مروری بر فناوری های غشایی در حال ظهور و پیشرفته برای تصفیه پساب
الموضوعات :
فرزاد مهرجو
1
,
محمدصابر باغخانی پور
2
,
امیر علم
3
1 - دانشگاه بیرجند
2 - گروه شيمي
3 - تهران، دانشگاه علم و صنعت، مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه
الکلمات المفتاحية: فرایند زیستی, زیست¬راکتور غشایی, فناوری غشا, تصفیه پساب,
ملخص المقالة :
در طی سال‌ها، فرایندهای متداول تصفیه پساب تا حدودی در تصفیه پسابها برای نقاط تخلیه موفق بوده‌اند. توسعه در فرایندهای تصفیه پساب برای قابل استفاده کردن مجدد پساب تصفیه شده در مصارف صنعتی، کشاورزی و خانگی ضروری بوده است. فناوری غشایی به عنوان فناوری ایده آل برای تصفیه پساب و جریان های مختلف پساب ظهور کرده است. فناوری غشایی یکی از به‌روزترین پیشرفت‌هایی است که در کاهش بنیادی ناخالصیها به سطوح موردنظر موفق بوده است. علی رغم داشتن موانع خاص، زیست راکتورهای غشایی (Membrane Bioreactors) برای تصفیه زیستی پساب مزایای زیادی نسبت به تصفیه معمولی دارند. این مقاله مروری تمام جنبههای فناوری غشایی را که به طور گسترده در فرایندهای تصفیه پساب مورداستفاده قرار گرفته را بررسی کرده است. از جمله جنبه های اصل فناوری غشا، طبقهبندی فرایندهای فناوری غشایی مطابق با فشار، غلظت، الکتریکی و حرارتی، کاربرد آن در فرایندهای مختلف صنایع، مزایا، معایب و آینده نگر را پوشش داده است.
1. Kaushik G., Bioremediation of Industrial Effluents: Distillery Effluent in Applied Environmental Biotechnology Present Scenario and Future Trends, India: Springer, 1-167, 2015.
2. Bharagava R.N., Chowdhary P., Emerging and Ecofriendly Approaches for Waste Management, Singapore: Springer, 1-435, 2019.
3. Sen T.K., Review on Dye Removal from Its Aqueous Solution into Alternative Cost Effective and Non‐Conventional Adsorbents, Journal of Chemical Process Engineering, 1-11, 2014.
4. Fritzmann C., Lowenberg J., Wintgens T., Melin T., State of The Art of Reverse Osmosis Desalination, Desalination, 216, 1–76, 2007.
5. Sonune A., Ghate R., Developments in Wastewater Treatment Methods, Desalination, 167, 55-63, 2004.
6. de Gisi S., Notarnicola M., Industrial Wastewater Treatment, Encyclopedia of sustainable technologies. 1 Ohio, United States: Elsevier, 23-42, 2017.
7. Ezugbe E.O., Rathilal S., Membrane Technologies in Wastewater Treatment: A Review, Membranes (Basel), 10, 89, 2020.
8. Radjenovic J., Petrovic M., Barcelo D., Membrane Bioreactor (MBR) As an Advanced Wastewater Treatment Technology Cytotreat View Project SEA‐On‐A‐CHIP View Project, Article Handbook Environmental Chemistry, 5, 37-101, 2008.
9. Gitis V., Hankins N., Water Treatment Chemicals: Trends and Challenges, Journal of Water Process Engineering, 25, 34-38, 2018.
10. Bolong N., Ismail A.F., Salim M.R., Matsuura T., A Review of The Effects of Emerging Contaminants in Wastewater and Options for Their Removal, Desalination, 239, 229-246, 2009.
11. Mulligan C.N., Yong R.N., Gibbs B.F., Surfactant‐Enhanced Remediation of Contaminated Soil: A Review, Engineering Geology, 60, 371-380, 2001.
12. Ahmadian M., Ravanchi M.T., Kaghazchi T., Kargari A., Application of Membrane Separation Processes in Petrochemical Industry: A Review, Desalination, 235, 199-244, 2009.
13. Abedini R., Nezhadmoghadam A., Application of Membrane in Gas Separation Processes: Its Suitability and Mechanisms. Petroleum and Coal, 52, 69-80, 2010.
14. Ghaly A.E., Ananthashankar R., Alhattab M.V., Ramakrishnan V.V., Production, Characterization and Treatment of Textile Effluents: A Critical Review, Journal of Chemical Engineering & Process Technology, 5, 1-18, 2013.
15. Ismail A.F., Khulbe K.C., Matsuura T., Reverse Osmosis, Reverse Osmosis, 227, 395-405, 2018.
16. Singh G., Kumar Bulasara V., Preparation of Low‐Cost Microfiltration Membranes from Fly Ash, Desalination and Water Treatment, 53, 1204-1212, 2015.
17. Kazemimoghadam M., Mohammadi T., Chemical Cleaning of Ultrafiltration Membranes in The Milk Industry, Desalination, 204, 213-218, 2007.
18. Waite T., Fane A., Schafer A., Nanofiltration: Principles and Applications, Journal American Water Works Association, 1, 1-560, 2005.
19. Srinivasan A., Ahilan B., Divya C.M., Divya M., Aanand S., Srinivasan A., et al, Bioremediation an Ecofriendly Tool for Effluent Treatment: A Review, International Journal of Applied Research, 1, 530-537, 2015.
20. Elimelech M., Mi B., Organic Fouling of Forward Osmosis Membranes: Fouling Reversibility and Cleaning Without Chemical Reagents, Journal of Membrane Science, 348, 337-345, 2010.
21. Peters T., Membrane Technology for Water Treatment, Chemical Engineering & Technology, 33, 1233-1240, 2010.
22. Jyoti J., Alka D., Jitendra., Kumar S., Application of Membrane Bioreactor in Wastewater Treatment: A Review, International Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 3, 155-122, 2013.
23. Magara Y., Kunikane S, Advanced Membrane Technology for Application to Water Treatment, Water Science and Technology, 37, 91-99, 1998.
24. Collivignarelli M.C., Abba A., Carnevale Miino M., Damiani S., Treatments for Color Removal from Wastewater: State of The Art, Journal of Environmental Management, 236, 727-745, 2019.
25. Ahmad A., Mohammad‐Setapar S.H., Chuong C.S., Khatoon A., Wani V.A., Kumar R., et al., Recent Advances in New Generation Dye Removal Technologies: Novel Search for Approaches to Reprocess Wastewater, RSC Advances, 21, 182-188, 2015.
26. Koc‐Jurczyk J., Removal of Refractory Pollutants from Landfill Leachate Using Two‐Phase System, Water Environment Research, 86, 74-80, 2014.
27. Pavithra K.G., Sentil Kumar P., Jaikumar V., Sundar Rajan P., Removal of Colorants from Wastewater: A Review on Sources and Treatment Strategies, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 75, 1-19, 2019.
28. Zoubeik M., Ismail M., Salama A., Henni A., New Developments in Membrane Technologies Used in The Treatment of Produced Water: A Review, Arabian Journal for Science and Engineering, 43, 2093-2118, 2018.
29. Jefferson B., Bixio D., Membrane Bioreactor Technology for Wastewater Treatment and Reuse, Desalination, 187, 271-282, 2006.
30. Chang I.S., Le Clech P., Jefferson B., Judd S., Membrane Fouling in Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment, Journal of Environmental Engineering, 128, 1018-1029, 2002.
31. Valladares Linares R., Fortunato L., Farhat N.M., Bucs S.S., Staal M., Fridjonsson E.O., et al., Mini-Review: Novel Non-Destructive in Situ Biofilm Characterization Techniques in Membrane Systems, Desalination and Water Treatment, 57, 22894-22901, 2016.
32. Babuponnusami A., Muthukumar K., A Review on Fenton and Improvements to The Fenton Process for Wastewater Treatment, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2, 557-572, 2014.
33. Gao W., Liang H., Ma J., Han M., Chen Z., Han Z., et al., Membrane Fouling Control in Ultrafiltration Technology for Drinking Water Production: A Review, Desalination, 272, 1-8, 2011.
34. Qu F., Liang H., Zhou J., Nan J., Shao S., Zhang J., et al., Ultrafiltration Membrane Fouling Caused by Extracellular Organic Matter (EOM) From Microcystis Aeruginosa: Effects of Membrane Pore Size and Surface Hydrophobicity, Journal of Membrane Science, 449, 58-66, 2014.
35. Wang N., Li X., Yang Y., Zhou Z., Shang Y., Zhuang X., Photocatalysis‐Coagulation to Control Ultrafiltration Membrane Fouling Caused by Natural Organic Matter, Journal of Cleaner Production, 265, 121790, 2020.
36. Wang H., Park M., Liang H., Wu S., Lopez I.J., Ji W., et al., Reducing Ultrafiltration Membrane Fouling During Potable Water Reuse Using Pre‐Ozonation, Water Research, 125, 42-51, 2017.
37. Liao Y., Bokhary A., Maleki E., Liao B., A Review of Membrane Fouling and Its Control in Algal‐Related Membrane Processes, Bioresource Technology, 264, 343-358, 2018.
38. Liu T., Drews A., Membrane Fouling in Membrane Bioreactors‐Characterizations, Contradictions, Cause and Cures, Journal of Membrane Science, 363, 1-28, 2010.
39. Hilal N., Ogunbiyi O.O., Miles N.J., Nigmatullin R., Methods Employed for Control of Fouling in MF and UF Membranes: A Comprehensive Review, Separation Science and Technology, 40, 1957-2005, 2005.
40. Vrouwenvelder J.S., van Paassen J.A.M., Wessels L.P., van Dam A.F., Bakker S.M., The Membrane Fouling Simulator: A Practical Tool for Fouling Prediction and Control, Journal of Membrane Science, 281, 316-324, 2006.
41. Iorhemen O.T., Hamza R.A., Tay J.H., Membrane Fouling Control in Membrane Bioreactors (MBRs) Using Granular Materials, Bioresource Technology, 240, 9-24, 2017.
42. Peng N., Widjojo N., Sukitpaneenit P., Teoh M.M., Lipscomb G.G., Chung T.S., et al., Evolution of Polymeric Hollow Fibers as Sustainable Technologies: Past, Present, and Future, Progress in Polymer Science, 37, 1401-1424, 2012.
43. Mishima I., Nakajima J., Control of Membrane Fouling in Membrane Bioreactor Process by Coagulant Addition, Water Science and Technology, 59, 1255-1262, 2009.
44. Bagheri M., Akbari A., Mirbagheri S.A., Advanced Control of Membrane Fouling in Filtration Systems Using Artificial Intelligence and Machine Learning Techniques: A Critical Review, Process Safety and Environmental Protection, 123, 229-252, 2019.
45. Ahmad A., Mohd‐Setapar S.H., Chuong C.S., Khatoon A., Wani W.A., Kumar R., et al., Recent Advances in New Generation Dye Removal Technologies: Novel Search for Approaches to Reprocess Wastewater, RSC Advances, 5, 30801-30818, 2015.
46. Kimura K., Oki Y., Efficient Control of Membrane Fouling in MF by Removal of Biopolymers: Comparison of Various Pretreatments, Water Research, 115, 172-179, 2017.
47. Togo N., Nakagawa K., Shintani T., Yoshioka T., Takahashi T., Kamio E., et al., Osmotically Assisted Reverse Osmosis Utilizing Hollow Fiber Membrane Module for Concentration Process, ACS Publications, 58, 6721-6729, 2019.
48. Mbakop S., Nthunya L.N., Onyango M.S., Recent Advances in the Synthesis of Nanocellulose Functionalized–Hybrid Membranes and Application in Water Quality Improvement, Processes, 9, 611, 2021.
49. Bouhid de Aguiar I., Schroen K., Microfluidics Used as A Tool to Understand and Optimize Membrane Filtration Processes, Membranes, 10, 316, 2020.
مروری بر فناوریهای غشایی در حال ظهور و پیشرفته برای تصفیه پساب
مترجمین: فرزاد مهرجو1*، محمدصابر باغخانیپور1، امیر علم1
1 تهران، دانشگاه علم و صنعت، مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه
چکیده
در طی سال‌ها، فرایندهای متداول تصفیه پساب تا حدودی در تصفیه پسابها برای نقاط تخلیه موفق بوده‌اند. توسعه در فرایندهای تصفیه پساب برای قابل استفاده کردن مجدد پساب تصفیهشده در مصارف صنعتی، کشاورزی و خانگی ضروری بوده است. فناوری غشایی بهعنوان فناوری ایدهآل برای تصفیه پساب و جریانهای مختلف پساب ظهور کرده است. فناوری غشایی یکی از به‌روزترین پیشرفت‌هایی است که در کاهش بنیادی ناخالصیها به سطوح موردنظر موفق بوده است. علیرغم داشتن موانع خاص، زیستراکتورهای غشایی (Membrane Bioreactors) برای تصفیه زیستی پساب مزایای زیادی نسبت به تصفیه معمولی دارند. این مقاله مروری تمام جنبههای فناوری غشایی را که بهطور گسترده در فرایندهای تصفیه پساب مورداستفاده قرار گرفته را بررسی کرده است. از جمله جنبههای اصل فناوری غشا، طبقهبندی فرایندهای فناوری غشایی مطابق با فشار، غلظت، الکتریکی و حرارتی، کاربرد آن در فرایندهای مختلف صنایع، مزایا، معایب و آیندهنگر را پوشش داده است.
واژههای کلیدی: فرایند زیستی، زیستراکتور غشایی، فناوری غشا، تصفیه پساب
1 مقدمه
مصرف آب در چند دهه اخیر بهدلیل صنعتیشدن سریع، شهرنشینی و انفجار جمعیت بهطور قابلتوجهی افزایش یافته است. کمبود آب شیرین منجر به توسعه فنون جدید تصفیه شده است [1]. صنایع مختلف پسابهای خود را مستقیماً به محیطزیست تخلیه میکنند که اثرات نامطلوبی بر تنوع زیستی و اکوسامانه آبی دارند. آلایندههای پسماندی خطرناک که هر روز منتشر میشوند، چالشی برای حفظ محیطزیست هستند. هر روز تُنها زباله جامد و مایع در سراسر جهان تولید میشود [2]. با رشد روزافزون جمعیت و کاهش مکان‌های دفن پسماند، مدیریت دفع آلایندهها موضوعی جدی است. در حال حاضر پیشرفت‌های فنی زیادی برای بررسی محدودیت‌ها انجام شده، اما هنوز راه زیادی در پیش است. هوا، خاک و آب در حال حاضر عواقب آن را برای مدت قابلتوجهی متحمل شده است. پسابهای سمی تولیدشده بهطور عمده بر اکسیژن‌خواهی شیمیایی (Chemical Oxygen Demand) و اکسیژن‌خواهی بیوشیمیایی (Biochemical Oxygen Demand)، جامدات معلق و محلول، کروم، مواد فعال در سطح (Surfactants) و سایر سمیت‌های بدنه‌های آبی که در آن تخلیه میشوند، تأثیر میگذارد [3]. بنابراین، این پسابها باید بهطور مؤثر تصفیه شوند تا از محیطزیست، آبزیان و انسان در برابر مسمومیت محافظت شود.
توسعه غشاها در دهه 1960 شروع شد، زمانیکه اولین کارخانههای نمکزدایی آب بر اساس فناوری اسمز معکوس (Reverse osmosis) طراحی شدند. این فناوری یکی از روشهای پذیرفتهشده و مقرون بهصرفه برای تصفیه پساب بود. با توجه به کاربردهای متنوع آن در بخشهای مختلف، آژانس حفاظت از محیطزیست ایالات متحده آمریکا (United States Environmental Protection Agency) آن را بهعنوان «بهترین فناوری موجود» شناخته بود. از مزایای فرایندهای غشایی میتوان به مصرف انرژی کم، جداسازی مداوم و مقیاسپذیری آسان اشاره کرد [4]. بسته به مواد تشکیل‌دهنده، غشاها میتوانند آلی یا معدنی باشند. پلیمر آلی مصنوعی از غشاهای آلی برای فرایندهای جداسازی فشار-محور استفاده میکند. این پلیمرها شامل پلیاتیلن (Polyethylene)، پلیتترافلوراتیلن (Polytetrafluorethylene)، پلیپروپیلن (Polypropylene) و استات سلولز (Cellulose Acetate) هستند. غشاهای ریزصافش (Microfiltration)، فراصافش (Ultrafiltration) و نانوصافش (Nanofiltration) از طیف گستردهای از مواد مانند پلیپروپیلن (Polypropylene)، پلیوینیل دیفلوراید (Polyvinyl Difluoride)، پلیسولفون (Polysulfone)، پلیاترسولفون (Polyethersulfone) و استات سلولز (CA) ساخته میشوند. همه این مواد غشایی ویژگیهای بسیار متفاوتی دارند که برای صافش انواع مختلف آلایندهها مورد استفاده قرار میگیرند. لذا در این مقاله مروری به بررسی این فناوریهای غشایی و خصوصیات آنها برای تصفیه پساب پرداخته شده است.
2 فرایندهای جداسازی غشا
فرایندهای جداسازی غشایی شامل جداسازی گونههای شیمیایی از طریق حالت میانی غشایی با تفاوت در سرعت انتقال است. این نرخ انتقال به نیروی محرک، تحرک و تمرکز اجزای جداگانه در داخل حالت بستگی دارد. اندازه مولکولی املاح، ساختار شکلشناسی غشا و میل ترکیبی شیمیایی، عوامل کلیدی برای جداسازی مؤثر اجزای شیمیایی هستند. کارایی جداسازی غشاها به انواع و ماژول آن بستگی دارد [5]. غشاها معمولاً بهعنوان غشاهای همسانگرد و ناهمسانگرد، آلی و معدنی، متخلخل و غیرمتخلخل و غشاهای کامپوزیت طبقهبندی میشوند که در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1 نمودار دستههای مختلف غشای مورداستفاده در صنایع برای تصفیه پساب (طبقهبندی بر اساس ماهیت، ساختار، مواد و بار سطحی غشا)
اصل فناوری غشا مبتنی بر اجازه انتخابی اجزای خاص برای عبور از غشا و در عینحال مسدود کردن عبور سایرین است. برای تسهیل این فرایند معمولاً نیروی محرک خارجی مورد نیاز است. برای درک آسان این موضوع، فرایند غشا بر اساس نوع نیروی محرک اعمالشده برای جداسازی اجزا در پساب طبقهبندی میشود. نوع متنوعی از نیروی محرک که تقسیم املاح را آغاز میکند شامل اختلاف فشار (ریزصافش(MF)، فراصافش (UF)، نانوصافش (NF) و اسمز معکوس (RO))، اختلاف غلظت در سراسر غشا که باعث انتشار یک گونه بین دو محلول میشود (دیالیز) و کاربرد میدانی بالقوه غشای تبادل یونی (Ion Exchange Membrane) که مهاجرت یونها را در سراسر غشا آغاز میکند (دستگاههای الکترودیالیز و الکتروشیمیایی) [6].
جدای از فنون مختلف جداسازی غشا، فناوریهای ترکیبی و یکپارچه جدیدی نیز در زمان‌های اخیر توسعه یافته‌اند. تمام غشاهای سلولزی یا غیرسلولزی که برای تصفیه آب شهری مورد استفاده قرار میگیرند، از پلیمرهای آلی مصنوعی تهیه میشوند. غشاهای ریزصافش(MF)، فراصافش (UF) از طیف گستردهای از مواد مانند پلیپروپیلن (PP)، پلیوینیل دیفلوراید (PVDF)، پلیسولفون (PS)، پلیاترسولفون (PES) و استاتسلولز (CA) ساخته میشوند. مواد مختلف مورد استفاده برای ساخت غشا دارای خواص متفاوت و pH متمایز، بار سطحی و آبگریز هستند. کاربرد کلی غشا تا حد زیادی تحتتأثیر ویژگی مواد غشایی است. برای دستیابی به جداسازی مطلوب از طریق فنون جداسازی مبتنی بر غشا، انتخاب یک فرایند مناسب با نیروی محرک، اندازه، شکل و غشا مناسب مورد نیاز است. فرایندهای جداسازی غشایی براساس فشار، غلظت، الکتریک و دما طبقهبندی میشوند. (جدول 1)[7].
جدول 1 طبقهبندی روشهای جداسازی غشا
فرایندهای جداسازی | فرایند جداسازی غشا | نوع غشا | اندازه منفذ | فشار | اساس جداسازی | کاربرد | مرجع |
فشار-محور | MF | متخلخل | 05-10/0 میکرومتر | 1-2/0 اتمسفر | غربال کردن | صنایع غذایی و دارویی، تصفیه آب | [8] |
UF | متخلخل | 1-100 نانومتر | 1-10 اتمسفر | غربال کردن | صنایع نساجی، غذایی، دارویی، لبنیات، تصفیه آب | [9] | |
NF | متخلخل | 1-100/0 نانومتر | 10-25 اتمسفر | انتشار-محلول | نمکزدایی آب شور، تصفیه فاضلاب | [10] | |
RO | متخلخل | کمتر از 2 نانومتر | 15-80 اتمسفر | انتشار-محلول | نمکزدایی آب شور و دریا | [11] | |
غلظت-محور | تراوش تبخیری (Pervaporation) | غیرمتخلخل | - | اختلاف فشار بخار (1-001/0 اتمسفر) | انتشار-محلول | بازیابی هیدروژن، هلیوم | [12] |
جداسازی گاز | متخلخل/ غیرمتخلخل | کمتر از 1 میکرومتر | اختلاف فشار جزئی | انتشار/ محلول (غشاهای غیرمتخلخل) جریان نادسن (غشاهای متخلخل) | حذف اجزای آلی از آب | [13] | |
الکتریک-محور | الکترودیالیز | متخلخل/ غیرمتخلخل | - | اختلاف پتانسیل الکتریکی | عملکرد حذف دونان | نمکزدایی آب دریا، جداسازی اسیدهای آمینه | [14] |
دما-محور | تقطیر غشایی | - | 2-1/0 میکرومتر | اختلاف فشار بخار | تعادل بخار-مایع | نمک زدایی آب دریا، صنعت نیمه هادی | [15] |
1-2 فرایند جداسازی غشایی فشار-محور
فرایندهای غشایی فشار-محور رایجترین فناوری مورداستفاده برای تصفیه پساب هستند. این فناوری برای تغلیظ مجدد محلول رقیق بر اساس اعمال فشار برای جداسازی حالتهای نفوذ و احتباس استفاده میشود. حالت تراوا در مقایسه با محلول نگه‌دارنده و خوراک دارای مقدار املاح کم است. فشار اعمالشده هزینه عملیاتی سامانه را تعیین میکند.
1-1-2 ریزصافش (MF)
ریزصافش(MF) فرایند جداسازی فیزیکی حاوی غشاهای متخلخل است. این ماده جامدات محلول، کدورت و ریزموجودات را با عملکرد غربال بر اساس اندازه منافذ غشا حذف میکند. اگر اندازه ذرات بزرگتر از اندازه منافذ غشاها (2/0-1/0 میکرومتر) باشد، میتوان آنها را بهطور کامل حذف کرد، در حالیکه کوچکتر از منافذ غشاها تا حدی حذف میشوند. این فرایند پیشتصفیه برای فراصافش (UF) و پستصفیه برای صافش دانهای در جهت کاهش رسوب است. در ریزصافش(MF)، مواد غشایی میتواند آلی یا معدنی باشد. غشاهای آلی از انواع مختلفی از پلیمرها مانند پلیوینیلیدین فلورید (PVDF)، پلیآمید (Polyamide)، پلیسولفون (PS)، سلولز استات (CA) و غیره تشکیل شدهاند، در حالیکه غشاهای معدنی از آلومینا متخلخل و فلزات تشکیل شدهاند. برای جداسازی تعلیقی‌ها و امولسیون‌ها مناسب است و میتواند تا حدود 40 درصد آلی را حفظ کند. این روش صافشها عمدتاً رسوبات، جلبک‌ها، تکیاخته‌ها و باکتریها را حذف میکنند، در حالیکه آب (H2O)، یونهای تک‌ظرفیتی مانند Na+، −Cl، مواد محلول یا آلی، کلوئیدها و ویروس‌های کوچک میتوانند از صافش عبور کنند [2]. نمودار فرایند ریزصافش(MF) در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2 نمودار فرایند ریزصافش (MF) [16].
2-1-2 فراصافش (UF)
غشاهای فراصافش (UF) صافی آب کم‌انرژی بسیار محبوبی هستند و در از بین بردن ریزموجودات بیماریزا، درشت‌مولکولها و مواد معلق مفید هستند. این غشاها دارای اندازه منافذ تا حدود 1/0 میکرومتر در ابعاد هستند. با اینحال، معایب آن شامل عدمتوانایی در حذف برخی از آلایندههای معدنی محلول از آب و تمیز کردن مکرر برای اطمینان از جریان فشار مناسب آب هستند. برای جداسازی ذرات، فشار یا گرادیان غلظت از طریق غشاها موردنیاز است. این غشاها پروتئینها، اندوتوکسینها، ویروسها و سیلیس را حفظ میکنند. این روش در صنایعی مانند داروسازی، صنایع لبنی، نوشابهسازی، فرآوری مواد غذایی و غیره کاربرد دارد. فراصافش (UF) همچنین برای محافظت از غشای اسمز معکوس (RO) و بهعنوان پیشتصفیه در اسمز معکوس (RO) استفاده میشود [9]. در شکل 3 نمودار فرایند فراصافش (UF) نشان داده شده است.
شکل 3 نمودار فرایند فراصافش (UF) [17].
3-1-2 نانوصافش (NF)
غشای نانوصافش (NF) اولین بار در اواخر دهه 1980 معرفی شد و خواصی بین غشای اسمز معکوس (RO) و فراصافش (UF) قرار دارد [18]. در این فرایند، فشار هیدرواستاتیک برای انتقال مخلوط مولکولی به سطح غشا اعمال میشود. حلال و برخی املاح با وزن مولکولی کم در غشا نفوذ میکنند، در حالیکه سایر اجزا باقی میمانند. حذف یونهایی که بهشدت به فشار اسمزی میافزایند و در نتیجه به فشارهای عملیاتی کمتری نیاز دارند، کافی است. آبهای بسیار آلوده قبل از نانوصافش (NF) نیاز به پیشتصفیه موفقیتآمیز دارند، اگرچه بخشهای محلول نمیتوانند توسط آن حذف شوند. کلر آزاد موجود در آب خوراک روی غشاها تأثیر میگذارد. غشای نانوصافش (NF) برای کاربردهای لبنی، پزشکی و تصفیه پساب و نمکزدایی استفاده میشود. این غشا همچنین برای نرمکردن آب و حذف محصولات جانبی از آبهای سطحی و زیرزمینی شیرین مورد استفاده قرار میگیرد. غشاهای مورد استفاده برای نانوصافش (NF) از ترکیبات استاتسلولز (CA) یا کامپوزیتهای پلیآمید (PA) تشکیل شدهاند، یا میتوانند شکلهای اصلاح شده غشاهای فراصافش (UF) مانند پلیسولفون (PS) سولفونهشده باشند [10]. نمودار فرایند نانوصافش (NF) در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4 نمودار فرایند نانوصافش (NF) [18].
4-1-2 اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس (RO) روش مبتنی بر فشار است که برای از بین بردن مواد محلول و ذرات کوچکتر استفاده میشود و فقط برای مولکولهای آب قابلنفوذ است. فشار اعمالشده به اسمز معکوس (RO) باید کافی باشد تا آب از فشار اسمزی عبور کند. راندمان غشای اسمز معکوس (RO) معمولاً از نفوذپذیری بالاتر، گزینشپذیری بیشتر و مقاومت بالاتر در برابر رسوب بهره میبرد. بهطوری که اسمز معکوس (RO) یکی از بهترین فرایندهای غشای جداسازی موجود است. در این روش، آب تحتفشار قرار گرفته و با فشار وارد غشایی میشود که مواد معدنی و نیترات را صاف میکند. اسمز معکوس (RO) عمدتاً تمام مولکولها را به جز آب حفظ میکند و بهدلیل اندازه منافذ، فشار اسمزی موردنیاز بهطور قابلتوجهی بیشتر از فشار اسمزی ریزصافش(MF) است. اسمز معکوس (RO) فرایند فشار بالا برای نمکزدایی آب نمک است. هر دو روش اسمز معکوس (RO) و نانوصافش (NF) اساساً با هم دارای اختلاف و جریان برخلاف گرادیان غلظت است. زیرا این سامانهها از فشار برای وادار کردن آب استفاده میکنند تا از سمت فشار پایین به سمت فشار بالا برود. معایب غشاهای اسمز معکوس (RO) شامل استفاده از فشار بالا، در مقایسه با سایر فرایندهای غشایی گران و اغلب در برابر رسوب آسیبپذیر هستند. همچنین برای استفاده از این روش در شرایط خاص، پیشتصفیه بالا ضروری است [19].
5-1-2 اسمز مستقیم (Forward osmosis)
اسمز مستقیم (FO) سازوکاری است که در آن آب بهدلیل گرادیان فشار اسمزی از طریق غشای نیمهتراوا از محلول خوراک به محلول کششی هدایت میشود. مزیت آشکار نسبت به فناوری غشای فشار-محور سنتی این است که عملکرد اسمز مستقیم (FO) بر فشار هیدرولیک بالا متکی نیست. بنابراین انگیزهای برای صرفهجویی در هزینههای برق و تعمیر و نگه‌داری غشا (توانایی رسوب کم) ارائه میدهد. غشای اسمز مستقیم (FO) مهندسیشده و برای کارایی آن در نمکزدایی آب بررسی شد. غشای اسمز مستقیم (FO) تجاری با استفاده از پلیاگزادیازول-کو-هیدرازید (Polyoxadiazole‐co‐hydrazide) و پلیتریازول-کو-اگزادیازول-کو-هیدرازید (Polytriazole‐co‐oxadiazole‐co‐hydrazide) پلیمریزهشده و برای صافکردن رنگهای آزوفعال از پساب تولیدشده از صنایع رنگرزی نساجی استفاده میشود. خواص فیزیکی غشا را میتوان بهراحتی با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و میکروسکوپ نیروی اتمی تعیین کرد [15]. غشای متقارن با سطح صافش فعال 10 سانتیمتر مربع و بهدلیل چگالی بالا و سطح بار منفی آن است. غشای اسمز مستقیم (FO) پلیمریزهشده میتواند بهطور مؤثر غلظت بالایی از رنگها را حفظ کند. نمودار فرایند اسمز مستقیم (FO) در شکل 5 نشان داده شده است.
