دانلود مقاله چشم‌ اندازی بر بیو رادیوراکتور های غشایی جهت تصفیه آب و پساب، رسوب گیری غشایی و راهکاری پیشگیری از آن

چیکده:

بیوراکتورهای غشایی (MBRs) طی سال‌های اخیر به عنوان سیستم‌های پیشرفته تصفیه پساب کاربرد گسترده‌ای داشته‌اند.

البته مشکل رسوب‌گیری در این سیستم‌ها باعث کاهش توان رقابتی آنها گردیده است.

به طور کلی، رسوب‌گیری در غشاهای آبگریز بیشتر از غشاهای آبدوست رخ می‌دهد که این امر به دلیل تعاملات آبگریز بین مواد محلول، سلول‌های میکروبی و مواد غشایی است.

همچنین رسوب‌گیری غشایی می‌تواند به دلیل جذب گونه‌های آلی رسوب کردن گونه‌های معدنی کم‌محلول و چسبیدن سلول‌های میکروبی بر روی سطح غشایی می‌تواند به دلیل جذب گونه‌های آلی، رسوب کردن گونه‌های معدنی کم‌محلول و چسبیدن سلول‌های میکروبی بر روی سطح غشا باشد.

یکی از روش‌های اصلاح سطح غشاء، آماده‌سازی با پلاسمای CO2 است.

به نظر می‌رسد که سایز منفذ و تخلخل غشاء بعد از آماده‌سازی با پلاسما افزایش و در صورتی که زمان آماده‌سازی طولانی شود، کاهش می‌یابد.

روش دیگر تثبیت نانوذرات TiO2 بر روی اتوی غشاء است.

TiO2 نشسته بر روی غشاء تاثیر بیشتری بر کاهش رسوب‌گیری در مقایسه با TiO2 محبوس در غشا دارد که این امر به دلیل ازدیاد نانوذرات جای گرفته بر روی غشاء است.

صرف‌نظر از نوع ماده پلیمری رسوب‌گیری غشایی با تثبیت نانوذرات TiO2 کاهش می‌یابد.

در نتیجه غشاهایی که در آنها تثبیت TiO2 صورت گرفته است، انتخابی ساده و موثر برای کاهش رسوب‌گیری در بیوراکتورهای غشایی هستند.

با استفاده از بیوراکتورهای غشایی، برای تصفیه پساب می‌توان بر مشکلات جاری فرآیندهای لجن فعال که اکثراً مربوط به جداسازی توده میکروبی از آب تصفیه شده است، فائق آمد.

در این نوع بیوراکتورها میکرو یا اولترافیلتراسیون جایگزین فرآیند ته‌نشین‌سازی (معمولاً برای جداسازی توده میکروبی از آب تصفیه است) شده است.

در این روش به دلیل حبس کامل باکتری‌ها و ویروس‌ها کیفیت آب تصفیه شده افزایش می‌یابد.

همچنین امکان افزایش غلظت توده میکروبی به میزان قابل توجهی وجود دارد که موجب کاهش حجم راکتور و همچنین کاهش نرخ تولید لجن می‌شود.

افزون بر آن، فضای مورد نیاز برای واحد تصفیه پساب به دلیل حذف تانک‌های ته‌نشینی و کاهش سایز بیوراکتور، به دلیل افزایش غلظت توده میکروبی، کاهش می‌یابد.

مزایای بیوراکتورهای غشایی

امروزه از بیوراکتورهای غشایی برای تصفیه انواع مختلف پساب نظیر پساب شهری، پساب با بار آلی بالا و پساب‌های سنگین صنعتی استفاده می‌شود.

از مزایای بیوراکتورهای غشایی در مقایسه با روش‌های مرسوم لجن فعال به موارد زیر می‌توان اشاره نمود:

                      حذف کامل جامدات؛

                      ضدعفونی کردن پساب تصفیه شده؛

                      جداسازی زمان ماند هیدرولیکی (HRT) و زمان ماند لجن (SRT)؛

                      قابلیت بارگیری بیشتر و زمان ماند لجن طولانی‌تر؛

                      تولید لجن به مقدار کم‌تر و یا حتی صفر؛

                      فعال شدن سریع؛

                      سایر کوچک‌تر؛

                      مصرف انرژی کم‌تر.

مشکل بیوراکتورهای غشایی

عمده مشکل سیستم‌های غشایی در تصفیه پساب رسوب‌گیری غشاء است که منجر به کاهش فلاکس نفوذی می‌شود.

در نتیجه باید غشاء مرتباً تعویض و یا تمیز گردد که این امر افزایش هزینه را دربر دارد.

رسوب‌گیری غشایی در نتیجه تعامل بین غشاء و عصاره لجن فعال است.

