پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی غشا آب شیرین کن

پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی غشا آب شیرین کن که بواسطه تجمع یون ها، مولکول ها و ناخالصی های موجود در آب یا فاضلاب ایجاد می شود از مشکلات اساسی صاف سازی غشایی می باشند. پلاریزاسیون و گرفتگی غشا موجب کاهش فلاکس نفوذی از غشا در طول زمان، تغییر قدرت پس دهی مواد توسط غشا و کاهش راندمان، کاهش عمر غشا، افزایش فشار لازم برای انجام فرآیند در نتیجه افزایش نیاز به انرژی، نیاز بیشتر به پاکسازی و تمیز کردن غشا می گردد لذا شناسایی عوامل ایجاد کننده و روش های کنترل آن ضروری است.

پلاریزاسیون یکی از پدیده های مهمی است، که در غشاها اتفاق می افتد. وقتی که میزان آب تصفیه شده توسط غشا افزایش می یابد مولکول ها و یون ها در سطح غشا باقی می مانند و پس از مدتی با تجمع در سطح غشا سبب افزایش غلظت در یک طرف غشا و بالارفتن فشار اسمزی می شوند در نتیجه غلظت مواد در نواحی نزدیکسطح غشا با غلظت توده سیال متفاوت می گردد. غلظت فوق با افزایش فاصله از سطح غشا کاهش می یابد. حداکثر غلظت در سطح غشا حاصل می شود. در انتهای لایه مرزهای غلظتی، غلظت به حداقل آن یعنی غلظت توده خواهد رسید. این پدیده یعنی افزایش غلظت مواد در ناحیه نزدیک سطح غشا اصطلاحا پلاریزاسیون غلظتی نامیده می شود.

باید توجه داشت که پلاریزاسیون غلظتی اولا یک پدیده برگشت پذیر است و ثانیا به سرعت با گذشت زمان به حالت یکنواخت در می آید. بنابراین کاهش آب شیرین در لحظات نخست مربوط به پلاریزاسیون غلظتی است. در صورت اتفاق پلاریزاسیون غلظتی، غلظت املاح حدود 13 تا 25 درصد بیشتر از حد ایده آل است.

پلاریزاسیون غلظتی در تمام فرآیندهای غشایی که نیروی محرکه آنها اختلاف فشار است، اتفاق می افتد. پلاریزاسیون غلظتی موجب می گردد که کارایی فرآیند جداسازی کاهش یابد. با افزایش مقاومت در برابر عبور سیال که ناشی از افزایش غلظت در مجاورت سطح غشا است، فشار نیز کاهش می یابد.

تبدیل لایه غلظتی به ژل باعث می شود که کارایی غشا کمتر گردد زیرا عبور سیال از درون لایه ژله ای مشکل تر از عبور آن از لایه غلظتی می باشد. ژله ای شدن لایه غلظتی به عوامل مختلفی بستگی دارد. بعضی از اجزا تمایل بیشتری برای تشکیل ژل دارند و در نتیجه با سرعت بیشتری به ژل تبدیل می شوند.

اثر منفی پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی غشا آب شیرین کن

• فلاکس آب کمتر است زیرا گرادیان فشار اسمزی به علت بیشتر بودن غلظت اجزا محلول در سطح غشا بالاتر می باشد.
• میزان پس دهی کمتر است که علت آن افزایش انتقال جز محلول در سراسر غشا از افزایش در گرادیان غلظت و کاهش فلاکس آب می باشد.
• محدودیت انحلال پذیری اجزا محلول بیش از حد انتظار باشد که منجر به ایجاد رسوب در سطح غشا می گردد.

ادامه مطلب ...

