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 می ­آورد (R_cp)^[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 (R_g)^[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 (R_p)^[20] و سرانجام مقاومتی که در برابر پدیده جذب به وجود می ­آید (R_a)^[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[.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

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.