فن‌آوری غشائی
در دهه‌ی گذشته، فن‌آوری غشائی به یک فن‌آوری جداسازی برتر تبدیل شده است. نیروی اصلی در فن‌آوری غشائی واقعیتی است که بدون افزودن مواد شیمیایی، با استفاده از انرژی نسبتاً کم و به‌سهولت و نیز با استفاده از فرآیندهای جریانی با چیدمان خوب، عمل می‌کند.
فن‌آوری غشائی یک اصطلاح عمومی است که برای تعدادی از فرآیندهای جداسازی مختلف و بسیار مشخص به‌کار می‌رود. این فرآیندها از یک نوع هستند، زیرا در هر یک از آن‌ها از یک غشاء استفاده شده است. غشاء‌ها معمولاً برای تولید آب فرآیند از آب‌های زیرزمینی، آب‌های سطحی و یا فاضلاب، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حال حاضر ممبرین‌ها برای روش‌های معمولی با هم رقابت می‌کنند. فرآیند جداسازی غشائی مبتنی بر وجود ممبرین‌های نیمه تراوا می‌باشد.
این قاعده کلی کاملاً ساده است: غشا به عنوان یک فیلتر بسیار خاص عمل می‌کند که به آب اجازه‌ی عبور می‌دهد، در حالی‌که جامدات معلق و مواد دیگر را نگه می‌دارد.
روش‌های مختلفی برای ایجاد توانایی در مواد جهت نفوذ پیدا کردن به داخل غشاء وجود دارد. نمونه‌هایی از این روش‌ها عبارتند از به‌کار بردن فشار بالا، حفظ شیب غلظت در دو طرف غشاء و ایجاد پتانسیل الکتریکی.
ممبرین‌ها از یک دیواره با خاصیت جداسازی انتخابی استفاده می‌کنند. مواد مشخصی می‌توانند از طریق غشاء عبور کنند، در حالی‌که مواد دیگر قادر به عبور نیستند.
فیلتراسیون غشایی می‌تواند به‌عنوان جایگزینی برای لخته‌سازی، روش‌های تصفیه رسوبی، جذبی (فیلترهای شنی و فیلترهای کربن فعال، مبدل‌های یون)، استخراج و تقطیر استفاده شود.
دو عامل وجود دارد که مقدار تأثیر فرآیند فیلتراسیون غشایی را تعیین می‌کند. قابلیت گزینش (selectivity) و مقدار بهره‌وری(productivity) . قابلیت گزینش پارامتری است که عامل نگه‌داشتن یا جداسازی نیز نامیده می‌شود. مقدار بهره‌وری نیز پارامتری است که شدت نفوذ نامیده می‌شود (بر حسب واحد l/m2.h بیان می‌گردد). قابلیت گزینش و مقدار بهره‌وری به ممبرین بستگی دارند.
فیلتراسیون غشائی می‌تواند به دو دسته میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون از یک سو و نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس (RO یا هایپرفیلتراسیون) از سوی دیگر تقسیم شود.
وقتی فیلتراسیون غشائی برای حذف ذرات بزرگ‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد، از میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون استفاده می‌شود. به‌علت خصوصیت باز بودن این ممبرین‌ها، مقدار بهره‌وری زیاد است در حالی‌که اختلاف فشار کم می‌باشد.
اگر حذف نمک از آب ضروری باشد، از نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس استفاده می‌شود. غشاءهای نانوفیلتراسیون و RO بر طبق اصل وجود منافذ کار نمی‌کنند. عمل جداسازی توسط پدیده‌ی نفوذ به غشاء انجام می‌شود.
فشار مورد نیاز جهت انجام عملیات نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس، بسیار بالاتر از فشار مورد نیاز برای میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون می‌باشد، در حالی‌که مقدار بهره‌وری بسیار پایین‌تر است.