شکل 5 نمودار فرایند اسمز مستقیم (FO) [20].
2-2 فرایند جداسازی غشایی غلظت-محور
عملکرد سامانه غشای زیستی توسط گرادیان غلظت در شرایط همفشار و همدما هدایت میشود. رایجترین نمونه از غشای مصنوعی با استفاده از فرایند جداسازی غشایی متمرکز بر غلظت، کلیه مصنوعی است. اسمز مستقیم (FO) و دیالیز در این دسته قرار میگیرند، جاییکه گرادیان غلظت برای جداسازی از طریق غشا غالب میشود.
1-2-2 تراوش تبخیری
تراوش تبخیری برای حذف عناصر کمیاب اجزای فرار موجود در مخلوط مایع با فشار بخار از طریق غشای متخلخل/غیرمتخلخل استفاده میشود. این روش، نفوذ غشا و تبخیر را برای جداسازی مخلوط مایع بر اساس ترجیح آنها جفت میکند. در جداسازی هیدروکربنها (صنایع پتروشیمی) و ترکیبات آلی فرار استفاده میشود. در این روش اختلاف غلظت، نیروی محرکه است. این روش بر اساس عملکرد انتشار محلول است که منجر به تشکیل بخار در هنگام نفوذ میشود. بخار تشکیلشده در طول فرایند با اعمال فشار کم یا با جریان دادن محیط بیاثر در مرحله بعدی فرایند حذف میشود. نمونهای از این روش جداسازی مخلوط اتانول-آب است [12].
2-2-2 جداسازی گاز
فرایند جداسازی گاز نیز بر اساس عملکرد مشابه فرایند تراوش تبخیری است. ابتدا جذب خوراک به داخل غشا و سپس انتشار تراواها از طریق غشا انجام میشود و در نهایت دفع تراوش در سمت کم‌فشار صورت میگیرد. انتخاب، عاملی کلیدی برای فرایند جداسازی گاز است. انتقال مولکول گاز از طریق غشا توسط عملکرد انتشار محلول انجام میشود. این فرایند بهطور خاص برای جداسازی مخلوط گازی و بخارات قطبی با استفاده از غشاهای نامتقارن، همگن یا پلیمری قابل استفاده است. بهطور کلی، پیکربندی لیف توخالی غشای پلیمری در جداسازی گاز استفاده میشود. اما مشکل اصلی با مواد غشایی زمانی ایجاد میشود که برای کاربردهای با دمای بالا مانند پالایشگاه‌های پتروشیمی و نفت، تصفیه گاز طبیعی، جداسازی هیدروکربن‌های سنگین و غیره استفاده شود [15].
3-2 فرایند جداسازی غشایی الکتریک-محور
فرایند الکترودیالیز برای حذف اجزای یونی انتخابی از محلول آبی با اعمال توانایی الکتریکی از طریق غشاهای تبادل یونی (IEMs) استفاده میشود. غشاهای تبادل یونی (IEMs) از مواد پلیمری با گروههای بار یونی ثابت در ماتریس پلیمری ساخته شدهاند و در طبیعت متراکم هستند. غشاهای تبادل یونی (IEMs) به دو نوع طبقهبندی میشوند که شامل غشاهای تبادل کاتیونی (Cation Exchange Membranes) و غشاهای تبادل آنیونی (Anion Exchange Membranes) هستند. غشاهای تبادل کاتیونی (CEMs) حاوی گروههایی با بار منفی در ماتریس پلیمری خود هستند، در حالیکه غشاهای تبادل آنیونی (AEMs) حاوی گروههایی با بار مثبت هستند. فرایند الکترودیالیز بیشتر برای نمکزدایی آب دریا، حذف اسیدهای آلی از مواد غذایی و صنایع داروسازی استفاده میشود [10].
1-3-2 فرایند غشای تبادل یونی (IEM)
غشاهای تبادل یونی (IEMs) غشاهای نیمهتراوا هستند که در آنها گروههای یونی با سازوکار پلیمری متصل میشوند. در این فرایند تبادل یون سیال و تبادل یون مغناطیسی با هم ترکیب میشوند. غلظت و گروههای یونی در کاربردهای مختلف استفاده شده است. حذف مواد آلی نامی بهطور مؤثر توسط مبدل آنیونی نانومتخلخل انجام میشود. غشاهای تبادل یونی (IEMs) را میتوان بر اساس عملکرد یون و استحکام پلیمری طبقهبندی کرد [12]. مهمترین نیروی محرک برای غشاهای تبادل یونی (IEMs) برهمکنش الکتروشیمیایی بین مولکولها است.
4-2 فرایند جداسازی غشایی دما-محور
1-4-2 تقطیر غشایی
تقطیر غشایی از سالیان دور روشی امیدوارکننده برای نمکزدایی آب دریا و تصفیه پساب است. تقریباً تمام درشت‌مولکولها، کلوئیدها، مواد فرار، غیرفرار، نمکها در مقایسه با غشاهای آبدوست (Hydrophilic) توسط غشاهای آبگریز (Hydrophobic) حذف میشوند [21]. این سامانه صافش غشایی به تجزیه زیستی مقاوم‌تر کمک میکند، بنابراین لجن کمتری تولید میشود و باوجود ارائه کیفیت بهتر پساب، باعث کاهش ردپا از این فرایند میشود. به دلیل پایداری فوق‌العاده، ارزانتر از زیستراکتور غشایی-اسمز معکوس (RO‐MBR) است. همچنین توانایی محدودی در حذف اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) از آب خوراک دارد.
5-2 غشای مایع (Liquid Membrane)
در این فرایند، لایه نازک از مایع آلی بهعنوان مانع نیمهتراوا بین دو حالت آبی با ترکیبات مختلف عمل میکند. برخلاف سایر فرایندهای غشایی، غشای مایع (LM) به غشاهای جامد نیاز ندارد. این غشا دارای ویژگی جذاب گزینشپذیری بالا، استخراج تک مرحلهای و جداسازی است که مشخصه انتقال جرم غیرتعادلی است. غشای مایع (LM) را میتوان بهعنوان LM پشتیبانیشده، LM امولسیونی و LM حجیم طبقهبندی کرد. غشای مایع (LM) پشتیبانیشده از تکیهگاه ریزمتخلخل بیاثر تشکیل شده که حالت آلی را میتوان روی آن بیحرکت کرد. در امولسیون غشای مایع (LM)، لایه مایع غیرقابل اختلاط بین دو مایع امتزاجپذیر وجود دارد. غشای مایع (LM) حجیم از مسیر انتشار محدود، دور از لایه مرزی استفاده میکند [22]. کاربرد اصلی فرایند غشای مایع (LM) شامل جداسازی یونهای فلزی از پساب، جداسازی، بازیافت و غلظت اسیدها، تبدیل زیستی، جداسازی گازها و غیره است. اشکال عمده مرتبط با غشای مایع (LM)، ناپایداری رابط غشایی است که ممکن است بهدلیل تفاوت فشار و آشفتگی در تنظیم این غشا باشد. نحوه انتقال جرم از طریق غشا توسط انتشار انجام میشود. با اینحال، برخی سازوکارهای دیگر نیز مسئول جداسازی هستند که میتواند بهصورت مرحلهای تعریف شوند. در ابتدا، انتشار در محلول خوراک در سراسر لایه مرزی صورت میگیرد و بهدنبال آن جذب در سطح مشترک غشای خوراک انجام میشود. پس از آن، انتقال همرفتی در غشای انتشار و در سمت گیرنده در سراسر لایه مرزی رخ میدهد [3].
6-2 فرایندهای جداسازی غشای ترکیبی/یکپارچه
اشکال عمده در روش غشا برای تصفیه پساب رسوب غشایی است. برای غلبه بر این امر، فرایندهای ترکیبی با افزایش کیفیت آب و کاهش هزینه عملیاتی بررسی خواهند شد. فرایند ترکیبی، ترکیبی از دو فرایند که شامل فرایند غشایی مرسوم و دیگری فرایند مرسوم است [23]. فرایند ترکیبی را میتوان به دو گروه طبقه بندی کرد: (1) ترکیبی از دو یا چند فرایند غشایی مختلف و (2) ترکیبی از فرایند غشایی و فرایند دیگر [6]. از آنجایی که هیچ روش تصفیهای خاصی نمیتواند تمام اهداف تصفیه را برآورده کند، بهطور کلی از چند روش برای حل مشکل استفاده میشود. در زیر به برخی از فناوریهای غشای یکپارچه یا ترکیبی جدید توسعهیافته اشاره شده است.
1-6-2 زیستراکتور غشایی-اسمز مستقیم (FO-MBR)
این فرایند نسبت به سایر روشهای مرسوم انرژی کارآمدتر است. با این فرایند میتوان فسفر را از خوراک بازیابی کرد و پساب با کیفیت مناسب تولید کرد. فرایند زیستراکتور غشایی-اسمز مستقیم (FO-MBR) همچنین به حذف آلایندههای آلی با موفقیت از کل مواد جامد معلق (Total Suspended Solid) حاوی پساب (بهتر از زیستراکتور غشایی-اسمز معکوس (RO-MBR)) کمک میکند. رسوب عمدتاً برگشتپذیر و کمتر از RO-MBR است. اشکال این روش شامل عدمقطعیت پایداری غشا است و با افزایش شوری، میتواند سینتیک میکروبی و جریان آب را کاهش دهد [11].
2-6-2 زیستراکتور غشایی-اسمز معکوس (RO-MBR)
RO-MBR جایگزین ارزانتر برای FO-MBR است. زیرا در مقایسه با MBR معمولی منجر به مصرف انرژی کم میشود. در مقایسه با فرایند FO-MBR، اثربخشی پایینی را برای تصفیه پساب با شوری بالا نشان میدهد. همچنین فرایند تصفیه آب با محصولی پایدار و با کیفیت بالا را فراهم میکند [24].
3-6-2 فرایندهای اکسایش پیشرفته/انعقاد الکتریکی - MBR
کنترل این روش ترکیبی آسان است و سامانه میتواند رنگها و مواد ضدعفونی مانند آلایندههای دارویی را حذف کند. در طول عملیات، لجن کمتری تولید میشود و توانایی تولید رسوب کمتری دارد. مشکل اصلی آن این است که واقعاً در تصفیه فاضلابهای آلوده با کل مواد جامد معلق (TSS) بالا مؤثر نیست. هزینه عملیات بالا نیز کاربرد آن را محدود کرده است [25].
