अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली प्रदूषण का तंत्र और नियंत्रण

Oct 25, 2024

निम्नलिखित संक्षेप में अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली प्रदूषण के तंत्र और मॉडल का परिचय देगा।

परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि झिल्ली प्रदूषण पैदा करने वाले मुख्य कारकों में झिल्ली सामग्री के गुण, झिल्ली सामग्री और उपचारित तरल के बीच परस्पर क्रिया, उपचारित तरल की एकाग्रता और प्रवाह दर आदि शामिल हैं।

झिल्ली सामग्री के गुणों में सुधार करके और झिल्ली और उपचारित तरल के बीच मिलान पैरामीटर को उचित रूप से संभालकर झिल्ली गंदगी की समस्या को प्रभावी ढंग से हल किया जा सकता है।

जल आपूर्ति और जल निकासी के क्षेत्र में अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के व्यापक अनुप्रयोग के कारण, सिस्टम के संचालन के दौरान झिल्ली प्रदूषण के कारण होने वाला निस्पंदन प्रतिरोध, विशेष रूप से अपशिष्ट जल उपचार के क्षेत्र में, लगातार बढ़ रहा है, और झिल्ली निस्पंदन का गंभीर क्षीणन हो रहा है। फ्लक्स इस प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग और प्रचार में बाधा डालने वाली कुंजी है। इस पेपर का उद्देश्य अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली प्रदूषण प्रयोग के प्रदूषण नियंत्रण कारकों का सारांश देकर जल आपूर्ति और जल निकासी क्षेत्र में झिल्ली प्रौद्योगिकी के प्रभावी अनुप्रयोग की समझ में सुधार करना है।

सैद्धांतिक रूप से कहें तो, झिल्ली की सतह पर समाधान की सोखने की प्रक्रिया जटिल होती है क्योंकि सोखने की प्रक्रिया में विलेय और विलायक के बीच या सोखने वाले मिश्रण (झिल्ली) के घटकों के बीच हमेशा प्रतिस्पर्धी सोखना होता है, इसलिए सोखना इज़ोटेर्म होता है समाधान की गणना स्पष्ट इज़ोटेर्माल सोखना रेखा को मापकर और उचित वाष्प सोखना डेटा जोड़कर की जानी चाहिए। हालाँकि, वास्तव में, गुणात्मक दृष्टिकोण से, यह माना जा सकता है कि विलेय में झिल्ली का सोखना दोनों के बीच की ध्रुवता से निकटता से संबंधित है, और ध्रुवीय पदार्थों की झिल्ली दृढ़ता से ध्रुवीय पदार्थों को सोख लेती है, और गैर-ध्रुवीय पदार्थों का अवशोषण बहुत कमजोर होता है। इसके विपरीत, गैर-ध्रुवीय सामग्रियों की फिल्म गैर-ध्रुवीय विलेय को सोखने की अधिक संभावना रखती है।

दूसरी ओर, समान घुलनशीलता के सिद्धांत के अनुसार, ध्रुवीय विलेय ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में आसानी से घुल जाते हैं, जबकि गैर-ध्रुवीय विलेय गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में आसानी से घुल जाते हैं। इसे घोलना जितना आसान होगा, झिल्ली की सतह द्वारा इसके सोखने की संभावना उतनी ही कम होगी। संक्षेप में, यदि विलेय की ध्रुवीयता विलायक के करीब और झिल्ली के विपरीत है, तो झिल्ली की सतह पर विलेय का सोखना कम होता है। सूक्ष्म दृष्टिकोण से, झिल्ली सतह पर सोखने की कठिनाई और सोखना परत की स्थिरता मैक्रोमोलेक्युलर विलेय, झिल्ली सतह और मैक्रोमोलेक्युलर विलेय के बीच परस्पर क्रिया बल से संबंधित होती है। उनके बीच के बल को आम तौर पर वैन डेर वाल्स बल और डबल लेयर बल में विभाजित किया जाता है।

