جدول( ‏۲‑۳) مزایا و معایب هر یک از اشکال غشاهای مورد استفاده در MBR

شکل

مزایا

معایب

Plate & frame

امکان جدا کردن اجزا جهت شستشو

طراحی پیچیده و غیرقابل بکواش

Spiral-wound

هزینه انرژی کم، قوی و متراکم

شستشوی مشکل و غیرقابل بکواش

Hollow fiber

قابلیت بکواش، طراحی متراکم

حساس نسبت به شوک‌های فشار

انواع غشا از لحاظ جنس
غشاها را از لحاظ جنس مصالح تشکیل دهنده آن‌ها می‌توان به دو دسته غشاهای آلی و غیر آلی تقسیم بندی کرد. که غشاهای آلی(پلیمری) به طور وسیعی در آب و فاضلاب کاربرد دارند زیرا دارای انعطاف پذیری بیشتری بوده و می‌توانند در یک مدول متراکم با مساحت سطحی بالا قرار گیرند. غشاهای آلی می‌توانند از سلولز و تمام پلیمرهای مصنوعی( که دارای دوام شیمیایی، مکانیک و دمایی نسبتاً مناسبی بوده و خصوصیات بهتری را برای گرفتگی غشا فراهم می‌کند) ساخته شود. در حالی که غشاهای غیر آلی(سر باره های فلزی و سرامیک) دارای استقامت شیمیایی، مکانیکی و دمایی بهتر می‌باشند اما دارای ضعف شکنندگی بالا و هزینه بالاتر نسبت به غشاهای آلی هستند.]۲۲[