نتیجه‌گیری

به طور کلی عوامل هیدرودینامیکی (تنش‌های برشی، فشار و ...) یا بیولوژیکی (دما، Ph، غلظت مواد مغذی و ...) و شرایطی که باعث تغییر رفتار بیولوژیکی سوسپانسیون و به تبع آن ترکیبات محلول (پلی‌ساکارید، فسفولیپید، پروتئین و ...) شوند، می‌توانند نقش مهمی در رسوب‌گیری غشاء ایفا کنند.

از آنجایی که رسوب‌گیری غشایی در غشاهای آبگریز خیلی جدی‌تر از غشاهای آبدوست است، توجه زیادی برای کاهش رسوب‌گیری غشایی با تبدیل مواد آبگریز به مواد نسبتاً آبدوست معطوف شده است.

یکی از روش‌هایی که برای بهبود سطح بکار می‌رود، آماده‌سازی با پلاسمای CO2 است.

با این روش سایز منافذ و میزان تخلخل غشاء افزایش می‌یابد.

تبلور

مقدمه

تبلور، تشکیل ذرات جامد در فاز همگن است.

تبلور به صورت ذرات جامد در فاز بخار، مثل برف یا انجماد مذاب یا مایع، مثل تک بلورهای درشت یا تبلور در محلول مایع ظاهر می‌شود.

تبلور محلول در صنعت چون مواد مختلفی به صورت بلور در بازار عرضه می‌شود، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

کاربرد گسترده آن اصولی دوگانه دارد: بلوری که در محلولی ناخالص تشکیل می‌شود، خود خالص است (مگر اینکه بلورها به صورت مخلوط ظاهر شوند) و تبلور روشی عملی برای بدست آوردن مواد شیمیایی خالص در شرایط مطلوب برای بسته‌بندی و نگهداری است.

ماگما در تبلور صنعتی محلول، مخلوط دوفازی محلول مادر و بلورهای با اندازه‌های مختلف که متبلور کننده را اشغال می‌کند و به صورت محصول از آن خارج می‌شوند را ماگما گویند.

هندسه بلور

بلور، سازمان یافته‌ترین نوع ماده بی‌جان است.

خصوصیت بلور، این است که ذرات تشکیل دهنده آن، اتم، مولکول یا یون است و در آرایش‌های منظم سه‌بعدی به نام شبکه‌های فضایی کنار هم چیده شده‌اند.

در نتیجه این طرز قرار گرفتن ذرات کنار یکدیگر، اگر بلور بدون هیچ مانعی ناشی از بلورهای دیگر یا اجسام بیرونی تشکیل شود، آنها به صورت چندوجهی‌هایی با گوشه‌های تیز و پهلو یا وجوه تخت ظاهر می‌شوند.

دستگاه تبلور

ظروف تبلور تجارتی ممکن است به صورت پیوسته یا ناپیوسته کار کنند.

به جز در کاربردهای خاص، عملیات پیوسته ترجیح داده می‌شود.

اولین شرط در هر ظرف تبلور ایجاد محلول فوق اشباع است، چون تبلور بدون فوق اشباع صورت نمی‌گیرد.

سه روش در تولید فوق اشباع بکار می‌رود که در درجه اول بستگی به نوع منحنی حلالیت ماده حل شده دارد.

مواد حل شده‌ای چون نیترات پتاسیم و سولفیت سدیم در دماهای خیلی زیاد انحلال‌پذیرند تا در دماهای کم، لذا فوق اشباع را می‌توان صرف با سردسازی بوجود آورد.

اگر انحلال‌پذیری تقریباً مستقل از دما باشد، مثل نمک طعام یا با افزایش دما کاهش یابد، فوق اشباع با تبخیر حاصل می‌شود.

در موارد بینابین، تلفیقی از تبخیر و سرمایش موثر است.

مثلاً نیترات سدیم را می‌توان با سرمایش بدون تبخیر، تبخیر بدون سرمایش یا تلفیقی از سرمایش و تبخیر به صورت رضایت‌بخشی متبلور ساخت.

مثلاً نیترات سدیم را می‌توان با سرمایش بدون تبخیر، تبخیر بدون سرمایش یا تلفیقی از سرمایش و تبخیر به صورت رضایت‌بخشی متبلور ساخت.

تنوع ظرف تبلور ظروف تبلور تجارتی از چند جنبه دیگر نیز ممکن است متفاوت باشند.

تفاوت عمده آنها در این است که بلورها چگونه با مایع فوق اشباع تماس داده می‌شوند.

در روش اول که روش مایع در حال گردش نام دارد، جریانی از محلول فوق اشباع از بستر سیال شده بلورهای در حال رشد عبور می‌کند که فوق اشباع با هسته‌زایی و رشد آزاد می‌شود.

آن وقت مایع اشباع شده را از طریق ناحیه سرد کننده یا تبخیر پمپ می‌کنند که در آن فوق اشباع تولید می‌شود و بالاخره محلول فوق اشباع از طریق ناحیه متبلور کننده بازگردانده می‌شود.

این ظرف تبلور در حالت ایده‌آل، محصولی دسته‌بندی شده با اندازه‌هعی یکنواخت تولید می‌کند.

ظروف تبلور دیگری برای نگهداری سوسپانسیونی که در ناحیه تبلور به خوبی مخلوط می‌شود، طراحی شده است که بلورهای به اندازه‌های مختلف از هسته‌ها تا بلورها بلورهای درشت، به صورت یکنواخت در سراسر ماگما توزیع می‌شوند.

در حالت ایده‌آل، توزیع اندازه‌های یک واحد سوسپانسیون مخلوط در محصول، با توزیع در خود ماگماهای متبلور کننده یکی است.

ظروف تبخیر در خلأ اکثر ظروف تبلور جدید در رده واحدهای خلأ جای می‌گیرند که در آنها از سرمایش تبخیری آدیاباتیک برای ایجاد فوق اشباع استفاده می‌شود.

شکل اولیه و ساده این ظروف تبلور به صورت ظرف در بسته‌ای است که خلأ با مبردی به کمک پمپ خلأ با افشانه بخار آب یا تقویت کننده‌ای که بین ظرف تبلور و مبرد واقع شده، ایجاد می‌شود.

حجم ماگما با کنترل سطح مایع و جامد متبلور شده در سطح، ثابت نگه داشته می‌شود و در فضای بالا ماگما برای آزاد کردن بخار و حذف ماندگی استفاده می‌شود.

شکل ظرف تبلور خلأ پیوسته با واحدهای کمکی رایج برای تغذیه این واحد و فرآوری ماگمای حاصل را نشان می‌دهد.

کار اساسی بدنه خیلی شبیه به کار تبخیر کننده تک ایستگاهی است و در عمل از این واحدها به صورت چندایستگاهی بهره‌برداری می‌شود.

ظروف تبلور پیوسته ظرف تبلور با لوله مکنده و صفحه تنظیم کننده جریان ظرف تبلور با لوله‌های مکنده و صفحه تنظیم کننده (DTB) دستگاهی با تنوع و کارایی بیشتر است.

ظرف تبلور با لوله مکنده، صفحه تنظیم کننده جریان ظرف تبلور با لوله مکنده صفحه تنظیم کننده را می‌توان به شاخه شوینده‌ای در زیر بدنه نیز مجهز کرد تا بلورها را بر حسب اندازه‌ای که دارند، رده‌بندی کند.

همچنین می‌توان آنها را به یک ناحیه ته‌نشینی با صفحات منحرف کننده تجهیز کرد تا دانه‌های ریز را جدا کند.

ظرف تبلور با لوله مکنده، صفحه تنظیم کننده، همراه با سیستم داخلی برای جداسازی و تخلیه بلورهای ریز کاربرد اصول در طراحی وقتی میزان محصول نظری در ظرف تبلور از موازنه جرم و انرژی محاسبه شد، در ادامه باید CSD محصول را از سرعت هسته‌زایی و رشد تخمین زد.

مدل ظرف تبلور ایده‌آلی که مدل جداسازی سوسپانسیون مخلوط ـ محصول مخلوط (MSMPR) نام دارد: برای شناسایی پارامترهای جنبشی و کاربرد این شناخت در محاسبه عملکرد چنین ظرف تبلوری مبنای خوبی بوده است.

ظرف تبلور ظرف تبلور پیوسته‌ای را درنظر بگیرید که مطابق با شرایط محدود کننده زیر وارد می‌کند.

عملیات در حال پایا باشد.

ظرف تبلور همواره دارای یک ماگمای سوسپانسیون مخلوط باشد و رده‌بندی محصول در آن صورت نگیرد.

فوق اشباع یکنواخت همواره در سرتاسر ماگما وجود داشته باشد قانون ∆L رشد بلور برقرار باشد.

از هیچ سیستمی برای خروج اندازه‌های رده‌بندی شده استفاده نشود.

در خوراک هیچ بلوری وجود نداشته باشد.

ماگمای محصول از ظرف تبلور در حالت تعادل خارج شود، لذا محلول مادر در محصول ماگما، اشباع شده باشد.

هیچگونه شکستن بلور و تبدیل آن به ذرات با اندازه محدود اتفاق نیفتد.

هسته‌زایی تماسی در ظروف تبلور هسته‌زایی تماسی بر اساس آزمایش‌های کلانتز (Clontez) و مک‌کیب روی یک ذره استوار است که تعداد بلورهای تولیدی با تماس در فوق اشباع، انرژی و سطح تماس مشخصی را تعیین کرده‌اند.

از این نتایج برای تعیین مدل هسته‌زایی مناسبی در طراحی ماگمای ظروف تبلور استفاده می‌شود.

تصحیحی که بنت فیدلمن و راندولف انجام داده‌اند، بر اساس ایده‌های زیر است: تعداد کل هسته‌های تولیدی با مجموع هسته‌زایی از کل بلورها در هم اندازه‌ها در هر زمانی که از محرک (پره) عبور می‌کنند، متناسب است.

پتانسیل محرک ایجاد فوق اشباع با سرعت رشد G متناسب است.

انرژی انتقالی به بلوری به اندازه L و جرم cL3به اندازه‌ای که برای شتاب دادن ذره از سرعت‌های ماگمای در حال حرکت تا سرعت نوک محرک (پره) نیاز است.

مساحت تماس متناسب با L2 است.

این فرض‌ها به معادله زیر منتهی می‌شود: که: Bo: سرعت هسته‌زایی بر واحد حجم مایع؛ KN: ثابت بدون بعد؛ uT: سرعت نوک پره؛ tTo: زمان برگشت.

در استفاده از این معادله در عمل به داده‌های تجربی یک واحد صنعتی یا عملیات واقعی تبلور با طراحی مشابه نیاز است.

در تبلور KCL مثلا راندولف، وایت و لو، معادله Bo∞G2/wmc0.91 را پیدا کرده کرده‌اند که mc غلظت جامد در ظرف تبلور بر حسب جرم بلور بر واحد حجم است.

تبلور مواد شیمیایی آلی اصول تبلور در مخلوط به روش مشابه برای مواد آلی نیز بکار می‌رود.

والانس تعداد مواد آلی را مرتب کرد که ترکیب‌های آلی اغلب با تبلور مذاب، خالص می‌شوند.

تبلور مواد مذاب آخرین مرحله تولید یک ترکیب آلی، جامد کردن محصول مذاب خالص آن است.

این کار با انجماد در استوانه پولک‌ساز یا نوار نقاله سرد در حال ارتعاش و یا در ظرف همزن‌دار دو جداره‌ای صورت می‌گیرد.

گاهی اوقات مایع حدود 20 یا حتی 50 درجه سانتیگراد بدون اینکه منجمد شود، سرد می‌شود و برای ایجاد تبلور، به هم زدن مکانیکی یا دانه‌ای مایعات نیاز است.

مخلوط‌های آلی دو جزء و سه جزیی، خصوصاً ایزومرهای آروماتیک، با سرمایش ساده خالص می‌شوند و بجز در حالتی که محلول جامد تشکیل می‌شود، بلورهای فقط یک ایزومری خیلی کم تشکیل می‌شوند.

مثلاً مخلوط ایزومری‌های زایلن در مقیاس تجارتی در دماهای حدود 60- درجه سانتیگراد در سیستم تبلور دو مرحله‌ای انجام می‌شود.

بلورهای –pزایلن در هر مرحله در یک سانتریفوژ صاف کننده جدا می‌شود.

اولین محصول که چندان هم خالص نیست، مجدداً ذوب و تبلور مجدد می‌شود و محصول دوم با تولوئن یا حلال دیگر شسته می‌شود تا محلول‌های مادر چسبیده را جدا کند.

معرفی نرم‌افزار Protpipe Protpipe محصول جدیدی است که شبکه‌های لوله‌کشی مایع و بخار را با روش‌های محاسباتی اثبات شده FNA حل می‌کند.

خلاصه‌ای از اطلاعات لازم در زیر آمده است.

تصاویر مدنظر کاربران؛ شبکه‌های Protpipe شامل اطلاعات کامل متنی، عددی و گرافیکی می‌شود.

این نرم‌افزار نیاز برای جداکردن تصاویر یا یادداشت‌ها برای فایل اطلاعات شبکه را از بین می‌برد.

شما می‌توانید شرح‌های کوتاه متنی یا حتی پاراگراف‌های کاملی در هر جای شکل شبکه وارد کنید.

طرح‌های با کیفیت بالا می‌تواند به راحتی در دیگر مدارک نشان داده، چاپ شده و یا فرستاده شود.

برای افزایش راحتی، Protpipe به شما توانایی دادن پارامترهای گره‌ها و لوله‌ها را (مانند فشارها و یا نرخ جریان) مستقیماً بر روی شکل شبکه را می‌دهد.

Protpipe خطاهای ورودی را چک کرده و می‌تواند به صورت اتوماتیک برآورد فشارها و