نوع فرایند غشایی

نیروی محرکه

مکانیسم جداسازی

محدوده‌ی وزن مولکولی حذف‌شده (DA)

محدوده‌ی اندازه منافذ (μ)

فشار بهره‌برداری (kPa)

 

میکرو فیلتراسیون

فشار یا مکش

غربال‌سازی

۱۰۰۰ <

۱۰-۱/۰

۲۰۷-۹/۶

 

اولترافیلتراسیون

فشار

غربال‌سازی

۲۰۰۰ < - 100000

۱/۰-۰۱/۰

۵۵۱-۷/۲۰

 

نانوفیلتراسیون/ اسمز معکوس کم‌فشار

فشار

غربال‌سازی ـ جذب سطحی ـ نفوذپذیری

۱۰۰۰-۳۰۰

۰۱/۰-۰۰۱/۰

۴۲۸-۱۵۱۶

 

اسمز معکوس

فشار

غربال‌سازی ـ جذب سطحی ـ نفوذپذیری

۲۰۰-۱۰۰

۰۰۱/۰>

۵۵۱۲-۸۲۶۸

 

 

۴-۳-۳-۴ مکانیسم­های حذف در فیلتراسیون غشایی
مکانیسم اصلی حذف ذرات از محلول در صاف­سازی غشایی، غربال­شدن می‌باشد. اما همین حذف تحت تأثیر جذب سطحی و تشکیل کیک هم قرار دارد.
الف) جذب سطحی: هنگامی‌که مواد با اندازه‌ی کوچک‌تر از اندازه‌ی منافذ وارد می‌شوند، اتفاق می­افتد.
ب) صاف­سازی کیکی: هنگامی‌که ذرات با اندازه‌ی کوچک‌تر از اندازه‌ی منافذ غشا توسط لایه‌ی کیک تجمع یافته بر سطح غشا بازگردانده می‌شوند.
ج) غربال شدن یا پالایش: وقتی اتفاق می­افتد که ذرات با اندازه‌ی بزرگ‌تر از منافذ غشا توسط غشا بازداشته می‌شوند[۵۴]. فرآیندهای مذکور تقریباً در همه‌ی غشاهای بحث­شده رخ می­دهد، اما عمدتاً غشاهای MF و UF تحت تأثیر این فرآیندها هستند. در غشاهای RO و NF قابلیت حذف توسط درصد دفع نمک یا مقدار MWCO مشخص می­گردد. در این غشاها مکانیسم­های اصلی پس­دهی عبارت‌اند از: دافعه‌ی الکترواستاتیک در سطح غشا، انحلال­پذیری و پخش­شوندگی از میان مواد غشایی به علت اثرات شیمیایی یا غربالگری ناشی از اندازه و سایر خواص شیمیایی مولکول­ها. غشاهای RO و NF در حین بهره ­برداری به علت یونیزاسیون گروه ­های عاملی مواد سازنده‌ی غشا نظیر کربوکسیلات اغلب دارای بار منفی­اند. یون‌های با بار منفی ممکن است به علت رانش الکترواستاتیک از سطح غشا دفع شوند. یون‌های با بار مثبت، جهت حفظ خنثایی بار در محلول­های تغذیه و نفوذی برگشت داده می‌شوند. حضور گروه عاملی قابل پیوندشدن هیدروژنی و قطبی در غشا، انحلال­پذیری ترکیبات قطبی نظیر آب را افزایش می­دهد و فلاکس عبور آب از غشا را بیشتر می­نماید. انتظار می­رود که مولکول­های بزرگ پخش­شوندگی کمتری از میان مواد سازنده‌ی غشا داشته باشند یا اصلاً قادر به عبور از غشا نباشند.
معمولاً مولکول­های قطبی کوچک نظیر آب دارای بالاترین فلاکس می­باشند. همچنین گازهای حلال نظیر CO₂ و H₂S که کوچک، بدون بار و قطبی­اند به‌خوبی از غشای RO نفوذ می­ کنند. یون‌های تک‌ظرفیتی نظیر Na⁺ و Cl^- بهتر از یون‌های دو ظرفیتی نظیر Ca⁺² و Mg⁺² از غشا نفوذ می­نمایند، زیرا یون‌های دو ظرفیتی دافعه‌ی الکترواستاتیک بزرگ‌تری دارند. همچنین بازها و اسیدها (HCL، NaOH) بهتر از نمک‌هایشان (Na⁺،Cl^-) از غشا نفوذ می­نمایند. به علت دافعه‌ی الکترواستاتیک کمتر در یک سری ترکیبات هم خصوصیت با کاهش وزن مولکولی، نفوذ افزایش می‌یابد. مواد آلی با وزن مولکولی زیاد اصلاً از غشاهای RO عبور نمی­نمایند. غشاهای RO قادرند تا ۹۹ درصد یون‌های تک‌ظرفیتی را حذف کنند و غشاهای NF بین ۸۰ تا ۹۹ درصد یون‌های دو ظرفیتی را حذف می­نمایند، درحالی‌که در حذف یون‌های تک‌ظرفیتی توانایی کمی دارند [۵۴].
ممانعت فضایی یا غربالگری، دافعه‌ی الکترواستاتیک یا رانش بار (اثر پدیده‌ی دونان)، فشار اسمزی و واکنش‌های متقابل هیدروفوبیک/ هیدروفیلیک/ جذب سطحی بر حذف آلاینده­ها توسط غشا مؤثرند. اثرات فضایی مربوط به اندازه‌ یون‌ها و اندازه منافذ غشا می‌باشد. اثرات رانش بار و دونان به نوع غشا، بار غشا و بار الکترولیت­های محلول بستگی دارد. در غشاهای RO چون اندازه منافذ کوچک‌تر می­باشند، اثرات اندازه ناچیز ولی نفوذ یا پخش، مکانیسم غالب می‌باشد. در غشاهای باردار اثرات دونان در عملکرد جداسازی غشا، یک مکانیسم اصلی یا حتی گاهی اوقات مکانیسم غالب می‌باشد. هنگامی­که غشای باردار با یک محلول یونی تماس می‌یابد، یک تعادل بین غشا و محلول برقرار می­گردد. غلظت یون مشترک (همنام غشا) در غشا کمتر از محلول می‌باشد. زیرا یون مشترک تا اندازه‌ای توسط غشا رانده می‌شود (رانش دونان). غلظت یون مخالف (غیرهمنام با غشا) در سطح غشا بیشتر از محلول می‌باشد. در طی بهره ­برداری پتانسیل اثرات دونان با رانش یون همنام موجب می­گردد تا بین یون‌های مخالف جهت خنثایی بار دفع شوند که درنتیجه‌ی آن دفع نمک اتفاق می­افتد. با این مکانیسم، دفع نمک همراه با بار غشا افزایش می‌یابد. اثرات دونان برای هر کدام از غشاهای با بار منفی و مثبت اتفاق می­افتد[۵۴].

۴-۳-۳-۵ موارد کاربرد فرآیندهای غشایی
فرآیندهای غشایی در صنایع مختلف جهت جداسازی یک سری از مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فرآیندها برای تصفیه و ضدعفونی آب، دیالیز خون و … نیز کاربرد دارند. در جدول (۴-۶) مشخصات فرآیندهای غشایی برای تصفیه‌ی آب­و فاضلاب آورده شده­است.
جدول۴-۶ مشخصات فرآیندهای غشایی]۵۶[

 

فناوری غشایی

درصد آلاینده‌های حذف‌شده