گرفتگی غشایی

یکی از بزرگترین مشکلات فناوری پیشرفته *****اسیون غشایی مورد استفاده در صنایع ، گرفتگی زود هنگام غشاهای پلیمری ( Polymeric Membrane ) توسط رسوب مواد وترکیبات آلی و معدنی موجود در خوراک برسطوح و منافذ آنها می باشد.
بروز این پدیده در هنگام بهره برداری از سیستمهای غشائی عموماً توسط عوامل همچون پروتئینها، مواد معدنی، میکروارگانیسمها ، چربیها و ذرات معلق جامد طی سه مرحله صورت می گیرد. مرحله اول که پلاریزاسیون غلظتی نامیده می شود
به علت افزایش گرادیان غلظت اجزاء باقی مانده در نزدیکی غشاء صورت می گیرد ولی با شستشوی با آب به راحتی برطرف می گردد . با افزایش غلظت بر سطح غشاء و تراکم مواد ته نشین شده بر روی آن مرحلۀ دوم گرفتگی عارض می شود به صورتیکه شستشوی غشا با آب جبران کاهش فلاکس را نمی نماید . در مرحلۀ سوم گرفتگی ، با رسوب بیشتر ذرات و استحکام لایۀ رسوب نرخ تراوش به حالت تقریباً یکنواخت رسیده و کاهش آن با نرخ بسیار کمی ادامه می یابد.
پدیده گرفتگی ( Fouling ) سبب کندی جریان ، توقف خط تولید برای شستشو و تمیز کردن ، تخریب غشاها و دستگاهها توسط شوینده های شیمیایی ، تهدید سلامت مصرف کنندگان ناشی ازباقیمانده مواد شوینده درمحصول ، آسیبهای زیست محیطی و بالاخره کاهش بهره وری و افزایش هزینه های تولید می گردد.

پس اینگونه جمع بندی می شود که علاوه بر پلاریزاسیون غلظت و تشکیل ژل ، مکانیسم دیگر کاهش شار ، گرفتگی یا انسداد حفرات غشا است . در حقیقت تشکیل لایه ژلی یکی از اشکال گرفتگی است . منتهی این نوع گرفتگی برگشت پذیر است (Reversible Fouling) . بدان معنا که در اثر شستشو با آب تمیز برطرف می شود . در صورتی گرفتگی برگشت ناپذیر خواهد بود (Irreversible Fouling) که ترکیبات لایه ژلی با یکدیگر واکنش داده و یک لایه متراکم را بر سطح غشا تشکیل دهند . بدیهی است این نوع گرفتگی به راحتی قابل برطرف کردن نیست . جذب سطحی ترکیبات در دیواره حفرات نیز بر کارایی غشا تاثیر می گذارد . در این حالت شعاع موثر حفرات کاهش یافته و مقاومت هیدرولیکی کل (Total Hydraulic Resistance) در برابر جریان تراوه افزایش می یابد . بنابراین شار جریان تراوه تنزل نموده و دفع اجزا محلولی که قبلا به راحتی از درون حفرات عبور می کردند ، زیادتر می شود . طبیعی است در چنین مواقعی جداسازی اجزا با اندازه های مختلف به خوبی صورت نمی گیرد . مکانیسم دیگر گرفتگی مسدود شدن حفرات (Pore Blocking) است که تا حدود زیادی برگشت ناپذیر است .

انتخاب روش شستشوی غشا بستگی به نوع گرفتگی دارد . اگر گرفتگی مانند تشکیل ژل از نوع برگشت پذیر باشد ، آبکشی با آب خالص و تمیز این مشکل را حل می کند . اما اگر گرفتگی از نوع برگشت ناپذیر باشد ، محلول های شستشوی دیگری مورد نیاز است . مثلا شستشو با قلیا یا محلول های اسیدی در دماهای نسبتا بالا ، برای بر طرف کردن انسداد جذب سطحی یا انسداد از نوع گرفتگی حفره مفید خواهد بود .

هم فرایند تولید غشا و هم نوع سیال و شرایط حاکم بر *****اسیون اثر قابل ملاحظه ای بر گرفتگی و کارایی *****اسیون دارند . روشهای مختلفی جهت تعیین مشخصات سطح غشاها از جمله لایه گرفتگی روی سطح آن در طی *****اسیون و گرفتگی ایجاد شده در داخل غشا می تواند مورد استفاده قرار گیرد . از جمله این روشها می توان به Scaning electron microscopy (SEM) و Atomic force microscopy (AFM) و X-ray photoelectron spectroscopy اشاره نمود .

در *****اسیون مدرن امروزی ، خصوصا در صنعت شیر ، گاهی کاهش شار اولیه ممکن است نتیجه جذب پروتئین ها باشد . جذب پروتئین بر روی سطح غشاهای پلی سولفون که معمولا در اولترا*****اسیون شیر مورد استفاده قرار می گیرند بلافاصله پس از تماس شیر با غشا و حتی بدون هیچ گونه انجام عملیات *****اسیونی ، صورت می گیرد . هر دو پدیده جذب پروتئین و بر هم کنش پروتئین – پروتئین می تواند حفرات غشا را تنگ یا مسدود کند و لذا دفع ذرات را توسط غشا افزایش دهد . حتی بدون تنگ تر کردن حفرات ، ذرات دفع شده می توانند در سطح غشا تجمع یافته و در نتیجه افزایش غلظت در سطح نسبت به توده ، به آهستگی نفوذ برگشتی رخ داده و شار را کاهش دهد . این عمل در نتیجه گرادیان غلطتی در سطح غشا رخ می دهد که نتیجه و پیامد آن در مکانیسم گرفتگی تحت عنوان پلاریزاسیون غلظت شناخته می شود .

جهت جلوگیری یا کمتر کردن پدیده گرفتگی روشهای کلی زیر توصیه می شود :

1 . انتخاب غشا مناسب :
از نقطه نظر جنس غشا ، حفره های غشا ، ساختار غشا ، ضخامت غشا و خواص سطحی آن .

2 . پیش تصفیه سیال ورودی به غشا :
یعنی مواد موجود در سیال را یا با استفاده از یک صافی یا حتی با استفاده از سیستم غشایی که اندازه منافذ آن بزرگتر از غشایی است که می خواهیم فرایند را توسط آن غشا انجام دهیم ، حذف کنیم . مثلا استفاده از ***** شنی برای سیال ورودی به MF ، که در این حالت تراوه آن می تواند به عنوان خوراک برای فرایند های UF و یا RO استفاده شود .

3 . بهبود شرایط عملیاتی :
که شامل اختلاف فشار ، سرعت جریان عرضی ، ایجاد اغتشاش (Turbulent flow) در سیال و تناوب (Intermittency) است .

4 . احیا مجدد غشا :
که می تواند به روشهای شیمیایی و مکانیکی صورت گیرد . روش شیمیایی همان شستشو با محلول های شیمیایی است و یکی از روش های مکانیکی شستشو در مسیر مخالف (Back washing) جریان عادی است .

برچسب‌ها: گرفتگی غشایی