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

انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون
انواع غشاها را از لحاظ کاربری فیلتر می‌توان به دو دسته فیلتراسیون Dead-end و فیلتراسیون Cross-flow تقسیم بندی نمود. در فیلتراسیون Dead-end ذرات درشت تا چند میکرومتر بدست می‌آید. ذرات توسط فیلتر در فیلتراسیون Dead-end نگهداری می‌شود که با مرور زمان لایه کیک مانند تشکیل شده و موجب افزایش مقاومت در برابر فیلتراسیون می‌گردد که این نیازمند شستشوی متناوب و یا جایگزینی فیلترها می‌باشد. در فیلتراسیون Cross-flow جریان سیال به صورت مماسی بر غشا وارد می‌شود که اختلاف فشاری ایجاد شده و در دو سوی غشا موجب می‌شود بعضی از ذرات از غشا عبور نمایند و ذرات باقی مانده جریان را از این سو به آن سوی غشا را ادامه دهند. در مقایسه فیلتراسیون Dead-end استفاده از جریان موازی از تشکیل لایه ضخیم ذرات ( که باعث تشکیل کیک بر روی فیلتر می‌شود ) با سرعت گرادیانی بالا در نزدیکی سطح غشا جلوگیری می کند که به کاهش گرفتگی و اثرات دوقطبی سازی کمک می‌کند.]۲۵[
شکل( ‏۲‑۹) انواع غشا از حیث کاربری فیلتراسیون
انتخاب غشا
غشاهای میکرو فیلتر یا الترافیلتر معمولاً در سیستم بیوراکتور غشایی بکار می‌روند. در انتخاب غشا، هزینه به عنوان مهم‌ترین فاکتور، اندازه منفذ غشا، شارژ سطحی، آب گریزی، پایداری شیمیایی، قدرت مکانیکی، چگالی تراکم و موارد دیگر باید مد نظر قرار گیرند. در انتخاب مواد غشا (تعیین شارژ سطحی، آب گریزی، پایداری شیمیایی) و اندازه منفذ می‌تواند گرفتگی غشا را تحت تأثیر قرار دهد. منظور از اندازه بهینه منفذ غشا این است که اندازه منفذ نباید آنقدر بزرگ باشد که انسداد منفذ را تسهیل نماید و همچنین نباید آنقدر کوچک باشد که نفوذ پذیری غشا را کاهش دهد. همچنین توزیع باریک اندازه منافذ می‌تواند گرفتگی را کاهش دهد.]۲۶[
گرفتگی غشا
گرفتگی غشا باعث کاهش فلاکس نفوذ کننده به آن می‌گردد که افزایش مقاومت جریان، انسداد تمرکز دوقطبی تشکیل کلیه کیک را نتیجه می‌دهد. بسیاری از فاکتورها مانند انباشتگی ذرات لجن، چسبندگی میکرو مولکول‌ها به سطح غشا و انسداد منافذ با مولکول‌ها، از عوامل موثر در تشکیل لایه کیک می‌باشند در گرفتگی غشا نقش دارند. گرفتگی غشا زمانی که فلاکس زیر فلاکس بحرانی حفظ گردد مورد توجه نخواهد بود. اما فراتر از این مقدار بحرانی، ذرات شروع به انباشته شدن بر روی سطح غشا به عنوان لایه کیک می‌کنند. این لایه کیک به آسانی توسط شستشوی فیزیکی قابل حذف خواهد بود، که به عنوان گرفتگی قابل برگشت طبقه بندی می‌شود. در سوی دیگر گرفتگی داخلی که توسط چسبندگی مواد محلول در منفذ غشا می‌باشد، ایجاد می‌گردد و انسداد منفذ به صورت غیر قابل برگشت مورد توجه قرار می‌گیرد که عموماً توسط شستشوی شیمیایی حذف می‌گردد. علاوه بر این تشکیل لایه ژل بر روی سطح غشا معمولاً غیر قابل برگشت است. اگرچه به صورت تئوری قابل برگشت فرض می‌شود این مسئله باعث تشکیل لایه کیک و کاهش عمر غشا می‌شود.
مکانیزم‌های گرفتگی
چهار نوع مکانیزم گرفتگی غشا وجود دارد که عبارتند از:
انسداد کامل (A) Complete Blocking
انسداد استاندارد (B) Standard Blocking
انسداد متوسط © Intermediate Blocking
فیلتراسیون کیک (D) Cake Filtration
شکل( ‏۲‑۱۰) شکل شماتیک انواع مکانیزم‌های گرفتگی
انسداد کامل: زمانی فرض می‌گردد که هر یک ذره ورودی به غشا، تعدادی از منافذ را بدون برهم قرار گرفتن سایر ذرات مسدود نماید. ذراتی که در انسداد کامل شرکت می‌نمایند باید دارای حداقل اندازه قابل با اندازه منافذ غشا باشند.
انسداد استاندارد: زمانی فرض می‌شود که هر ذره ورودی به غشا در دیواره ورودی منفذ ذخیره گردد تا منجر به کاهش حجم منفذ گردد. بنابراین، ذراتی در انسداد استاندارد شرکت می‌کنند، شامل کلوئیدهای کوچک با ماکروملکولهای آلی هستند که جهت ورود به منافذ غشا به قدر کافی ریز هستند. علاوه بر این مواد کلوئیدی و سطح تماس غشا در اینجا نقش مهمی را ایفا می‌کنند.
انسداد متوسط: یک مرحله میانی بین انسداد کامل و فیلتراسیون کیک می‌باشد که در آن فرض می‌شود که هر ذره می‌تواند بر روی سایر ذراتی که قبلاً وارد غشا شده‌اند یا توانسته‌اند به طور مستقیم بخشی از مساحت غشا را مسدود کنند، قرار بگیرد. امکان انسداد منفذ به نسبت منافذ در دسترس به کل منافذ بستگی دارد.
فیلتر کیک: زمانی فرض می‌گردد که هر ذره بر روی تپه ذراتی که قبلاً نفوذ کرده و بعضی از منافذ را مسدود نموده‌اند قرار می‌گیرد. در این مورد فضایی برای ذرات جهت انسداد سطح غشا وجود ندارد.]۲۷[
در فرایند فیلتراسیون واقعی، چهار مکانیزم گرفتگی ممکن است به صورت همزمان اتفاق بیفتد و یا یک مکانیزم در مراحل مختلف فیلتراسیون حاکم باشد. گرفتگی غشا همیشه از تمرکز دو قطبی آغاز می‌گردد. در مرحله اول فیلتراسیون، مکانیزم انسداد کامل ممکن است حاکم باشد که از انسداد استاندارد و انسداد متوسط پیروی می‌کند. با پیشرفت فیلتراسیون و انباشت ذرات، سطح غشا غالباً توسط لایه ذرات انباشت شده کاملاً پوشیده می‌گردد و فضایی جهت انسداد مستقیم باقی نمانده و لایه ضخیم کیک مانند شکل می‌گیرد. در چنین شرایطی فیلتراسیون کیک در مرحله نهایی فیلتراسیون حاکم می‌گردد. در شکل زیر یک غشاء هالوفایبر بعد از گرفتگی نمایش داده شده است.]۲۸[
راهکارهای کاهش گرفتگی غشا:
در واقع کاهش گرفتگی موجب کاهش نیاز به شستشو می­گردد.شستشو (پاک‌سازی) غشا به ۳ صورت : هیدرولیکی، شیمیایی و مکانیکی می­باشد. برخی از راهکارهای کاهش گرفتگی به شرح زیر است: