بخشی از مقاله
خلاصه
جداسازی روغن از آب به ویژه در فاضلابهای روغنی با توجه به حجم بالای تولید فاضلاب های روغنی در صنایع و زندگی روزمره انسانها در جهت مبارزه با بحران کم آبی به یکی از موضوعات مورد بحث در دنیا تبدیل شده است. تکنولوژی غشایی به دلیل شرایط عملیاتی ساده و ایجاد بازدهی بالا در جداسازی روغن از آب به یک تکنولوژی کار آمد در این زمینه تبدیل شده است. در این مقاله به پیشرفت های به وجود آمده در زمینه تصفیه فاضلاب های روغنی توسط فرایندهای فیلتراسیون و همچنین بررسی غشاهای رایج جهت انجام عملیات جداسازی آب و روغن،همچنین پدیده گرفتگی غشا و راههای مقابله با گرفتگی در تصفیه فاضلاب روغنی برای انواع مختلف غشاها و معرفی غشاها و سیستم های جدید جهت انجام بهتر جداسازی آب از روغن پرداخته شده است.
.1 مقدمه
با ادامه رشد روزافزون فرآیندهای صنعتی، مانند فرآیندهای پتروشیمی، چرمی، لبنی، نساجی و بسیاری فرآیندهای دیگر هر روز شاهد تولید مقدار زیادی فاضلاب های روغنی هستیم.[1] کنترل و تصفیه این فاضلاب های آغشته به روغن جهت کمک به پاکسازی محیط زیست امری مهم و جدی است. به علاوه رشد جمعیت، بحران خشکسالی و اقتصاد باعث افزایش نیاز به آب به ویژه در مناطق کم آب شده است. از این رو به نظر میرسد که منابع سطحی قادر به رفع نیاز نسل های آینده نخواهد بود و بحران آب به یک مساله جدی تبدیل خواهد شد.[2]
یکی از راه های حل این مشکل تصفیه و استفاده مجدد از آب های استفاده شده است، که نیاز به بکارگیری تکنولوژی های پیشرفته ای نظیر غشا و فرآیندهای غشایی دارد. بازار تکنولوژی های غشایی شاهد رشد سریع و پیوسته تحقیق و پیشرفت هم در زمینه دانشگاهی و هم در زمینه صنعتی می باشد. همچنین دانش تکنولوژی غشایی را اخیرا می توان به عنوان یکی از مفیدترین روش های جداسازی مخلوط آب و روغن دانست چراکه در مقایسه با سایر تکنولوژی های موجود در این زمینه در خذف قطرات روغن از آب موثرتر عمل می کند.
[3] روش های متنوعی برای تصفیه فاضلاب های روغنی شامل روش های فیزیکی و شیمیایی وجود دارد. از روشهای متداول تصفیه فاضلابهای روغنی می توان به این موارد اشاده کرد: ته نشینی اولیه ، جداسازی سانتریفیوژی با استفاده از هیدرو سیکلون، پیش تصفیه شیمیایی - منعقد کردن -فلوکه کردن - ، شناور سازی، فرآیندهای بیولوژیکی - بیوراکتور غشایی و لجن فعال - ، فیلتراسیون و جداسازی غشایی روش های متداول در جداسازی روغن از فاضلابهای آغشته به روغن می باشند.