تصفیه فاضلاب پتروشیمی

یکی از انواع فاضلاب های صنعتی که تصفیه آن بسیار حائز اهمیت است تصفیه فاضلاب صنعت پتروشیمی است. محصولات پتروشیمی مواد شیمیایی هستند که از نفت یا گاز طبیعی بدست می آیند. این مواد معمولا ترکیبات واسطه ای هستند که برای تولید حلال ها، پاک کننده ها، لاستیک ها و رزین های مصنوعی، الیاف مصنوعی و آفت کش ها، کودهای شیمیایی و دیگر موارد کاربرد دارند. در یک واحد پتروشیمی، محصولات واسطه با انجام فرآیندهای جزیی تر تولید می شوند اما تولید محصول نهایی مستلزم انجام فرآیندهای پیچیده تر می باشد. فرآیندهای اولیه شامل احتراق، شکست مولکولی، کاتالیز، اکسیداسیون، پیرولیز و سایر موارد می باشند. فرآیندهای ثانویه شامل واکنش های شیمیایی، بازیابی، تصفیه، میعان، اسکرابینگ، بازچرخش و تقطیر هستند. محصولات نهایی به دست آمده از این مجموعه عملیات شامل اتیلن، متانول، استالدهید، اکسید اتیلن، اسید استیک، اتیلن گلیکول، پلی اتیلن، پروپیلن، بوتادین، استایرن، آکریلونیتریل، بوتانول و کاپرولاکتوم هستند.

در فاضلاب صنایع پتروشیمی مقادیر جزیی یا قابل ملاحظه ای از این ترکیبات را می توان مشاهده کرد. این ترکیبات شامل مواد اولیه خام، تمامی محصولات واسطه ای و نهایی، محصولات کمکی و جانبی، مواد شیمیایی کمکی یا فرآیندی ( که در طی فرآیند کلی تولید مورد استفاده قرار می گیرند ) می باشند. تعیین غلظت هر یک از آلاینده های موجود در فاضلاب نه ضروری بوده و نه مطلوب می باشد. برای کنترل آلودگی در مقیاس کلی، ترجیحا از شاخص های متداولی چون BOD,COD,جامدات، رنگ، بو و همچنین سایر پارامترهای نظیر سمیت، تمایل به ایجاد کف، روغن و گریس استفاده می شود.

از منابع تولید فاضلاب در صنایع پتروشیمی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تخلیه مستقیم از واحدهای تولید
• تخلیه ناگهانی از سیستم های خنک کننده و تولید بخار
• فاضلاب سرویس های بهداشتی و غذاخوری ها
• آب خروجی از مخازن طی جابجایی محصولات
• سیلاب های آلوده ناشی از بارش باران در مناطق تولید
• جریان های گوناگون ناشی از سرریز، نشت و غیره

مشخصات کیفی فاضلاب به ماده پتروشیمی در حال تولید بستگی دارد.

با توجه به کیفیت بسیار متغیر فاضلاب صنایع پتروشیمی، انجام مطالعات تصفیه پذیری در مورد هر نوع فاضلاب ( به منظور انتخاب مناسب ترین شکل تصفیه ) ضروری می باشد.

کاربرد ازن در غلات

ازن در صنایع مختلف کاربرد دارد، یکی از این صنایع کاربرد ازن در غلات است که بصورت مختصر در ذیل اشاره شده است. ازن ماده فراری است که به عنوان ضدعفونی کننده برای دفع آفات و حشرات موثر است که در عین غیرفعالسازی میکروب ها، تاثیری بر کیفیت غلات نمی گذارد. مطالعات نشان می دهند ازن به عنوان ماده ای طبیعی تاثیرات مثبت منحصر به فردی در فرآیند غلات را در مقابل آفت کش های مضر دارد.

دلایل استفاده تولید کنندگان غلات در جهان به ازن

• افزایش مقاومت حشرات در مقابل آفت کش های فعلی
• درخواست مصرف کننده ها به غلاتی عاری از مواد شیمیایی

آفت کش های شیمیایی متداول مورد استفاده در حال حاضر مانند آلومینیوم فسفید، متیل برومید و فسفین هستند که از بین متیل برومید تقریبا کنار گذاشته شده است. استفاده مداوم از این آفت کش ها موجب مختل شدن سیستم های کنترل زیستی که منجر به شیوع آفت حشرات و افزایش مقاومت آنها شده است و همچنین تاثیرات سو بر سلامت انسان ها را در پی داشته است.

استفاده از ازن در ضدعفونی غلات خوراکی هم از جنبه زیست محیطی و هم اقتصادی جایگزین با اهمیتی است. غلات معمولا تا 36 ماه در دمای محیط در سیلوهای بزرگ ذخیره می شوند و معمولا برای جلوگیری از آلودگی، ضدعفونی می شوند. در صنعت غلات، ازن به عنوان جایگزینی برای مواد ضدعفونی کننده فعلی همچون متیل برومید و فسفین برای کنترل آفات ذخیره سازی مورد استفاده قرار می گیرد.