4-6-2 MBR دانهای
این فرایند سرعت نیتراتزایی و نیتراتزدایی بالاتری دارد و در برابر ضربه مقاوم‌تر است. توانایی رسوب کمتری دارد و ردپای کمتری در حین کار بر جای میگذارد. اگرچه رسوب میتواند در مراحل بعدی عملیات به یک نگرانی جدی تبدیل شود و در طول راهاندازی برای تشکیل دانهها زمان بیشتری طول می‌کشد [26].
5-6-2 زیستفیلم/MBR محصورشده زیستی
این سامانه دارای سرعت نیتراتزایی و نیتراتزدایی خوبی است و تمایل کمتری به رسوبگیری دارد. همچنین میتواند غلظت جامدات معلق (SS) را کاهش دهد. اما رسوب شدید میتواند پس از مدت‌زمان کارکرد، عقب‌نشینی کند [5].
6-6-2 فرایند انعقاد غشایی
ترکیب انعقاد با صافش غشایی باعث افزایش حذف آلایندهها و کاهش رسوب غشا میشود. بسیاری از محققان انعقاد را با صافش غشایی برای تصفیه آبهای سطحی ترکیب کردند و از منعقدکنندههایی مانند کیتوزان، سولفات‌آلومینیوم، کلریدآلومینیوم، پلیآلومینیوم کلرید، کلریدآهن و سولفات‌آهن استفاده کردند. در این مطالعه، آنها دریافتند که کیفیت نفوذ افزایش یافته و رسوب غشا کاهش یافته است. علاوهبر این، انعقاد با غشای فراصافش (UF) برای حذف یونهای فلزات سنگین مانند آرسنیک و آنتیموان ترکیب شد [27].
7-6-2 فرایند جذب غشایی
فناوری جذب عمدتاً برای تصفیه آب استفاده میشود. ترکیبات آلی را میتوان با پودر کربن فعال (Powdered Activated Carbon) حذف کرد. فرایند غشای جذب ترکیبی میزان رسوب غشا را کاهش خواهد داد. بسیاری از محققان اثر اندازه ذرات را بر رسوب غشا در سامانه PAC-UF گزارش کرده‌اند [28].
8-6-2 فرایند پیشصافش غشایی
در این روش برای حذف مواد درشت و شن و ماسه ریزموجودات از مواد بستر بستهبندیشده بهعنوان موانع اولیه استفاده میشود. با استفاده از صافشهای دانهای میتوان رسوب سطح غشا و گرفتگی منافذ را کاهش داد [7].
3 زیستراکتورهای غشایی (MBR)
زیستراکتورهای غشایی (MBR) فرایندی بهروز و پیچیده برای تصفیه پساب است. این روش، تجزیه زیستی آلایندهها را با لجن فعال، با جداسازی مستقیم جامد-مایع توسط صافش غشایی، با استفاده از غشای ریزصافش(MF) یا فراصافش (UF) ترکیب میکند [21]. تصفیه پساب در سامانههای MBR به دو فرایند نیاز دارد، یعنی پردازش زیستی در راکتور زیستی رشد معلق برای واکنشهای زیستشیمیایی (بهعنوان مثال، اکسایش زیستی، نیتراتزایی و نیتراتزدایی) و روش صافش غشایی فیزیکی. در سطح جهانی، MBR در کاهش پساب صنعتی و شهری استفاده میشود. گزارش شده که نرخ رشد سالانه MBR در بازار جهانی حدود 15 درصد بوده است. علاوهبر این، اثر مش غشاها با توجه به اندازه آلاینده کوتاه میشود و آنها را با غشا در تماس با ریزموجودات تجزیه‌کننده در MBR برای تخریب کامل آنها نگه میدارد [22]. استفاده گسترده از MBR بهدلیل مزایای قابلتوجه آن از جمله کیفیت بالای آب تولیدی، توانایی تجزیه زیستی بالای آلایندهها برای ردپای تجمعی کمتر بوده است. نمودار فرایند MBR در شکل 6 نشان داده شده است.
شکل 6 نمودار فرایند MBR
1-3 انواع زیستراکتورهای غشایی (MBR)
3-1-1 راکتور زیستفیلم بستر متحرک (MBBR)
راکتور زیستفیلم بستر متحرک (MBBR)و لجن فعال یکپارچه با فیلم ثابت (Integrated Fixed‐Film Activated Sludge) با تصفیه زیستی ثانویه رشد در تصفیهخانههای پساب همبستگی دارند. آب آلوده را میتوان از طریق تجزیه‌وتحلیل کافی و کنترل محیطی به صورت زیستی تصفیه کرد. مواد حامل پلاستیکی کوچک از رشد زیستفیلم در MBBR پشتیبانی میکند. عملکرد راکتور در بسیاری از عملیات جفتشده برای حذف اکسیژن مورد نیاز زیست شیمیائی (BOD) و مواد مغذی نشان داده شده است. مزیت کلیدی این فرایند نسبت به راکتورهای لجن فعال، فشرده بودن آن است و شامل گردش مجدد لجن نمیشود. مزیت انعطافپذیری برای اکثر سامانههای زیستفیلم است [23].
2-1-3 MBBR بیهوازی
دو فناوری بیهوازی مؤثر برای تصفیه پساب، فرایند بستر بیهوازی لجن با جریان رو به بالا (Up flow Anaerobic Sludge Blanket) و راکتورهای بستر توسعهیافته لجن دانهای (Expanded Granular Sludge Bed) هستند. ثابت‌ترین پیکربندی MBBR بیهوازی جایی است که عملیات برشی بالا میتواند شارهای بالاتری را افزایش دهد. این موضوع بهویژه برای پسابهای با مقاومت بالا با تمایل رسوب بالا مناسب است. با اینحال، انرژی ورودی برای چنین عملیاتی نسبتاً بالا است. اخیراً، پیکربندی غوطهور با موفقیت اجرا شده، که در آن از زیستگاز برای شستشوی غشا به همان روشی که هوا برای فرایند هوازی استفاده میشود، استفاده شده است. در حالیکه فناوری MBBR بیهوازی مزیت کلیدی بازیابی منابع را نسبت به معادل هوازی ارائه میکند، کیفیت آب تصفیهشده بالاتر و همچنین انعطافپذیری عملیاتی بیشتری را نسبت به فرایند کلاسیک غیرغشایی فراهم میکند. با اینوجود، توسط رسوب‌زدگی غشا و الزامات تمیز کردن بعدی محدود میشود. فرایندهای بیهوازی در تصفیه پساب صنعتی بهدلیل تولید لجن کمتر و تبدیل مواد آلی به زیستگاز مفید بدون مصرف انرژی مفید هستند [30].
3-1-3 راکتور زیستفیلم غشایی (MBFR)
MBFR یا راکتور زیستفیلم هوادهی غشایی (MABR)، فناوری نوظهور برای تصفیه پساب است. MBFR بر روی غشاهای قابلنفوذ گاز متمرکز است که بستری گازی را به زیستفیلمهایی که بهطور طبیعی در سطح بیرونی غشا به روش ضدانتشار تشکیل شدهاند، ارائه میدهد. این فناوری مزایای متمایزی را نسبت به روشهای سنتی تصفیه زیستفیلم ارائه و امکان تصفیه پیشرفته را برای طیف وسیعی از ترکیبات احیا، اکسیدشده و آلی فراهم میکند [31].
4-1-3 غشاهای نانومواد MBR
نانومواد مسیری پایدار برای بهبود ویژگیهای غشا و افزایش کارایی MBRs در تصفیه پساب است. غشاهای مبتنی بر نانومواد از نظر آبدوستی، زبری سطح، پایداری حرارتی، پایداری هیدرولیکی، رسوب‌پذیری، نفوذپذیری آب بالاتر و گزینشپذیری بالاتر بهدلیل اندازه منافذ ریزشان کارآمدتر از غشاهای مرسوم هستند [18]. انواع مختلف نانوالیاف (Nanofibers) MBR که بهطور فعال در تصفیه پساب استفاده می شوند شامل NFs-MBR، نانوذرات (Nanoparticles) MBR ، نانولولههای (Nanotubes) MBR ، نانوبلورهای (Nanocrystals) MBR ، نانوسیمهای (Nanowires) MBR و نانوصفحات (Nanosheets) MBR هستند.
4 کاربرد فناوری غشایی برای تصفیه پساب
1-4 تصفیه پساب صنعتی
ویژگیهای پساب صنعتی را میتوان بهطور کلی با پارامترهای خاصی از جمله COD، BOD، SS، نیتروژن آمونیومی (NH4+-N)، فلزات سنگین، pH، رنگ، کدورت و پارامترهای زیستی نشان داد. روشهای غشایی معمولاً برای مدیریت پساب شهری استفاده شده که منجر به هزینههای بالاتر برای آب تصفیهشده و همچنین تخلیه پساب میشود. این روش به بازیابی مستقیم مواد بازیافتی، محصولات جانبی و حلالها کمک میکند. همچنین به جلوگیری از جریانهای عظیم و با آلودگی زیاد پساب کمک میکند [22].
2-4 صنایع غذایی
صنایع غذایی تعداد متنوعی از شرکتهای تابعه مانند ماهی، لبنیات، دام، سبزیجات و بخشهای تولید نوشیدنی را پوشش میدهد. در نتیجه، کیفیت پساب هر شاخه با بارهای آلی بالا متفاوت است. علاوهبر این، این پساب صنایع حاوی ترکیبات با ارزش افزوده بالا (مانند فنولها، کاروتنوئیدها، پکتین، لاکتوز و پروتئینها) هستند که میتوان آنها را استخراج کرد [8]. اجرای موفقیتآمیز فناوری غشا شامل پساب تولید نشاسته سیبزمینی، آبمیوه، صنایع غذاهای دریایی و غیره بوده است.
3-4 صنایع خمیر و کاغذ
فرایندها در صنایع خمیر و کاغذ بر استفاده از آب متمرکز و میتواند مقدار باور نکردنی پساب تولید کند. صافش غشایی امکان افزایش عملکرد سامانه تصفیه پساب موجود در صنعت خمیر و کاغذ را فراهم میکند. معمولاً سامانههای MBR 82-99 درصد COD و تقریباً 100 درصد SS را در دوره زمان نگه‌داری هیدرولیک 5/2-12/0 روزه استخراج میکنند. فرایند تصفیه نانوصافش (NF) باعث کاهش COD و رنگ پساب تا حدود 90 درصد شده است.
4-4 صنایع نساجی
صنعت فرآوری نساجی صنعت پرمصرف آب است، زیرا آب بهعنوان محیط اولیه برای اعمال رنگ، مواد تکمیل‌کننده و حذف ناخالصیها استفاده میشود. با روند اخیر تصفیه پساب صنعتی برای بازیافت انرژی و استفادهمجدد، ترکیب MBR بیهوازی و روش MBR هوازی روشی مناسب برای تصفیه پساب صنعت فراوری نساجی خواهد بود. روش بیهوازی MBR برای بازیابی انرژی استفاده میشود و استفاده بعدی از MBR هوازی باعث کاهش رنگ برای تولید پساب برای استفاده مجدد بعدی میشود [24].
5-4 صنایع دباغی
دباغی فرایند پرمصرف آب است و در نتیجه دفع پساب یکی از بزرگترین مسائل دباغیها است. سامانه ترکیبی از مواد معدنی MBR ارزانقیمت نشان داد که سامانه ترکیبی میتواند بهراحتی کروم را حذف کند، در حالیکه مواد معدنی اضافی رسوب را کاهش میدهند. MBR هوازی فناوری قابلدوام برای تصفیه پساب دباغی است، با اینحال، اجرای آزمایشی و در مقیاس کامل حداقل است. توجه بیشتری باید به نقش احتمالی MBR بیهوازی در تصفیه پساب دباغی داده شود [25].
6-4 شیرابه دفن زباله
شیرابه ماده‌ای آلی با پساب با نیتروژن آمونیاک بالا است که در نتیجه نفوذ آب باران و رطوبت حاصل از زباله در محلهای دفن زباله تولید میشود. ترکیب شیمیایی شیرابه به دوره و بلوغ محل تخلیه بستگی دارد. برای شیرابه جوان، اجزای آلی در مقایسه با شیرابههای قدیمی یا بالغ بسیار بیشتر است. کاهش موفقیتآمیز آلایندههای شیرابه را میتوان با استفاده از جداسازی همراه با لختهسازی، MBR و RO تصفیه انجام داد [26]. ترکیبی از روشهای MBR و الکترواکسایش میتواند COD و NH4+-N را کاهش دهد و سم‌زدایی قابلتوجهی را دنبال کند [32].
7-4 پسابهای دارویی
دفع صنعت داروسازی شامل دسته وسیعی از ترکیبات با ناهمگنی ساختاری، عملکرد، اعمال و عملکرد قابلتوجه است. پساب دارویی حاوی سفالوسپورین پس از تصفیه با MBR باعث افزایش تخریب با افزایش زیستی میشود. MBRهایی که ریزموجودات ویژه را پیادهسازی میکنند، میتوانند بهعنوان رقبای بالقوه برای فرایندهای فعلی تصفیه فاضلاب دارویی عمل کنند [21].
8-4 پسابهای نفت و پتروشیمی
پسابهای نفتی و پتروشیمی بهدلیل ویژگیهای سمی و نسوز خود که از منابع مختلفی مانند استخراج نفت خام، پالایش نفت، صنایع پتروشیمی، صنایع فلزی، روان‌کننده‌ها و خنک‌کننده‌ها و کارواش‌ها سرچشمه میگیرند، یکی از مشکل‌سازترین منابع آلاینده هستند. تأسیساتی در مقیاس کامل اصلاحشده از امولسیونزدایی (Demulsification) شیمیایی تا فرایند فراصافش (UF) همراه با روش MBR برای تصفیه پساب آلوده به نفت استفاده شد و قادر به حذف 90 درص COD و قطران کامل، گریس و فنول بود [12].
9-4 تصفیه فاضلاب شهری
مقدار و نوع فاضلاب و آلایندههای شهری بسته به موقعیت هر کشور بهدلیل تغییرات آب و هوایی، شرایط اجتماعی-اقتصادی، زیرساخت‌های خانگی و سایر عوامل متفاوت است. معمولاً برای از بین بردن آلایندههای ناخواسته فاضلاب شهری با تجزیه زیستی باکتریایی مواد آلی به مولکولهای کوچکتر (CO2، NH3، PO4 و غیره) در حضور اکسیژن تصفیه میشود [22].
5 مزایای روشهای جداسازی غشایی
روشهای جداسازی فناوری غشایی در مقایسه با روشهای دیگر مزایای بسیاری را ارائه کرده‌اند که در زیر به برخی از این مزایا اشاره شده است [33]:
· روشهای جداسازی غشایی هم در مولکولی و هم در مقیاس سطح قابل اجرا هستند و بسیاری از جداسازیها توسط فرایند غشایی برآورده میشوند. برای مشخص کردن فرایندهای جداسازی غشایی نیازی به تغییر حالت نیست. بنابراین، انرژی موردنیاز کمتر است، مگر اینکه نیاز به افزایش فشار جریان تغذیه برای هدایت جریان نفوذ در سراسر غشا باشد.
· روشهای غشایی اقتصادی و سازگار با محیطزیست هستند زیرا ساده، کارآمد و بر اساس مواد غیرمضر تشکیل شدهاند. از این روش برای نرمشدن آب استفاده میشود. مزیت اصلی که با روشهای غشایی مرتبط است، انجام جداسازی مولکولی ملایم است که اغلب در سایر شکلهای فرایندهای جداسازی (سانتریفیوژ) گنجانده نمیشود. روش غشایی دارای مزیت بسیار مطلوبی است که میتواند حجم زیادی را پردازش کند و بهطور مداوم جریانهایی از محصولات را تولید کند [34].
· روشهای غشایی یک خدمت عملیاتی ساده، مبتنیبر اقتصادی کم و آسان برای جداسازی اجزای ناخواسته از پساب را ارائه میدهند. همچنین نیازی به سامانههای کنترلی پیچیده نیست. غشاها با توجه به اجزایی که باید جدا شوند با گزینشپذیری بالا تولید میشوند. مقادیر گزینشپذیری معمولاً برای جداسازی غشاء بالاتر از مقادیر رایج فراریت برای عملیات تقطیر است [35].
· حذف باکتریها و ذرات از طریق این فرایند بسیار راحت است. سادگی و عملیات روش اجازه میدهد تا کمتر کاربر توجه کند که آنها را برای برنامههای کوچک سامانه مناسب میکند.
· تقریباً تمام یونهای آلاینده و بیشتر غیریونهای محلول حذف میشوند. همچنین برای سامانههای کوچک با درجه بالایی از نوسانات فصلی در تقاضای آب مناسب است. این روش به جریان و سطوح جامدات محلول در کل غیرحساس است و میتواند بلافاصله بدون حداقل دوره شکست کار کند.
· از آنجایی که بسیاری از پلیمرها و ترکیبات معدنی را میتوان برای ساخت غشاها استفاده کرد، از اینرو شانس بیشتری برای کنترل انتخاب جداسازی وجود دارد. روشهای غشایی همچنین قادر به بازیابی اجزای جزئی از جریان خوراک بدون افزایش ارزش هزینه انرژی هستند [36].
6 معایب روشهای جداسازی غشایی
معایب مرتبط با روشهای جداسازی غشایی شامل دو پدیده اصلی یعنی رسوب غشایی و ماژولهای غشایی است که در زیر به آنها خواهیم پرداخت.
1-6 رسوب غشایی
رسوب غشایی به جنبههای مختلفی از راهاندازی متکی است، یعنی ویژگیهای تغذیه (pH و قدرت یون)، ویژگیهای غشا (زبری، آبگریزی، و غیره) و پارامترهای پردازش (سرعت جریان متقاطع، فشار غشاء و دما) [20]. تعدادی از این متغیرها به یکشکل ترکیب میشوند تا رسوب غشایی را تشدید کنند. عواملی که میتوان آنها را مسئول خطا دانست در زیر به آنها اشاره شده است.
1-1-6 ویژگیهای غشا
غشاهای آبدوست مانند غشاهای سرامیکی کمتر در معرض رسوب گرفتگی هستند، در حالیکه غشاهای آبگریز مانند غشاهای پلیمری بیشتر مستعد رسوب هستند. سطح ناهموار شیار برای جمعشدن ذرات کلوئیدی روی سطح غشا در طول عملیات ایجاد میکند، رسوبگیری با افزایش زبری سطح افزایش مییابد. هرچه اندازه منافذ غشا بالاتر باشد، احتمال مسدودشدن توسط آلاینده بیشتر است، بنابراین احتمال رسوب بیشتر میشود [37]. افزایش آبدوستی به معنی رسوب کمتر غشا است، در حالیکه آبگریزی با افزایش تمایل به رسوب غشایی همراه است. غشاها بهدلیل ریختن ذرات کلوئیدی دارای بار منفی میشوند و بنابراین میتوانند یون های دارای بار مثبت مانند +Ca2 و Al3+را از جامدات معلق در مایع مخلوط جمع کنند و باعث رسوب غشایی معدنی شوند [38].
2-1-6 شرایط عملیاتی
اجرای در حالت صافش جریان متقاطع، باعث تشکیل لایه کیک کمتری بر روی غشا میشود و در نتیجه احتمال رسوب غشا کمتر میشود. نرخ هوادهی بالاتر منجر به نرخ کمتر رسوب غشا میشود. دمای پایین توانایی رسوب غشا را افزایش میدهد، زیرا مواد پلیمری خارج سلولی بیشتری از باکتری آزاد میشوند و بار بیشتری از باکتریهای رشتهای وجود دارد. نسبت COD/N بالاتر در خوراک، میزان رسوب غشا، راندمان بهتر غشا و زمان کار طولانی‌تر را کاهش میدهد [39]. با اینحال، گزارش‌ها همچنین نشان میدهند که نسبت COD/N پایین به معنی رسوب کمتر است. رسوبگیری با کاهش زمان نگه‌داری هیدرولیک افزایش مییابد. اگرچه، زمان ماند بیش از حد هیدرولیک منجر به تجمع عوامل رسوب‌کننده میشود. تولید مواد پلیمری خارجسلولی کم با کارکرد در زمان نگه‌داری جامدات بالا رسوب را محدود میکند. رسوبگیری در زمان نگه‌داری جامدات بسیار بالا افزایش مییابد، زیرا مواد جامد معلق در مایع مخلوطشده و گرانروی لجن بالا را در خود جای میدهد. رسوبگیری با افزایش نرخ بارگذاری آلی افزایش مییابد. هنگامیکه تولید مواد پلیمری خارجسلولی با افزایش نسبت خوراک به ریزموجودات از طریق مصرف زیستتوده بالا افزایش مییابد، منجر به افزایش شدید رسوب میشود [40].
3-1-6 عملکرد زیستتوده/خوراک
رسوب غشا با اندازه لخته کمتر افزایش مییابد. مواد پلیمری خارجسلولی متصل که با افزایش شوری آزاد میشوند، باعث ایجاد رسوب بیشتر در غشا خواهند شد. کاهش pH منجر به افزایش نرخ رسوب غشا میشود. رسوب زیاد ناشی از مواد جامد معلق مایع مخلوط بالاتر است. با اینحال، این مطالعه همچنین نشان داد که تأثیر آن بر رسوب‌گذاری هیچ یا بسیار کم است. هنگامیکه غلظت مواد پلیمری خارجسلولی در خوراک بالا باشد، احتمال رسوب افزایش مییابد. همچنین افزایش گرانروی منجر به افزایش رسوب غشا میشود [30].
4-1-6 کنترل رسوب غشا
روشهای مختلفی برای غلبه بر مشکلات ناشی از رسوب به کار میرود که در زیر توضیح داده شده است [41].
الف) تزریق هوا: غلظت قطبیشدن و رسوب را کاهش میدهد. با وارد کردن تنش برشی بر روی سطح غشا، نوسانات تلاطم را کاهش میدهد. سرعت هوادهی بالا میتواند رسوب غشا را افزایش دهد.
ب) تمیزکردن مکانیکی: این کار با اعمال فشار محض به سطح غشا انجام میشود.
پ) کاهش فراصوت: در این سامانه، یک محیط آبی به کمک فراصوت برای حذف ذرات محلول و نامحلول استفاده میشود. اساساً قطبش غلظت را کاهش میدهد و زیستفیلم که سطح غشا را پوشانده، از بین میبرد [42].
ت) تمیزکردن شیمیایی: این روش شامل استفاده از اسیدها، بازها، اکسیدان‌ها، مواد فعال در سطح و کلات‌ها و معرفی اخیر اسیدهای نیتریت و رامنولیپید برای از بین بردن رسوب از طریق انحلال و خنثی‌سازی بازهایی است که مسئول آب‌کافت، انحلال و صابون‌سازی مواد رسوب هستند [43] .
ث) سطوح آزادکننده رسوب و نانومواد: رسوب غشا را میتوان با تهیه غشاهایی با سطوح ضدرسوب با خواص فیزیکی و شیمیایی سطح خاص کنترل کرد. سطوح آبدوست برای تنظیم اشکال مختلف رسوبات با سرکوب فعل‌وانفعالات غیراختصاصی سودمندی فوق‌العادهای را نشان دادهاند. پس از اصلاح غشاها توسط مواد ضدرسوب پلیمری یا نانومواد معدنی نیز برای کاهش رسوب شناخته شده است [44].
ج) گیرافتادن سلولی: بی‌حرکتی سلولی (بی‌حرکتی غیرفعال و گیرافتادن سلولی) حرکت آزاد سلول‌ها را با محدود کردن یا اتصال آنها به تکیهگاه جامد که سلول‌ها را بهطور مصنوعی در ماتریس پلیمری متخلخل به دام می‌اندازد، محدود میکند. این روش نمیتواند تنها با حذف پاتوژنها و ذرات بزرگ قابل اعتماد باشد، اما جایگزین خوبی برای سامانههای تصفیه زیستی مرسوم است [45].
چ) کاهش زیستی: رویکرد جدیدتری با قابلیتهای بالا در کنترل رسوب زیستی است. اتصال میکروبی یا تشکیل زیستفیلم از طریق مهار سنتز آدنوزین تریفسفات (Adenosine Triphosphate) مهار میشود. آنزیمهایی (پروتئیناز K، تریپسین، سوبتیلیسین، و غیره) که مواد پلیمری خارجسلولی را هدف قرار میدهند، میتوانند برای جلوگیری از اتصال اولیه میکروبی به جای ایجاد اختلال در زیستفیلم ایجادشده استفاده شوند. پروتئاز برای کنترل غشاهای برگشتناپذیر با وجود معایب (بیثباتی، دما و pH) بسیار بهتر از مواد شیمیایی سنتی است [46].
ح) کاهش مبتی بر الکتریکی: الکتروفورز و دافعه الکترواستاتیکی و نیروهای اعمالشده توسط میدانهای الکتریکی بر ذرات باردار میتوانند رسوب غشا را با روشهای الکتریکی مهار کنند. برای کنترل رسوب در MBR، عمدتاً خارجی مانند انعقاد الکتریکی و الکتروفورز، یا داخلی مانند سلولهای سوختی میکروبی استفاده میشود.
2-6 ماژولهای غشایی
برای دستیابی به جداسازی موردنیاز، کارخانههای غشایی صنعتی به صدها تا هزاران مترمربع غشا نیاز دارند. راه‌های زیادی برای بسته‌های غشایی اقتصادی وجود دارد تا سطح وسیعی را برای جداسازی مؤثر و کارآمد فراهم کنند [7]. معمولاً از طرحهای ماژولهای غشایی برای جلوگیری از رسوب غشایی استفاده میشود. ماژولهای غشایی که معمولاً مورد استفاده قرار میگیرند شامل صفحه و قاب، مارپیچی، لولهای و لیف توخالی هستند.
1-2-6 ماژولهای صفحه و قاب
یکی از انواع اولیه سامانههای غشایی، ماژولهای صفحه و قاب هستند که با ماژولهای مارپیچی و لیف توخالی جایگزین میشوند، زیرا نسبتاً ارزانتر از ماژولهای صفحه و قاب هستند. در حالحاضر، ماژولهای صفحه و قاب در فرایندهای اسمز معکوس (RO) و فراصافش (UF) با شرایط رسوب بسیار کم استفاده میشوند [4].
2-2-6 ماژولهای لولهای
ماژولهای لولهای مخصوصاً زمانی استفاده میشوند که نیاز به مقاومت بالا در برابر رسوب غشایی وجود داشته باشد، که معمولاً به کاربردهای فراصافش (UF) محدود میشود. این غشاها حاوی لولههای کوچکی با قطر 1-5/0 سانتیمتر هستند که در داخل یک لوله بزرگ جاسازی شدهاند. تعداد زیادی از لولهها بهصورت سری در داخل سامانه غشایی لولهای نگه‌داری میشوند [31].
3-2-6 ماژولهای مارپیچی
ماژولهای مقیاس تجاری حاوی چند پوشش غشایی که هر کدام دارای مساحت 20-10 فوتمربع هستند که در اطراف لوله جمع‌آوری محوری محصور شدهاند. ماژول مارپیچی تجاری معمولی 66/0 فوت قطر و 33/3 فوت طول دارد. افت فشار توسط طرحهای چندپوششی که در آن نفوذ از طریق لوله مرکزی حرکت میکند، کاهش مییابد [4].
4-2-6 ماژولهای لیف توخالی
معمولاً، ماژولهای لیف توخالی 10 تا 20 سانتیمتر قطر و ارتفاع آنها بین 3 تا 5 فوت است. آنها عمدتاً با جریان تغذیه در قسمت بیرونی لیف کار میکنند. آب از مجرای لیف داخل غشا عبور میکند. تعداد زیادی الیاف با هم ترکیب شده و در رزین اپوکسی در دو انتها «به حالت گلدان» و در پوسته بیرونی قرار میگیرند [47].
7 چشماندازهای آینده
فناوری غشا بهطور چشمگیری مدیریت آب و پساب را بهبود میبخشد. این فناوری کاربردهای گستردهای را نشان میدهد و بهعنوان روشی بسیار سودمند برای تصفیه پساب مشاهده شده است [48]. محققان جدید تا به امروز برای به‌کارگیری و توسعه مواد غشایی جدید و کارآمدتر، پلیمرهای ناهمگنی مانند پلیوینیلید-انفلوئوراید-هگزا فلوئوروپروپیلن (Polyvinylid‐Enefluoride-Hexafluoropropylene) و پلیوینیلید-انفلوئوراید-تترا فلوئورواتیلن (PVDF-Tetrafluoroethylene) در حال انجام هستند. در دهه گذشته، بیشتر تلاشها عمدتاً بر روی استفاده از رویکردهای مدرن و نوآورانه برای حل مسئله رسوب غشایی در MBR متمرکز شده است [30]. بیشتر آزمایش‌های اخیر روی استفاده از نانومواد، گیرافتادن سلولی، اصول زیستی و رویکردهای مبتنی بر الکتریکی برای مدیریت رسوب غشایی کار کرده‌اند. این روشهای جدید مدیریت رسوب غشایی کارایی بالایی را نشان دادهاند [7]. همچنین، کاربرد نانولولههای کربنی (Carbon Nanotubes) و غشاهای کاغذ-باکی (Buckey) در حال آزمایش هستند. با اینحال، معرفی این روشها برای MBRهای مقیاسبزرگ نیاز به مطالعه و بررسی بیشتری دارد. علاوهبر این، تنظیم رسوب غشایی به بیش از یک راهحل نیاز دارد [49]. رسوب غشایی هنوز مشکل مهمی در زمینه روشهای غشایی، بهویژه فناوری غشای زیستی است که باید در سالهای آینده مورد توجه قرار گیرد [15]. این مقاله مروری تلاشی برای خلاصه کردن فناوریهای اصلی غشا با تمرکز بر فناوری زیستغشایی با سازوکار MBR، انواع و کاربرد آنها، ادغام سامانههای MBR، ذکر محاسن و معایب آنها بوده است. همچنین اشکال عمده غشا، یعنی رسوبگیری و خط‌مشی‌های ضدرسوب آنها مورد بررسی قرار گرفت. سالهاست که تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده است. هرچند هنوز از بسیاری جهات فضا برای اصلاحات وجود دارد. با توجه به موفقیت MBRهای معمولی، فناوری نانومواد MBR میتواند در سایر حوزههای نوظهور نیز مورداستفاده قرار گیرد. این موضوع ممکن است در برابر موانع شیمیایی و مکانیکی نیز مقاوم باشد. بنابراین، در نتیجه، میتوان گفت که فناوری غشایی پیشرفته قطعاً در حل مسائل فرایند تصفیه پساب و القای عملکرد طولانی‌مدت مفید خواهد بود.
مراجع
1. Kaushik G., Bioremediation of Industrial Effluents: Distillery Effluent in Applied Environmental Biotechnology Present Scenario and Future Trends, India: Springer, 1-167, 2015.
2. Bharagava R.N., Chowdhary P., Emerging and Ecofriendly Approaches for Waste Management, Singapore: Springer, 1-435, 2019.
3. Sen T.K., Review on Dye Removal from Its Aqueous Solution into Alternative Cost Effective and Non‐Conventional Adsorbents, Journal of Chemical Process Engineering, 1-11, 2014.
4. Fritzmann C., Lowenberg J., Wintgens T., Melin T., State of The Art of Reverse Osmosis Desalination, Desalination, 216, 1–76, 2007.
5. Sonune A., Ghate R., Developments in Wastewater Treatment Methods, Desalination, 167, 55-63, 2004.
6. de Gisi S., Notarnicola M., Industrial Wastewater Treatment, Encyclopedia of sustainable technologies. 1 Ohio, United States: Elsevier, 23-42, 2017.
7. Ezugbe E.O., Rathilal S., Membrane Technologies in Wastewater Treatment: A Review, Membranes (Basel), 10, 89, 2020.
8. Radjenovic J., Petrovic M., Barcelo D., Membrane Bioreactor (MBR) As an Advanced Wastewater Treatment Technology Cytotreat View Project SEA‐On‐A‐CHIP View Project, Article Handbook Environmental Chemistry, 5, 37-101, 2008.
9. Gitis V., Hankins N., Water Treatment Chemicals: Trends and Challenges, Journal of Water Process Engineering, 25, 34-38, 2018.
10. Bolong N., Ismail A.F., Salim M.R., Matsuura T., A Review of The Effects of Emerging Contaminants in Wastewater and Options for Their Removal, Desalination, 239, 229-246, 2009.
11. Mulligan C.N., Yong R.N., Gibbs B.F., Surfactant‐Enhanced Remediation of Contaminated Soil: A Review, Engineering Geology, 60, 371-380, 2001.
12. Ahmadian M., Ravanchi M.T., Kaghazchi T., Kargari A., Application of Membrane Separation Processes in Petrochemical Industry: A Review, Desalination, 235, 199-244, 2009.
13. Abedini R., Nezhadmoghadam A., Application of Membrane in Gas Separation Processes: Its Suitability and Mechanisms. Petroleum and Coal, 52, 69-80, 2010.
14. Ghaly A.E., Ananthashankar R., Alhattab M.V., Ramakrishnan V.V., Production, Characterization and Treatment of Textile Effluents: A Critical Review, Journal of Chemical Engineering & Process Technology, 5, 1-18, 2013.
15. Ismail A.F., Khulbe K.C., Matsuura T., Reverse Osmosis, Reverse Osmosis, 227, 395-405, 2018.
16. Singh G., Kumar Bulasara V., Preparation of Low‐Cost Microfiltration Membranes from Fly Ash, Desalination and Water Treatment, 53, 1204-1212, 2015.
17. Kazemimoghadam M., Mohammadi T., Chemical Cleaning of Ultrafiltration Membranes in The Milk Industry, Desalination, 204, 213-218, 2007.
18. Waite T., Fane A., Schafer A., Nanofiltration: Principles and Applications, Journal American Water Works Association, 1, 1-560, 2005.
19. Srinivasan A., Ahilan B., Divya C.M., Divya M., Aanand S., Srinivasan A., et al, Bioremediation an Ecofriendly Tool for Effluent Treatment: A Review, International Journal of Applied Research, 1, 530-537, 2015.
20. Elimelech M., Mi B., Organic Fouling of Forward Osmosis Membranes: Fouling Reversibility and Cleaning Without Chemical Reagents, Journal of Membrane Science, 348, 337-345, 2010.
21. Peters T., Membrane Technology for Water Treatment, Chemical Engineering & Technology, 33, 1233-1240, 2010.
22. Jyoti J., Alka D., Jitendra., Kumar S., Application of Membrane Bioreactor in Wastewater Treatment: A Review, International Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 3, 155-122, 2013.
23. Magara Y., Kunikane S, Advanced Membrane Technology for Application to Water Treatment, Water Science and Technology, 37, 91-99, 1998.
24. Collivignarelli M.C., Abba A., Carnevale Miino M., Damiani S., Treatments for Color Removal from Wastewater: State of The Art, Journal of Environmental Management, 236, 727-745, 2019.
25. Ahmad A., Mohammad‐Setapar S.H., Chuong C.S., Khatoon A., Wani V.A., Kumar R., et al., Recent Advances in New Generation Dye Removal Technologies: Novel Search for Approaches to Reprocess Wastewater, RSC Advances, 21, 182-188, 2015.
26. Koc‐Jurczyk J., Removal of Refractory Pollutants from Landfill Leachate Using Two‐Phase System, Water Environment Research, 86, 74-80, 2014.
27. Pavithra K.G., Sentil Kumar P., Jaikumar V., Sundar Rajan P., Removal of Colorants from Wastewater: A Review on Sources and Treatment Strategies, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 75, 1-19, 2019.
28. Zoubeik M., Ismail M., Salama A., Henni A., New Developments in Membrane Technologies Used in The Treatment of Produced Water: A Review, Arabian Journal for Science and Engineering, 43, 2093-2118, 2018.
29. Jefferson B., Bixio D., Membrane Bioreactor Technology for Wastewater Treatment and Reuse, Desalination, 187, 271-282, 2006.
30. Chang I.S., Le Clech P., Jefferson B., Judd S., Membrane Fouling in Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment, Journal of Environmental Engineering, 128, 1018-1029, 2002.
31. Valladares Linares R., Fortunato L., Farhat N.M., Bucs S.S., Staal M., Fridjonsson E.O., et al., Mini-Review: Novel Non-Destructive in Situ Biofilm Characterization Techniques in Membrane Systems, Desalination and Water Treatment, 57, 22894-22901, 2016.
32. Babuponnusami A., Muthukumar K., A Review on Fenton and Improvements to The Fenton Process for Wastewater Treatment, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2, 557-572, 2014.
33. Gao W., Liang H., Ma J., Han M., Chen Z., Han Z., et al., Membrane Fouling Control in Ultrafiltration Technology for Drinking Water Production: A Review, Desalination, 272, 1-8, 2011.
34. Qu F., Liang H., Zhou J., Nan J., Shao S., Zhang J., et al., Ultrafiltration Membrane Fouling Caused by Extracellular Organic Matter (EOM) From Microcystis Aeruginosa: Effects of Membrane Pore Size and Surface Hydrophobicity, Journal of Membrane Science, 449, 58-66, 2014.
35. Wang N., Li X., Yang Y., Zhou Z., Shang Y., Zhuang X., Photocatalysis‐Coagulation to Control Ultrafiltration Membrane Fouling Caused by Natural Organic Matter, Journal of Cleaner Production, 265, 121790, 2020.
36. Wang H., Park M., Liang H., Wu S., Lopez I.J., Ji W., et al., Reducing Ultrafiltration Membrane Fouling During Potable Water Reuse Using Pre‐Ozonation, Water Research, 125, 42-51, 2017.
37. Liao Y., Bokhary A., Maleki E., Liao B., A Review of Membrane Fouling and Its Control in Algal‐Related Membrane Processes, Bioresource Technology, 264, 343-358, 2018.
38. Liu T., Drews A., Membrane Fouling in Membrane Bioreactors‐Characterizations, Contradictions, Cause and Cures, Journal of Membrane Science, 363, 1-28, 2010.
39. Hilal N., Ogunbiyi O.O., Miles N.J., Nigmatullin R., Methods Employed for Control of Fouling in MF and UF Membranes: A Comprehensive Review, Separation Science and Technology, 40, 1957-2005, 2005.
40. Vrouwenvelder J.S., van Paassen J.A.M., Wessels L.P., van Dam A.F., Bakker S.M., The Membrane Fouling Simulator: A Practical Tool for Fouling Prediction and Control, Journal of Membrane Science, 281, 316-324, 2006.
41. Iorhemen O.T., Hamza R.A., Tay J.H., Membrane Fouling Control in Membrane Bioreactors (MBRs) Using Granular Materials, Bioresource Technology, 240, 9-24, 2017.
42. Peng N., Widjojo N., Sukitpaneenit P., Teoh M.M., Lipscomb G.G., Chung T.S., et al., Evolution of Polymeric Hollow Fibers as Sustainable Technologies: Past, Present, and Future, Progress in Polymer Science, 37, 1401-1424, 2012.
43. Mishima I., Nakajima J., Control of Membrane Fouling in Membrane Bioreactor Process by Coagulant Addition, Water Science and Technology, 59, 1255-1262, 2009.
44. Bagheri M., Akbari A., Mirbagheri S.A., Advanced Control of Membrane Fouling in Filtration Systems Using Artificial Intelligence and Machine Learning Techniques: A Critical Review, Process Safety and Environmental Protection, 123, 229-252, 2019.
45. Ahmad A., Mohd‐Setapar S.H., Chuong C.S., Khatoon A., Wani W.A., Kumar R., et al., Recent Advances in New Generation Dye Removal Technologies: Novel Search for Approaches to Reprocess Wastewater, RSC Advances, 5, 30801-30818, 2015.
46. Kimura K., Oki Y., Efficient Control of Membrane Fouling in MF by Removal of Biopolymers: Comparison of Various Pretreatments, Water Research, 115, 172-179, 2017.
47. Togo N., Nakagawa K., Shintani T., Yoshioka T., Takahashi T., Kamio E., et al., Osmotically Assisted Reverse Osmosis Utilizing Hollow Fiber Membrane Module for Concentration Process, ACS Publications, 58, 6721-6729, 2019.
48. Mbakop S., Nthunya L.N., Onyango M.S., Recent Advances in the Synthesis of Nanocellulose Functionalized–Hybrid Membranes and Application in Water Quality Improvement, Processes, 9, 611, 2021.
49. Bouhid de Aguiar I., Schroen K., Microfluidics Used as A Tool to Understand and Optimize Membrane Filtration Processes, Membranes, 10, 316, 2020.
[1] پست الکترونیکی مسئول مکاتبات:
Elmotosee@iust.ac.ir
