ساخت و ارزيابي غشاي نانوكامپوزيتي مورد استفاده در بيوراكتور غشايي با عملكرد در شرايط لجن حجيم‌شده

دكتري

نياز روزافزون به منابع آب، منجر به بهره‌برداري بيشتر از روش‌هاي متعدد تصفيه آب و پساب شده است. بخشي از چالش‌هاي اين حوزه از جمله حذف مؤثرتر آلاينده‌ها و كاهش فضاي مورد نياز، با استفاده از فناوري‌هايي مانند بيوراكتورهاي غشايي رفع گرديده است. اين فناوري‌ با محدوديت‌هايي از جمله گرفتگي غشاها مواجه است. بخش عمده‌اي از راهبردهاي به كار گرفته شده براي رفع اين محدوديت، به اصلاح غشاها مرتبط مي‌شود. پليمرها در ساخت اين غشاها، به‌عنوان پركاربردترين مواد مطرح هستند؛ با اين‌حال در اكثر موارد برهمكنش‌هاي نامطلوب بين پليمرهاي آب‌گريز و اجزاي لجن فعال، مشكلات كاهش عملكرد را به همراه دارد. در اين شرايط بهره‌گيري از آبدوست‌كننده‌ها در توليد غشا يا اصلاح شيميايي/فيزيكي غشاهاي آب‌گريز به‌عنوان راه‌حل مطرح شده است. بر همين اساس طراحي و ساخت غشا با در نظر گرفتن خواص ساختاري و عملكردي مطلوب، نياز به شناخت دقيق پديده‌هاي دخيل در شكل‌گيري غشا (سينتيك و ترموديناميك) و در حد امكان دستيابي به مدل‌هاي رياضي مبتني بر نتايج تجربي دارد. در اين پژوهش ساخت و اصلاح غشاهاي نانوكامپوزيتي پلي‌وينيليدن‌فلورايد (PVDF) و بررسي عملكرد آن در بيوراكتور غشايي مورد بررسي قرار گرفت. غلظت پليمر و حلال مورد نياز در مرحله ابتدايي به‌منظور شناخت و كنترل شرايط شكل‌گيري غشا از بين دو حلال دي متيل سولفوكسايد (DMSO) و ان متيل-2-پيروليدون (NMP) در نظر گرفته‌شده، انتخاب‌ شد. به دليل عدم‌ دستيابي به آب‌دوستي لازم در مرحله قبل، اختلاط پليمر آب‌دوست پلي‌وينيل‌پيروليدون (PVP) با نسبت‌هاي مختلف و در ادامه، افزودن نانو ذرات TiO2 بررسي گرديد. محدوده‌هاي تقريبي غلظت با روش يك فاكتور در يك‌زمان بررسي و غلظت‌هاي پليمر اصلي در محدوده 12% و پليمر آب‌دوست و نانو ذرات TiO2 به ترتيب در محدوده‌هاي كمتر از 5/4% و 5/0% وزني نسبت به PVDF انتخاب گرديد. با طراحي آزمايش به روش پاسخ سطح و آزمون پارتو، اهميت فاكتورها، بيشينه پاسخ‌هاي مطلوب و مدل‌هاي برازش شده و ضرايب مربوطه استخراج و ارائه گرديد. با در نظر گرفتن شرايط لجن حجيم شده، غشاي منتخب، مدوله‌شده و با يك غشاي تجاري، در بيوراكتور غشايي در شرايط لجن نرمال و حجيم‌شده بررسي و مقايسه گرديد. مقاومت غشا، مقاومت كيك، مقاومت برگشت‌پذير و برگشتناپذير و درنهايت مقاومت‌هاي گرفتگي كل در هر دو شرايط لجن بررسي شد. در حالت لجن نرمال، با ميزان محصولات ميكروبي محلول (SMP) كل mg/l 50، عبوردهي شار به 27 ليتر بر متر مربع ساعت (LMH) رسيد. در شرايط لجن حجيم شده ميزان SMP به mg/l 223 رسيد و شار بحراني تا LMH 9 كاهش يافت. در اين تحقيق، ميزان بالاي SMP در بيوراكتورهاي غشايي به‌عنوان مهمترين عامل در گرفتگي غشا تعيين گرديد. از نتايج اين تحقيق مي‌توان براي پيش‌بيني گرفتگي غشا در حالت لجن حجيم شده و طراحي (در بازه اين تحقيق) و ساخت غشا با ويژگي‌هاي منتخب براي شار عبوري و نسبت بازيابي شار (FRR)، بهره‌برداري نمود.

204600

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر نرگس فلاح

مهندسي شيمي

دكتر تورج محمدي