هر کدام از این روش های ذکر شده مزیت ها و معایبی دارند که استفاده کننده آنها با توجه به این مزیت ها و معایب یکی از این روشها را انتخاب میکند. جداسازی غشایی به عنوان یک تکنولوژی ضروری و بسیار مفید در این قرن شناخته می شود که البته همانند سایر تکنولوژی ها بی عیب نیست. اصلی ترین مشکلی که این روش را تحت تاثیر قرار می دهد گرفتگی غشا می باشد که همچنان به عنوان یک دغدغه جدی برای این صنعت مطرح است.[1-4]
2 .تکنولوژی غشایی
تکنولوژی غشایی در سال های اخیر به یک تکنولوژی قابل توجه در صنایع مختلف تبدیل شده است. کاربرد این تکنولوژی روز به روز متنوع تر و مفیدتر می شود و این پیشرفت ها آن را به یک تکنولوژی ضروری تبدیل کرده است. از مزایای این تکنولوژی می توان به کارکرد آن بدون افزودنی مواد شیمیایی با مصرف انرژی پایین تر وکنترل و نصب راحت آن جهت انجام فرآیند اشاره کرد. جداسازی غشایی در مقایسه با روش های قدیمی تر و رایج کنونی بازده بیشتری از خود نشان داده است و بازده آن نیز فقط به خود غشا بستگی دارد .
اساس فرآیند جداسازی توسط غشا واضح است، غشا در نقش لایه نیمه تراوا بین دو فاز ظاهر می شود و انقال بین دو فاز را تنظیم می کند. فیلتر منحصرا اجازه عبور جریان آب را می دهد در حالیکه سایر مواد و جامدات معلق را در پشت غشا گیر می اندازد. غشاها برای تصفیه آب استخراج شده از آبهای زیر زمینی و سطحی و فاضلاب ها بسیار موثر واقع می شوند. فرآیند های غشایی در حال حاضر با روش های کنونی قابل مقایسه اند و رشد چشمگیری پیدا کرده اند.[5]
.1 . 2 فرآیند تصفیه غشایی
فرآیندهای جداسازی غشایی با روندی رو به رشد به یک روش جایگزین مطمئن و با دوام برای جداسازی آب و روغن تبدیل شده است. نیروی محرکه فرآیندهای غشایی عمدتا اختلاف فشار دو سطح غشا برای فرآیندهای میکروفیلتراسیون - MF - ، نانوفیلتراسیون - NF - ، اولترافیلتراسیون - UF - و اسمز معکوس - RO - می باشد. موارد ذکر شده از لحاظ مفهومی شبیه هم هستند ولی اختلاف اصلی بین آنها در قطر منافذ غشا است که باعث کاربردهای متفاوتی می شود که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره شده است. [2- 5] مکانیسم جذب سطحی به خاصیت آب گریزی غشا بستگی دارد، که باعث کاهش قطر منافذ و پیرو آن افزایش مقاومت می گردد.
UF یکی از موثرترین روش های تصفیه فاضلاب های روغنی می باشد. در مقایسه با روش های قدیمی اولترافیلتراسیون روش بسیار موثرتری است. عملکرد غشاهای MF و UF در تحقیقی که توسط Cornelissen و همکاران[6] بمنظور تصفیه آب میدان نفتی دریای شمال در مقیاس پایلوت مورد مقایسه و بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که: غشای UF با جدا کردن % 96 کل غلظت هیدروکربن، بنزن، تولوئن و زایلن حدود % 54 و همچنین فلزات سنگین نظیر مس و روی تا %95 عملکرد بهتری نسبت به غشای MF از خود نشان داد.