انتخاب غشا مناسب آب شیرین کن

با توجه به خصوصیات سیال ورودی، غشا ممکن است سریعا یا به آهستگی گرفته شود این امر ناشی از خصوصیات غشا و سیال است. مجموعه خواص غشا و سیال تعیین کننده شدت و سرعت گرفتگی می باشد. .بهمین دلیل انتخاب غشا مناسب بسیار حائز اهمیت است.

خصوصیات غشا که در گرفتگی غشا اهمیت دارند و منجر به انتخاب غشا مناسب می شود به شرح ذیل می باشند:

ا- جنس غشا آب شیرین کن

یکی از علل گرفتگی جذب مواد بر روی سطوح بیرونی یا درونی غشا می باشد. در صورتی که غشا از ماده ای ساخته شود که این امر را افزایش دهد طبعا میزان گرفتگی بیشتر خواهد بود. در عین حال باید توجه داشت که ذرات کوچک موجود در سیال ممکن است با استفاده از فرآیند جذب آنها بر روی سطوح غشا از سیال جدا شوند. در این صورت فرآیند جذب مطلوب می باشد. از این موارد باید بین جذب مواد به منظور حذف آنها از سیال و کاهش مساله گرفتگی حالت بهینه را پیدا کرد.

2- قطر منافذ غشا آب شیرین کن

ذرات موجود در سیال ممکن است از منافذ غشا بزرگتر یا کوچک تر باشند. اجزا کوچک تر وارد حفره ها شده و تعدادی از آنها که جذب سطوح داخلی غشا نمی شوند از آن عبور می نمایند. ذرات بزرگتر از منافذ غشا بر روی سطح آن باقی مانده و تشکیل لایه می دهند.

در این موارد سیال برای عبور از غشا با مقاومت هایی روبرو می شوند در صورتی که اجزا موجود در سیال هم اندازه حفره های غشا باشند ممکن است آنها را کاملا مسدود نمایند. بعبارت دیگر هم اندازه بودن منافذ غشا و ذرات موجود در سیال باعث تشدید گرفتگی می شود.

با افزایش ابعاد منافذ غشا مقاومت ذاتی غشا در برابر عبور سیال بطور طبیعی کاهش می یابد اما موارد متعدد نشان می دهند که در این موارد گرفتگی غشا نیز بیشتر می شود و این نهایتا منجر به کاهش شدیدتر فلاکس نفوذی می گردد. یک قطر بهینه برای منافذ غشا وجود دارد که کمتر از آن مقاومت غشا و میزان فلاکس نفوذی را محدود می کند و بیشتر از آن، افزایش شدت گرفتگی و کاهش فلاکس نفوذی را بدنبال خواهد داشت. علاوه بر انسداد حفره ها، تعداد حفره های موجود در غشا می تواند گرفتگی را کم یا زیاد نماید.

ساختار و ضخامت غشا آب شیرین کن

ساختار و ضخامت غشا آب شیرین کن تاثیر فراوانی در گرفتگی دارد. اگر حفره های غشا به صورت معابر پر پیچ و خم باشند، احتمال گیر افتادن ذرات در این معابر وجود دارد. ماندن این اجزا می تواند باعث ایجاد مقاومت در برابر عبور سیال گردد که نتیجه نهایی آن گرفتگی غشا است. در صورتی که ضخامت غشا زیاد باشد ذرات وارد شده به داخل غشا باید مسیر طولانی تری را بپیمایند و لذا احتمال باقی ماندن آنها در داخل غشا بیشتر خواهد بود. همچنین با اصلاح ساختار غشا بر گرفتگی غلبه نمود.

بار سطحی غشا

میزان بار سطحی غشا تابع جنس و همچنین pH و قدرت یونی محلول در تماس با غشا است. در صورتی که سطح غشا باردار باشد ذرات موجود در سیال که دارای بار همنام آن هستند از سطح دور شده به آن نمی چسبند و در نتیجه فلاکس و پس دهی ذرات بیشتر خواهد شد. برعکس در صورتی که بارها غیرهمنام باشند نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی بین غشا و ذرات موجب می شود که جذب با سرعت و شدت بیشتری انجام شود در نتیجه گرفتگی بیشتر شود.

