۹۹/۹۹
۹۹/۹۹
۹۹
باکتری
در شکل ذیل طرحی از چگونگی عملکرد فرآیندهای فیلتراسیون در برابر مواد عبوری از آن ها آورده شده است.
شکل۱-۱۳: انواع روشهای فیلتراسیون با نوع مواد عبوری از آنها ]۲۶[
۱-۷-۷ مکانیسمهای جداسازی
غربال مولکولی
در این حالت جداسازی مولکولها بر اساس اندازه آنها صورت میگیرد. به این معنی که مولکول که اندازه آنها کوچکتر اندازه حفرههاست از غشا عبور کرده و آنهایی که اندازه آنها بزرگتر است از غشا عبور نمیکنند. این غشاها با وجود اینکه دارای انتخابپذیری بالایی هستند به خاطر هزینه بالای ساخت و روشهای پیچیده ساخت،کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مکانیسم در مورد غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون قابل مشاهده است.
شکل۱-۱۴: نمایی از مکانیسم غربال مولکولی
نفوذ مولکولی
این مکانیسم که در فرآیندهایی نظیر اسمزمعکوس و جداسازی دیده میشوند که در آنجا غشاها بدون حفره میباشند. در اینجا انتقال مولکول به برهمکنش حلال-پلیمر و حلشونده-پلیمر بستگی داشته بهطوریکه آب و مولکولهای با جرم مولکولی کمتر با ایجاد پیوند با بخشی از ساختمان شیمیایی پلیمر قادر به عبور از غشای پلیمری میباشند اما نمکها و مواد با جرم مولکولی سنگینتر، قادر به عبور از غشا نمیباشند.
حلالیت-نفوذ
در غشاهای پلیمری متراکم مکانیسم حلالیت-نفوذ به عنوان مکانیسم اصلی انتقال مولکولهای گاز از میان غشا پذیرفته شده است. این مکانیسم عمدتاً شامل سه مرحله است. در مرحله اول، مولکولهای گاز توسط سطح غشا جذب میشوند و به دنبال آن مولکولهای گاز در ماتریس پلیمری نفوذ می کنند و در نهایت مولکولهای جذبشده در سمت دیگر غشا تبخیر میشوند. جداسازی گازها با غشاهای پلیمری متراکم در واقع نتیجه اختلاف در حلالیت گازهای مختلف در میان غشاها است که این اختلاف حلالیت ناشی از اختلاف در میزان اثرات متقابل و برهمکنش بین غشا و اجزاء نفوذکننده است.
اختلاف باریونی
این نوع مکانیسم که در نانوفیلتراسیون نیز وجود دارد بر مبنای بار یونی ملکول و همچنین بار سطح غشا عمل جداسازی صورت میگیرد. بدین ترتیب هر چه بار آنیونی سطح غشا بیشتر باشد، دفع نمک نیز افزایش مییابد]۲۲[.
۱-۷-۸ روشهای عملکرد فرایندهای غشایی
به طور کلی دو روش عملیاتی وجود دارد که در روش اول جهت جریان محلول عمود بر سطح غشا بوده و ذرات پسزده شده روی سطح غشا یا درون منافذ آن باقی میمانند. روش دوم سیال به طور موازی با سطح غشا تماس دارد وفقط بخش کوچکی از سیال از سطح غشا عبور می کند.
روش بیشتر در کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی استفاده می شود.در روش دوم تشکیل کیک به علت حرکت موازی خوراک بعد از مدتی به یک ضخامت ثابت می رسد و فلاکس نیز بعد از مدتی تقریباً ثابت می شود. این روش در تمامی فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
شکل۱-۱۵: شماتیکی از دو فرایند عملکرد غشایی ]۲۶[
۱-۷-۹ انسداد در غشاها
افت دبی می تواند به خاطر چندین عامل مثل پلاریزاسیون غلظت، جذب (گونه ها روی غشا)، تشکیل لایه ژل[۱۵] اطراف غشا و گرفتن منافذ غشاها باشد ]۲۷[. معمولاً گرفتن منافذ غشاها از بقیه شدیدتر است. همه موارد یاد شده باعث ایجاد یک مقاومت اضافی در برابر خوراک میشوند. مقدار این پدیده بسیار به نوع فرایند غشایی و نوع خوراک وابسته است. در شکل ۱-۱۷ نمونه ای از گرفتگی در سطح یک غشا تهیه شده از پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) آمده است]۲۸[. در شکل ۱-۱۸ هم به بررسی انواع پارامترهای تأثیرگذار (مقاومتهای غشایی)، در برابر عبور خوراک از غشا پرداخته شده است ]۲۹[.