اگر درصد نمک موجود در فاضلاب روغنی بالا باشد غشاهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون بمنظور جداسازی آب از روغن پیشنهاد می شوند.به جز روش های ذکر شده اسمز پیشرو - FO - را نیز می توان به عنوان یکی از نیرومحرکه های جداسازی روغن فاضلاب های روغنی توسط غشا معرفی کرد. برخلاف NF و RO ،این فرآیند نیازمند فشار هیدرولیکی پایینی است و همچنین مزایایی چون تمایل به گرفتگی کمتر، رفع گرفتگی آسان تر و همچنین فلاکس بیشتر است. این تکنولوژی ها روز به روز در حال پیشرفت هستند و با رفع ایرادهای آنها هر روز قابل استفاده تر و پر بازده تر می شوند.[6-8]
.2 . 2 انواع غشاها
غشاهای مورد استفاده جهت جداسازی آب از روغن معمولا از مواد پلیمری و سرامیکی ساخته می شوند. آنها در ماژولهای متنوعی مانند: صفحه تخت، الیاف میان تهی، مارپیچی و لوله ای عرضه می شوند که هر کدام از آنها در مقادیر و انواع مختلفی از جداسازی ها کاربرد دارند.[9]
.1 .2 .2 غشاهای پلیمری
پلیمرهایی نظیر پلی وینیل فلوراید - PVDF - و پلی اتر سولفون به طور گسترده ای در ساخت غشاهای میکرو فیلتراسیون و اولترافیلتراسیون جهت تصفیه انواع مختلف فاضلاب های روغنی مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل خاصیت ذاتی پلیمرها غشاهای پلیمری تمایل به آبدوستی دارند که نتیجه آن گرفتگی و کاهش فلاکس می باشد. این امر به خصوص در فرآیند تصفیه فاضلاب های روغنی صادق است. به منظور مقابله با این پدیده و همچنین ایجاد مقاومت در برابر گرفتگی غشا های پلیمری روش های گوناگونی از جمله ترکیب کردن فاضلاب با مواد آب دوست و یا اصلاح سطح غشا - Surface modification - استفاده می گردد. غشاهای پلیمری مورد استفاده به غشاهای ماتریکس آمیخته، اصلاح سطح شده و آب دوست تقسیم بندی می شوند که در زیر به اختصار توضیح داده شده است.[10]
.1 .1 .2 .2 ماتریکس آمیخته
آمیختن ماتریکس پلیمر با ترکیبات آب دوست در حین فرآیند واورنگی فاز یک روش موثر در ساخت غشاهای فوق می باشد که به سادگی قابل انجام می باشد. در این فرآیند پلیمرهای آب دوست، کوپلیمرهای آمفیلیک و نانوذرات معدنی به عنوان سه ماده اصلی افزودنی جهت تمیز کردن خلل و فرج غشا فیلتراسیون به کار برده می شوند. اثر افزودنی های مختلف بر عملکرد غشا متفاوت است اما به طور کلی هدف آمیختگی بهبود فرآیند جداسازی توسط غشا و با دوام تر کردن آن است.
در مورد فاضلاب های روغنی نقش آمیختگی بیش از پیش مشخص می گردد آب دوست شدن بیشتر غشای پلیمری به وسیله افزودن پلیمرهای آب دوست باعث جلوگیری از چسبیدن ذرات روغن به سطح غشا می گردد که در مورد فاضلاب های روغنی این ذرات علت اصلی گرفتگی غشا می باشند. به دلیل آب دوستی این افزودنی ها گذشت زمان نشان می دهد که آنها به تدریج از پلیمر میزبان خود جدا می شوند و غشا خاصیت آب دوستی خود را از دست می دهد. بنابراین ایجاد پایداری بیشتر این ذرات روی سطح پلیمر همچنان به عنوان یک دغدغه باقی می ماند.[11]
کوپلیمرهای آب دوست نیز از دو بخش با خاصیت های آب دوست و آب گریز تشکیل می شوند. در هنگام استفاده از این کوپلیمرها به عنوان ماده افزودنی بخش آب دوست آن به افزایش خاصیت آب دوستی غشا پلیمری کمک می کند و بخش آب گریز نیز باعث افزایش سازگاری کو پلیمر با پلیمر میزبان جهت تشکیل نواحی در مقیاس میکرونی لازم به منظور اقامت آن رو سطح غشای پلیمری می گردد. نواحی در مقیاس میکرونی های به وجود به دلیل انرژی آزاد سطحی کمی که دارند نقش مفیدی در مقابله با گرفتگی غشا ایفا می کنند. هر دو بخش تشکیل دهنده کوپلیمرهای آب دوست به مقاومت غشای پلیمری در برابر گرفتگی کمک می کنند و البته به میزان کمی روی ساختار غشا تاثیر می گذارند که این تاثیر در مواردی باعث کاهش فلاکس نیز می گردد.[12 -14]