آبدوستی یا آب گریزی غشا

از آنجایی که جذب مواد در سطوح آب گریز یا آبدوست متفاوت است. بنابراین مساله گرفتگی هم متفاوت می باشند. ماده حل شده آبگریز تمایل بیشتری به جذب روی غشاهای آبگریز دارند چون مولکول های آبگریز هنگامیکه در محیط آبی قرار می گیرند به دلیل عدم تمایل برای تر شدن، تمایل اتصال به ذرات یا سطوحی را دارند که آنها نیز آبگریز باشند. بهمین دلیل تصور کلی این است که اگر از گروههای آب دوست در ساختمان غشا استفاده شود، گرفتگی کاهش و فلاکس افزایش خواهد یافت به این نکته نیز باید توجه نمود که در بسیاری از موارد پی دهی توسط غشاهای آب گریز بیشتر می باشد.

 گرفتگی غشا آب شیرین کن

گرفتگی غشا آب شیرین کن عبارت است از تجمع برگشت پذیر یا برگشت ناپذیر مواد بر روی سطح یا درون غشا به طوریکه نحوه عمل غشا تغییر یابد. در اثر پدیده گرفتگی قطر حفره های غشا کاهش یافته و ممکن است به انسداد تعدادی از آنها بیانجامد. تجمع مواد و بهم چسبیدن آنها منجر به تشکیل لایه های بر روی سطح غشا می گردد. این لایه ها و موادی که درون غشا باقی مانده اند باعث می شوند که مقاومت بیشتری در برابر عبور سیال ایجاد گردد.

با افزایش ضخامت و تراکم لایه ها مقاومت ناشی از آنها به تدریج افزایش می یابد که در نتیجه فلاکس خروجی از غشا با گذشت زمان کاهش می یابد. در میان غشاها، غشای RO و NF نسبت به انواع مکانیسم گرفتگی حساس هستند.

نتایج حاصل از گرفتگی غشا آب شیرین کن

نایج حاصل از وقوع گرفتگی عبارتند از:

• کاهش فلاکس نفوذی از غشا در طول زمان
• تغییر قدرت پس دهی مواد توسط غشا و کاهش راندمان
• کاهش عمر غشا
• افزایش فشار لازم برای انجام فرآیند
• نیاز بیشتر به پاکسازی و تمیز کردن غشا

برگشت پذیری گرفتگی غشا

گرفتگی با موارد زیر مشخص می شود:

• آیا می توان آن را حذف نمود یا خیر ( قابل برگشت یا غیرقابل برگشت )
• مواد عامل ایجاد گرفتگی ( بیولوژیکی، مواد آلی، محلول، معلق )
• مکانیسم گرفتگی ( تشکیل کیک، انسداد روزانه )

گرفتگی غشا یا قابل برگشت یا غیر قابل برگشت می تواند باشد. در صورتی که گرفتگی با عمل شستشوی معکوس و پاکسازی برطرف شود، گرفتگی برگشت پذیر است. و در صورتیکه برای رفع عمل گرفتگی به عمل شستشوی شیمیایی نیاز باشد را گرفتگی برگشت ناپذیر می نامند.

قبل از اینکه گرفتگی اتفاق بیافتد پدیده پلاریزاسیون غلظتی اتفاق می افتد.

انواع گرفتگی غشا آب شیرین کن

• گرفتگی ناشی از مواد معلق
• گرفتگی ناشی از مواد آلی محلول
• گرفتگی بیولوژیکی
• گرفتگی ناشی از اکسیدهای فلزی

مکانیسم پدیده گرفتگی غشا

مکانیسم پدیده گرفتگی غشا کاملا مشخص نیست و در هر فرآیندی فرق می کند. در هر حال می توان مراحل زیر را برای آن در نظر گرفت. در مرحله اول بعلت جابجایی یا نفوذ مواد موجود در سیال به طرف سطح غشا حرکت نموده و موجب می شوند که غلظت در مجاورت غشا افزایش یابد و پدیده پلاریزاسیون غلظتی اتفاق افتد. در مرحله دوم در اثر جاذبه بین مواد و غشا، ذرات به سطح بیرونی یا درونی غشا می چسبند و پدیده جذب اتفاق می افتد. در مرحله سوم که می تواند از نظر زمانی موازی مرحله دوم انجام گیرد ذرات موجود در سیال به یکدیگر می چسبند. از اجتماع این مواد لایه ای در سطح غشا تشکیل می گردد که مقاومتی در برابر عبور سیال ایجاد خواهد نمود و این پدیده همان تراکم می باشد