شکل ۱-۱۶: نمونه ای از یک گرفتگی غشایی بر روی غشای پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) ]۲۸[
شکل ۱-۱۷: شماتیکی از انواع گرفتگی در فرایند غشایی ]۲۹[
هریک از این مقاومتها تأثیر متفاوتی روی مقاومت کل دارند. در یک حالت ایده آل فقط مقاومت غشایی[۱۶] (Rm) وجود دارد. اما چون غشا باعث نگاهداشتن گونه ها در سطح می‌شود و باعث تجمع آنها نزدیک سطح غشا، یک لایه با غلظت بالای گونه در اطراف سطح غشا وجود دارد و مقاومتی در برابر انتقال جرم گونه ها به وجود میآورد (Rcp)[17] و اگر این لایه آن قدر از گونه های محلول خوراک پر باشد یک لایه ژل در سطح غشا تشکیل می شود و باعث ایجاد مقاومت لایه ژل (Rg)[18] می شود. این مقاومت بهخصوص در مورد گونه هایی که میل جذبی بسیاری به غشاها دارند، مثل پروتئینها، نمود بیشتری دارد. در غشاهای متخلخل[۱۹]، امکان گرفتگی منافذ وجود دارد که منجر به ایجاد مقاومت در برابر عبور خوراک می شود (Rp)[20] و سرانجام مقاومتی که در برابر پدیده جذب به وجود می آید (Ra)[21]. جذب می تواند روی سطح غشا یا درون منافذ آن رخ دهد. همه عوامل یاد شده باعث یک افت دبی محلول خوراک میشوند و از طرفی میتوانند روی ساختار شیمیایی مواد سازنده غشا هم تأثیر گذاشته، طول عمر غشا را کاهش دهند. توجه داشته باشید که مقاومت کلی غشا از جمع همه مقاومتها به دست می آید ]۲۹[.
پلاریزاسیون غلظت از تجمع مولکولها در سطح غشا حاصل می شود. معمولاً برای کاهش این پدیده و در نتیجه کاهش افت دبی محلول خوراک، از غلظتهای کمتر خوراک، اعمال فشارهای بالاتر و مدول مناسب استفاده می شود ]۳۰[.
گرفتگی غشا بر خلاف پدیده پلاریزاسیون غلظت برگشتناپذیر است و خواص اولیه غشا دوباره حاصل نمی‌شود، مگر با بهره گرفتن از شستشوهای شیمیایی همچون شستشو با اسیدها و بازهای قوی و شستشو با مواد شوینده و یا با بهره گرفتن از روشهای فیزیکی همچون شستشو در جهت عکس با فشار بالای آب[۲۲] که در این صورت مقادیری از افت شار قابل بازگشت خواهد بود ]۳۱[. 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 می کند ]۳۲[.
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 کیکی[۲۳]) در سطح غشا تشکیل می‌شود. در این حالت سرعت نفوذ ثابت نخواهد ماند و سیستم با یک مقاومت در مقابل انتقال مواد مواجه می‌شود ]۳۳[.
جرم گرفتگی[۲۴]: 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 ]۳۰[.
۱-۷-۱۰ روش های جلوگیری و یا کاهش گرفتگی غشا
۱-۷-۱۰-۱ انتخاب غشا مناسب
جنس غشا، حفره های غشا، ساختار غشا، ضخامت غشا و خواص سطحی آن می‌تواند بر گرفتگی غشا اثر بگذارد.
۱-۷-۱۰-۲ پیش تصفیه سیال ورودی به غشا
یعنی مواد موجود در سیال را یا با بهره گرفتن از یک صافی یا حتی با بهره گرفتن از سیستم غشایی که اندازه منافذ آن بزرگتر از غشایی است که میخواهیم فرایند 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 می تواند به عنوان خوراک برای فرایندهای UFو یا RO استفاده شود.
فرم در حال بارگذاری ...