فیلتراسیون غشایی نسبت به روش‌های تصفیه آب موجود، مزیت‌های بیشتری دارد:
• این فرآیندی است که می‌تواند در درجه حرارت پایین نیز انجام شود. اساساً این امر دارای اهمیت است زیرا باعث می‌شود که مواد حساس در برابر حرارت نیز بتوانند تصفیه شوند. به‌همین دلیل به‌طور گسترده‌ای برای تولید مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• هزینه‌ی مربوط به انرژی در این فرآیند کم است. بیش‌تر انرژی لازم، برای پمپ کردن مایعات به داخل غشاء استفاده می‌شود. مقدار کل انرژی مصرفی در مقایسه با روش‌های جایگزین، مانند تبخیر، کم می‌باشد.
• ظرفیت این فرآیند می‌تواند به‌راحتی زیاد شود.
مدیریت فرآیند برای سیستم‌های فیلتراسیون غشائی
سیستم‌های فیلتراسیون غشائی را می‌توان با جریان بن‌بست(dead end flow) و یا جریان متقابل (cross flow) مدیریت نمود. هدف از بهینه‌سازی روش‌های غشائی دستیابی به بیش‌ترین تولید ممکن در یک دوره زمانی طولانی، با سطوح آلودگی قابل قبول می‌باشد.
سیستم‌های غشائی
برای انتخاب نوع خاصی از سیستم غشایی باید به جنبه‌های زیادی توجه نمود مانند هزینه‌ها، خطرات مربوط به انسداد ممبرین‌ها، تراکم بسته‌بندی و فرصت تمیز کردن. ممبرین‌ها هرگز به‌عنوان یک صفحه تخت مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، چرا که این سطح بزرگ اغلب باعث بالا رفتن هزینه‌های مربوط به سرمایه‌گذاری می‌شود. به‌همین دلیل سیستم‌ها به‌صورت متراکم ساخته می‌شوند تا بتوانند در کم‌ترین حجم ممکن سطح غشائی بزرگی را ایجاد کنند. ممبرین‌ها در داخل چند نوع مدول به‌کار گرفته می‌شوند. دو نوع اصلی وجود دارد، که سیستم غشائی لوله‌ای (tubular) و سیستم غشائی صفحه و قاب (plate & frame) نامیده می‌شود. سیستم‌های غشائی لوله‌ای به ممبرین‌های لوله‌ای (tubular)، غشاءهای موئین (capillary) و الیاف توخالی (hollow fiber) تقسیم می‌شوند. ممبرین‌های صفحه و قاب به ممبرین‌های مارپیچی (spiral) و ممبرین‌های بالش شکل (pillow-shaped) تقسیم می‌شوند.
لای‌گرفتگی ممبرین
در طول فرآیندهای فیلتراسیون غشائی، پدیده‌ی لای‌گرفتگی ممبرین، حتی با وجود پیش‌تصفیه‌ی کافی نیز اجتناب ناپذیر می‌باشد. انواع لای‌گرفتگی و مقدار آن به عوامل بسیار مختلفی هم‌چون کیفیت آب ورودی، نوع غشاء، جنس غشاء و طراحی و کنترل فرآیند بستگی دارد.
سه نوع لای‌گرفتگی اصلی که بر روی یک ممبرین ایجاد می‌شود عبارتند از ذرات(particles) ، رسوبات بیولوژیکی (biofouling) و رسوبات(scaling) . این آلاینده‌ها باعث می‌شوند که تراکم کار بالاتری موردنیاز باشد، تا بتوان ظرفیت پیوسته‌ای برای ممبرین‌ها را تضمین نمود. در نقطه مشخصی فشار به حدی زیاد می‌شود که دیگر از لحاظ اقتصادی و فنی پاسخگو نخواهد بود.
نمک‌زدایی از آب دریا
تمیز کردن غشاء
چندین روش برای تمیز کردن، جهت برطرف نمودن رسوب از روی غشاء ، وجود دارد. این روش‌ها عبارتند از شستشوی سریع رو به جلو(forward flushing) ، شستشوی سریع رو به عقب(backwash flushing) ، تمیزکردن با استفاده از هوا (air flushing) و شستشوی شیمیایی (chemical cleaning) و هر گونه ترکیبی از این روش‌ها.
برچسپ: