بخشی از مقاله
چکیده
پیشرفت روزافزون صنعت و مسائل اقتصادي جهان امروز منجر به تولید و انتشار پسابهاي صنعتی با درصدسمیت و خواص مختلف گردیده است. فرآیندهایی که در حال حاضر براي تصفیهي پسابها بکار میروند شاملفرآیندهاي فیزیکی همچون جذب سطحی یا فیلتراسیون با استفاده از فیلتر شنی؛فرآیندهاي شیمیایی همچون لخته سازي به کمک افزودن نمکهاي آلومینیوم به پساب یا استفاده از نمکهاي آهن و مواد پلیمري و فرآیندهاي بیولوژیکی همچون فرآیند لجن فعال و تجزیه بیهوازي میباشد.
هر کدام از فرآیندهاي نام برده براي انواع خاصی از پسابهاي صنعتی کارایی داشته و الزامات مختص به خود را دارا میباشند. با این وجود هنوز هم در تصفیهیĤلایندههاي آلی و یا فلزات سنگین موجود در پساب مشکلاتی مشاهده میگردد.
این ترکیبات باعث کاهش کارایی روشهاي تصفیهي پسابمانند فرآیندهاي بیولوژیکی میگردند. فرآیندهاي غشاي مایع تمام مزایاي فرآیندهاي بیولوژیکی را دارا بوده و در عین حالبا استفاده از آنهامیتوان ترکیبات موجود در پساب را سادهتر و بسیار ارزانتر استخراج نمود.ازآنجایی که این تکنولوژي هنوز به صورت گسترده صنعتی نشده است؛ در این مقاله سعی شده است تا خلاصه اي از این روش و پیشرفتهاي آزمایشگاهی و نمایی از آینده صنعتی آن ارائه شود.
-1 مقدمهاي بر غشاهاي مایع
فرآیندهاي غشاي مایع به آندسته از فرآیندها گفته میشود که داراي یک فاز مایع انتخابگر به عنوان غشا میباشند. فرآیند جداسازي و بازیابی به صورت پیوسته و در این فاز رخ میدهد.
غشاهاي مایع به سه دستهي عمده تقسیم میشوند:
-1 غشا هاي مایع تودهاي
-2 غشا مایع حمایت شده
-3 غشا مایع امولسیونی
از سه دستهي فوق غشاهاي امولسیونی داراي سطح انتقال جرم بیشتري میباشند. این نوع غشاها براي اولین بار توسطلی به منظور جداسازي هیدروکربنها استفاده شد. از آن پس تلاشهاي گستردهاي براي کشف روابط ریاضی و فرمولهاي حاکم بر این پدیده انجام گردید.
سیستم امولسیون دوگانه بر دو نوع است. نوع اول امولسیون آب در ماده آلی که در یک فاز آبی خارجی قرار
میگیرد، و نوع دوم امولسیون ماده آلی در آب که در یک فاز آلی خارجی غوطه ور است. با توجه به اینکه ماده آلی و آب در یکدیگر مخلوط نمیشوند، بخش غشا در نوع آبی-آلی-آبی همان قسمتی است که فاز آلی در آن حضور دارد یعنی لایه آلی نقش غشا را ایفا مینماید و در نوع آلی-آبی-آلی لایهي آب نقش غشا را بر عهده دارد.
لایه هاي میانی علاوه بر جداسازي فاز درونی و بیرونی خود میتوانند یک یا چند نوع ماده را به صورت انتخابی انتقال داده و فاز حاضر در بیرون یا درون خود تراوش دهند.
از آنجایی که تشریح کامل انواع غشاهاي مایع و کاربرد آنها در حوصلهي این مقاله نمیگنجد، تنها به اصلی ترین و پرکاربرد ترین نوع غشاهاي مایع در زمینهي تصفیه پساب یعنی غشاهاي مایع امولسیونی پرداخته میشود.
همچنین در بخش سوم مقاله خلاصهاي از آزمایشات انجام گرفته در خارج کشور جهت صنعتی سازي این روش آورده شده است.