दो पिंडों के बीच वान गाग बल के आकार को हैमेकर आनुपातिकता स्थिरांक एच द्वारा दर्शाया जा सकता है। पानी (1), विलेय (2) और झिल्ली (3) की टर्नरी प्रणाली के लिए: एच213=[एच111/{ {5}} (H22 ×H33) 1/4] सूत्र 2 में, H11, H22 और H33 क्रमशः पानी, विलेय और झिल्ली के हैमेकर स्थिरांक हैं। हाइड्रोफोबिक झिल्ली, H33 में कमी आई; हाइड्रोफोबिक विलेय के लिए, H22 कम हो गया। ये दोनों H213 की वृद्धि का कारण बन सकते हैं, झिल्ली और विलेय के बीच फैन बल को बढ़ा सकते हैं, और झिल्ली की सतह के प्रदूषण को बढ़ा सकते हैं। इसलिए, हाइड्रोफोबिक झिल्ली और विलेय दोनों झिल्ली की सतह को संदूषण के प्रति अधिक संवेदनशील बनाते हैं।

जब झिल्ली समाधान के संपर्क में होती है, तो झिल्ली की सतह आयनिक सोखना, द्विध्रुव अभिविन्यास, हाइड्रोजन बंधन और अन्य प्रभावों के कारण चार्ज हो जाएगी, और सतह चार्ज सतह के निकट समाधान में आयन वितरण को प्रभावित कर सकता है: विभिन्न आवेश वाले आयन सतह आवेश से आकर्षित होते हैं और झिल्ली की सतह की ओर प्रवृत्त होते हैं; समान आवेश वाले आयन सतह आवेश द्वारा विकर्षित होते हैं और झिल्ली की सतह से बहुत दूर होते हैं, जिससे झिल्ली की सतह के निकट विलयन में सकारात्मक और नकारात्मक आयन एक दूसरे से अलग हो जाते हैं। साथ ही, थर्मल गति सकारात्मक और नकारात्मक आयनों को एक समान मिश्रण में लौटने की प्रवृत्ति बनाती है। इन दो विपरीत प्रवृत्तियों के संयोजन के तहत, अतिरिक्त हेटरोसाइन आयन एक दोहरी परत बनाने के लिए चार्ज फिल्म की सतह के पास माध्यम में फैल जाते हैं। जब झिल्ली का विद्युतीकरण समाधान के समान होता है, तो प्रदूषण सोखना छोटा होता है। इसके विपरीत, सोखना बड़ा होता है। झिल्ली की सतह पर अवशोषित प्रदूषण की मात्रा उपरोक्त दोनों बलों के संयुक्त परिणाम पर निर्भर करती है।

झिल्ली फाउलिंग का सोखना मॉडल गिब्स सोखना समीकरण और फ्रेडरिक सोखना समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। उनमें से, गिब्स सोखना समीकरण इज़ोटेर्माल स्थितियों के तहत सोखना संबंध पर केंद्रित है:

इस मामले में कि सोखना गर्मी सतह कवरेज की डिग्री से संबंधित है, फ्रेडरिक समीकरण का उपयोग किया जाता है:

Γ＝k×c1／n …………………………………2．2

जहां, Γ प्रति इकाई क्षेत्र फिल्म की प्रदूषण सोखने की क्षमता है

k, n सहसंबंध स्थिरांक है और c समाधान की संतुलन सांद्रता है

झिल्ली प्रदूषण के तंत्र और सोखना मॉडल के अनुसार, झिल्ली प्रदूषण को निम्नलिखित कारकों को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है: झिल्ली सामग्री के हाइड्रोफिलिक गुण; झिल्ली सामग्री के चार्जिंग गुण; उपचार समाधान की एकाग्रता; उपचार द्रव की प्रवाह दर.

इस पेपर में, झिल्ली प्रदूषण पर विभिन्न कारकों के परिवर्तनों पर नियंत्रण पाने के लिए, उपरोक्त चार प्रकार के झिल्ली प्रदूषण के प्रभाव कारकों का प्रासंगिक प्रयोगों के माध्यम से अध्ययन किया गया था।

इस प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में स्व-निर्मित प्लेट अल्ट्राफिल्टर, स्व-निर्मित फ़ीड तरल टैंक, सुपर स्थिर तापमान जल स्नान, WZJ-II मीटरिंग सर्कुलेशन पंप, C14 आइसोटोप मीटर, क्वार्ट्ज स्प्रिंग स्केल, ऊंचाई मीटर आदि शामिल हैं।

उपयोग की जाने वाली सामग्रियां मानक बीएसए समाधान, तैयार अल्कोहल किण्वन समाधान, पॉलीसल्फोन (पीएस), पॉलीसल्फोन एमाइड (पीएसए), पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पैन) और एसीटेट फाइबर प्लेट अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली हैं जिनका आणविक भार 30, है।

