فرآیند غشایی
از گذشته تا به امروز، نیاز انسان به جداسازی قابل چشم پوشی نیست. تمدن¬های اولیه فناوری¬های متعددی را برای استخراج کانی¬ها، حصول نمک از تقطیر آب دریا، تقطیر نوشیدنی ها و کارهای مختلف امثال این موارد را تجربه کرده است. امروزه آدمی با پیشرفت علوم و تکنولوژی و استفاده از روش¬های جداسازی چون تقطیر، جذب، استخراج مایع-مایع، جذب سطحی و جداسازی غشایی سعی در خالص سازی، تغلیظ و تفکیک هر چه بیشتر مواد از هم دارد. در این میان فرآیندهای جداسازی غشایی، نقش ویژه ای در صنعت-هایی چون پتروشیمی به منظور تصفیه گازها، داروسازی و غذایی، تصفیه فاظلاب و پساب، تصفیه مواد سمّی خون از طریق دیالیز ایفا می¬کند.
فرآیند غشایی نسبت به فرآیند¬های دیگر جداسازی دارای مزایای متعددی می باشند که چند نمونه از آن عبارت اند از:
1- صرفه¬جویی قابل توجه انرژی
2- سازگاری با محیط¬زیست
3- تکنولوژی پاک و فرآیند عملیاتی شدن آسان
4- قابلیت جایگزینی فرآیندهای متعارف مانند فیلتراسیون، تقطیر و مبادله¬ی یونی با فرآیندهای غشایی
5- کیفیت بالای محصول تولیدی
6- انعطاف¬پذیری بالا در طراحی سیستم¬های فرآیندی.
غشا و انواع آنها
فرآیندهای غشایی به شیوه¬های جداسازی فیزیکی و شیمیایی املاح و مواد معلق مختلف از حلال با استفاده از غشاهای نیمه تراوا اطلاق می شود. غشاء عبارت است از لایه نازکی است که دو فاز را از هم جدا می نماید و به عنوان یک مانع انتخابی در انتقال مواد عمل می کند. این تعریف در برگیرنده غشا با نفوذپذیری انتخابی می باشد و بیانگر آن است که یک اختلاف پتانسیل شیمیایی بین دوفاز وجود دارد. باید توجه داشت غشا به عنوان یک ماده منفعل، تعریف نمی شود بلکه بهتر است به عنوان یک ماده عاملی تعریف شود. به عبارتی اگرچه غشاها براساس ساختارشان مشخص می شوند اما عملکردشان برحسب شار و گزینشپذیریشان عمدتاً به نوع موادی که در دو فاز وجود دارند و نیروی اعمال شده بستگی دارد. تعریف دیگر غشای به ماده ای اطلاق می گردد که از یک دیواره نازک تشکیل شده است و قادر به ایجاد مقاومت انتخابی در برابر انتقال ترکیبات مختلف یک سیال می باشد که با این عمل سبب جداسازی بعضی از مواد محلول یا معلق از سیال می گردد. جریان خوراک پس از تماس با غشا به دو جریان مجزا تقسیم می¬شود:
- جریان تراوش¬یافته : جریانی است که از میان غشا عبور می¬کند.
- جریان دفع¬شده یا باقیمانده : جریانی است که از غشا عبور نکرده و از آن دفع می¬شود.
نیرو محرکه¬های فرآیند¬های غشایی شامل اختلاف فشار، اختلاف دما، اختلاف غلظت و اختلاف پتانسیل¬الکتریکی است که از این میان، غشاهایی که در فرآیند های غشایی به منظور تصفیه استفاده می شوند، عمدتاً از نیرو محرکه فشاری استفاده می کنند. در فرآیند غشایی با توجه به اندازه حفرات غشا و اندازه ماده حذفی، از 4 نوع غشا میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون UF))، نانوفیلتراسیون ((NF، اسمز معکوس (RO) استفاده می¬شود. غشا¬های MF و UFنسبت به غشاهای دیگر نیازمند فشار کمتری برای انجام جداسازی هستند، بنابراین از لحاظ هزینه فرآیندی و ایمنی، غشاهای مناسب¬تری می¬باشند.
به طور عمده غشاها از نظر ماهیت به دو گروه اصلی غشاهای آلی و غیرآلی تقسیم میشوند. غشاهای آلی قیمت تمام شده و کارایی بسیار بالاتری از غشاهای غیرآلی دارند، اما با اصلاح غشاهای غیرآلی می توان با هزینه کمتر (تقریباّ نصف) به کارایی غشاهای آلی نزدیک شد. غشاهای آلی به دلیل مقاومت مکانیکی و حرارتی بالا، در فرآیندهای غشایی که مستلزم تحمل تنشهای حرارتی و مکانیکی بالایی میباشند تنها گزینه محسوب میشوند، با این وجود، به دلیل هزینه ساخت و هزینه عملیاتی بسیار پایین، شار عبوری بالا و گستره عملیاتی وسیع غشاهای آلی، غشا های غیرآلی به یک انتخاب مناسب در فرآیند های صنعتی به خصوص تصفیه آب تبدیل شده است