-2 غشاهاي مایع امولسیونی
امروزه فرآیندهاي جداسازي اجزاي شیمیایی یک مخلوط توسط مورد توجه زیادي قرار گرفته و به عنوان جایگزین روشهاي قدیمی تلقی میگردد. از دلایل اصلی اقبال فرآیندهاي غشایی میتوان به سادگی فرآیند و پایین بودن مصرف انرژي در آنها اشاره کرد. به هرحال استفاده از غشاهاي تراوا و نیمه تراوا در روشهاي میکروفیلتراسیون، آلترافیلتراسیون اسمز، اسمزمعکوس و دیالیز که از روشهاي نوین جداسازي به حساب میآید، معایبی همچون بالا بودن قیمت تمام شدهي اولیه تجهیزات، پائین بودن سرعت انتقال، پایین بودن قدرت تفکیکس پذیري و بزرگ بودن اندازه تجهیزات را دربرداشتند.
جداسازي مواد شیمیایی به کمک غشاهاي مایع - قع - یک روش کارا و متفاوت در زمینه فرآیندهاي جداسازي غشایی میباشد. مقایسه با روشهاي مرسوم، استفاده از غشاهاي مایع امولسیونی داراي مزایا و جذابیت هاي خاص خود مانند سادگی فرآیند، بازدهی بالا، استخراج و بازیابی تک مرحلهاي، سطح مشترك و سطح تماس بزرگتر و امکان اجراي پیدرپی فرآیندها میباشد. همچنین این نوع غشاها توانایی بالایی در بازیابی و حذف یونس هاي فلزي و هیدروکربنهاي متنوع از پسابهاي صنعتی داشته و در مقایسه با روشهاي متداول بازدهی بالاتري دارند.[2]
-3 تصفیه پسابهاي صنعتی با استفاده از غشاهاي مایع امولسیونی:
کاربرد غشاهاي مایع امولسیونی - قعغ - ها در تصفیه پساب به هنگام زدودن آلودگیهاي قابل یونیزه شدن همچون انواع فنولهاویا احیاء-امحاء فلزات سنگینیا سمی میباشد. هنگام تصفیه فلزات از آب، کاتیونهاي فلزي روي سطح مشترك خوراك ورودي و غشاي امولسیونی پراکنده میشود. سپس این کاتیونها با یک مولکول جانبی دیگر پیوند خورده و درون غشا حرکت کرده و به سمت قطرات مجتمع مواد بازیابی شده حرکت میکنند. هنگامی که بین ترکیب کاتیون فلزي و مولکول جانبی و ریزقطرات بازیابی شده برخورد صورت گیرد، کاتیون فلزي از ترکیب جدا شده و به درون فاز مایع میرود که بعدا توسط محلول اسید قوي شستشو و جداسازي خواهد شد.
نیروي پیش برنده این فرآیند گرادیان اختلاف پتانسیل شیمیایییونید بین فاز استخراج شده و محلول خوراك ورودي میباشد، که به کمک آن یونهاي فلزي در برابر گرادیان غلظت درونی فاز آبی قابلیت پیشروي پیدا میکنند.
در هنگام جداسازي ترکیبات آلی قابل یونیزه شدن - مثل ترکیبات فنولی - پدیده انتقال بر مبناي گرادیان غلظت ترکیبات آلییونیزه نشده بین فاز خوراك ورودي و فاز استخراج شده صورت میپذیرد. دژ فاز خوراك ورودي به نحوي تنظیم میشود که ذرات یونیزه نشده امکان حل شدن درون محلول رقیق کننده را داشته باشد.
درون بخش غشاي امولسیونی، حالت یونیزه نشده ناخالصیها در فضاي درونیغشا به صورت تک اتمییا چند اتمی وارد شده و به سمت قطرات استخراجی حرکت میکنند. مولکولهاي آلییونیزه نشده به درون فاز استخراجی نفوذ کرده و در درون این فاز، ریزقطرات بدست آمده یونیزه میگردند. در نتیجه فعالیت ناخالصیهاییونیزه نشده از بین خواهد رفت که این امر انتقال معکوس ناخالصیها را غیر ممکن میسازد. در شکل1 نموداري از غلظت کاتیونلیقبه عنوان اتم هدف با توجه به گلبول غشا رسم شده است.
شکل ١- نماي شماتیک گلبول غشاي مایع و منحنی حل شونده درون غشاي امولسیونی مایع
