کاهش گرفتگی با پیش تصفیه مبتنی بر اشعه فرابنفش در غشاهای اولترفیلتراسیون توخالی برای استفاده مجدد پساب شهری

کاهش گرفتگی با پیش تصفیه مبتنی بر اشعه فرابنفش در غشاهای اولترفیلتراسیون توخالی برای استفاده مجدد پساب شهری

 

یکی از مهمترین مشکلات کار با فرایندهای غشایی اولترافیلتراسیون، گرفتگی غشا است که به دلیل وجود مواد جامد معلق، میکروارگانیسم ها و مواد آلی محلول در پساب (فاضلاب) ایجاد می شود. مواد جامد معلق لایه های کیک مانند روی غشا ایجاد می کنند که احتمالا گرفتگی برگشت پذیر است و می توان آن ها را از طریق تمیز کردن با شستشوی معکوس از بین برد. در حالیکه کنترل گرفتگی زیستی را می توان با استفاده از مواد شیمیایی مانند کلر کنترل کرد. مسئله اصلی تصفیه های نوع سوم مبتنی بر غشا، گرفتگی برگشت ناپذیر است که منجر به کاهش بهره وری و افزایش هزینه های شستشوی معکوس و جایگزینی غشا می شود. به خوبی شناخته شده است که اجزای آلی درشت مولکولی (ماکرومولکولی) و یا کلوئیدی (اسیدهای هیومیک، اسیدهای فولویک، محصولات میکروبی محلول و…) در مواد آلی فاضلاب، مهمترین فولانت های غشاهای اولترافیلتراسیون هستند. کاهش گرفتگی در فرایندهای غشایی بسیار مهم است، زیرا می تواند عملیات تمیزسازی غشا را کاهش داده و عمر عملیاتی غشاها را افزایش دهد. در این کار، هدف اصلی عمیق تر شدن و ارزیابی بازدهی و قابلیت استفاده از اشعه فرابنفش و اشعه فرابنفش/هیدروژن پراکسید به عنوان پیش تصفیه برای کنترل گرفتگی غشای اولترافیلتراسیون الیاف توخالی است که به عنوان تصفیه نوع سوم برای استفاده مجدد فاضلاب ثانویه از یک تصفیه خانه فاضلاب شهری استفاده می شود.
پیش تصفیه های فتو-اکسیداسیون پساب (فاضلاب) با سیستم راکتور آزمایشگاهی اشعه فرابنفش که در شکل 1 نشان داده شده است، انجام شد. حجم مورد آزمایش تقریبا 550 میلی لیتر است. راکتور فتو-اکسیداسیون با یک همزن مغناطیسی همزده شد تا از یکنواختی محلول اطمینان حاصل شود. فتو-اکسیداسیون با فویل آلومینیوم پوشانده شد تا از دست دادن نور فرابنفش را به حداقل برساند و از هرگونه بازتاب جلوگیری کند.
ستاپ آزمایشگاهی اولترافیلتراسیون در شکل 2 نشان داده شده است. این ستاپ برای اندازه گیری مکانیسم های گرفتگی در غشاهای اولترافیلتراسیون الیاف توخالی است که شامل یک ماژول غشایی اولترافیلتراسیون، یک پمپ و یک فشارسنج است. غشا در یک تانک خوراک که با 2 لیتر محلول خوراک پر شده، قرار گرفته است. سیستم مجهز به پمپ پریستالتیک با دبی متغیر است که غشا را با فشار منفی تامین می کند. فشار غشایی به طور مداوم توسط فشارسنج اندازه گیری می شود و محلول خوراک با استفاده از همزن مغناطیسی همزده می شود.
خلاصه ای از نتایج پژوهش در ادامه آورده شده است.
شکل 3 بیشترین فشار عبوری غشا پس از 3 ساعت عملیات اولترافیلتراسیون را با آب تصفیه شده با هر دوی پیش تصفیه ها با استفاده از دوزهای مختلف اشعه فرابنفش مقایسه می کند. بازدهی هیدروژن پراکسید به تنهایی و بدون اشعه فرابنفش نیز با استفاده از 15 میلی گرم بر لیتر اکسیدانت و یک زمان واکنش 10 دقیقه که مطابق با حداکثر زمان تماس در آزمایش های اشعه فرابنفش/هیدروژن پراکسید ارزیابی شد. با توجه به شکل 3 می توان نتیجه گرفت که استفاده از هیدروژن پراکسید در صورت عدم ترکیب با اشعه فرابنفش، هیچ تاثیری بر گرفتگی نمی گذارد. به طور کلی می توان مشاهده کرد که چگونه حداکثر فشار عبوری غشا به دست آمده در آزمایش بدون اشعه فرابنفش در آزمایش هایی که در آن از پیش تصفیه فرابنفش یا فرابنفش/هیدروژن پراکسید استفاده شده است، در حدود 30 تا 44 درصد کاهش یافت.
همانگونه که از شکل 4 مشخص است، با هر دوی پیش تصفیه فرابنفش و فرابنفش/هیدروژن پراکسید، حذف کدورت بین 85 تا 97 درصد به دست آمده است. حذف کدورت بالاتر پساب پیش تصفیه شده باید مرتبط باشد با این واقعیت که، پیش تصفیه ها بر کربن آلی محلول و احتمالا اندازه ذرات جامدات معلق تاثیر می گذارد. بازدهی حذف هیدروژن پراکسید بدون نور فرابنفش بهبود پیدا نکرده است. مقادیر کدورت با فرابنفش و فرابنفش/هیدروژن پراکسید مقادیر 2/0 تا 5/0 به دست آمده اند. همچنین حذف کربن آلی محلول با هر دو پیش تصفیه صورت گرفته و پیش تصفیه فرابنفش/هیدروژن پراکسید مقادیر بالاتری نسبت به فرابنفش تنها داشته است. دلیل حذف بیشتر کربن آلی محلول در فرایند فرابنفش/هیدروژن پراکسید را می توان تا حدی با تولید رادیکال های هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر که به اکسیداسیون مواد آلی واکنش نشان می دهند، توضیح داد. جالب است بدانید که بر خلاف حذف کربن آلی محلول پس از مرحله فیلتراسیون، حذف کربن آلی محلول قبل از پیش تصفیه ها چندان بالا نبود، به ویژه در مورد پیش تصفیه فرابنفش، که این مقدار با افزایش میزان هیدروژن پراکسید، باعث بهبودی حذف کربن آلی محلول شده است.


شکل 1- ستاپ فتو راکتور؛ 1. لامپ فرابنفش، 2. نقطه نمونه، 3. کاوشگر چند پارامتری، 4. همزن

 


شکل 2- ستاپ غشای اولترافیلتراسیون. 1. غشای اولترافیلتراسیون، 2. تانک خوراک، 3. همزن مغناطیسی، 4. نشانگر فشار، 5. پمپ

 


شکل 3- بیشترین فشار عبوری غشا به دست آمده در طی آزمایش های فیلتراسیون با پساب پیش تصفیه شده با فرابنفش و فرابنفش/هیدروژن پراکسید در دوزهای فرابنفش مختلف

 


شکل 4- تاثیر دوز فرابنفش روی کاهش کربن آلی محلول و کدورت بعد از فرایند فیلتراسیون با پیش تصفیه های فرابنفش و فرابنفش/هیدروژن پراکسید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.