सबसे पहले, विभिन्न सामग्रियों की अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली को अल्ट्राफिल्ट्रेशन टैंक के आकार और आकार के अनुसार ब्लॉक में बनाया जाता है, और 24 घंटे के लिए शुद्ध पानी में भिगोया जाता है, और गीली फिल्म का वजन तौला जाता है। फिर, एक ही विधि द्वारा तैयार विभिन्न सांद्रता के अल्कोहल किण्वन समाधान या मानक बीएसए समाधान को क्रमशः फ़ीड तरल टैंक में डाला जाता है। चित्र 1 में दिखाई गई प्रक्रिया के अनुसार निरंतर तापमान और वायु दबाव परिसंचरण का पालन किया जाता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के सोखने के संतुलन के बाद, सोखने के संतुलन के बाद झिल्ली ब्लॉक का वजन प्रयोगात्मक झिल्ली की संतुलन सोखना मात्रा निर्धारित करने के लिए निर्धारित किया जाता है। अवरोध पैदा करना।

मानक बीएसए समाधान और अल्कोहल किण्वन समाधान का झिल्ली वजन क्रमशः C14 आइसोटोप विधि और क्वार्ट्ज स्प्रिंग बैलेंस और ऊंचाई मीटर द्वारा निर्धारित किया गया था। फ़ीड तरल की प्रवाह दर को विनियमन वाल्व और मापने वाले पंप द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और स्टॉपवॉच और मापने वाले सिलेंडर द्वारा मापा जाता है। अल्कोहल किण्वन समाधान का pH मान PHB-4 pH मीटर द्वारा मापा गया और क्रमशः 1 N HCl और NaOH समाधान द्वारा समायोजित किया गया।

हमने मानक बीएसए समाधान में संतुलन सोखना परीक्षण का तुलनात्मक प्रयोग करने और झिल्ली प्रदूषण के संतुलन वक्र को मापने के लिए सबसे अधिक प्रतिनिधि हाइड्रोफिलिक झिल्ली सामग्री एसीटेट फाइबर अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली (सीए) और सबसे अधिक प्रतिनिधि हाइड्रोफोबिक झिल्ली सामग्री पॉलीसल्फोन अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली (पीएस) का चयन किया। C14 आइसोटोप द्वारा चित्र 2 में दिखाया गया था: जैसा कि चित्र 2 से देखा जा सकता है, बीएसए प्रदूषण संतुलन के लिए हाइड्रोफोबिक पीएस झिल्ली की सोखने की क्षमता लगभग 1. है। समान परिस्थितियों में, और प्रदूषण संतुलन की सोखने की क्षमता तक पहुंचने का समय 60 मिनट है, जो सीए झिल्ली का 6 गुना है। यह देखा जा सकता है कि हाइड्रोफिलिक सामग्रियों से बनी झिल्ली अपने हैमेकर की वृद्धि के कारण H213 को कम कर देती है, इस प्रकार झिल्ली सामग्री और विलेय के बीच फैन बल कम हो जाता है, और झिल्ली सतह के प्रदूषण स्तर को प्रभावी ढंग से कम कर देता है। गिब्स समीकरण से यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि पैरामीटर सी, टी, आर और के निर्धारण के बाद, Γ केवल θ के साथ बदलता है। सामग्री की हाइड्रोफोबिसिटी जितनी मजबूत होगी, d (COSθ)/dC जितना बड़ा होगा, झिल्ली प्रदूषण उतना ही गंभीर होगा।

प्रयोग से पता चला कि हाइड्रोफिलिक झिल्ली को कम प्रदूषण संतुलन सोखने की क्षमता का लाभ मिला। हाइड्रोफोबिक झिल्ली को प्रदूषण सोखने के संतुलन तक पहुंचने में लंबे समय का लाभ होता है। इसलिए, वास्तव में, वर्तमान विदेशी अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली आम तौर पर हाइड्रोफोबिक बेस झिल्ली के आधार पर मिश्रित हाइड्रोफिलिक सामग्रियों के अभ्यास को अपनाती है, जो न केवल झिल्ली सतह के प्रदूषण को कम करती है, बल्कि प्रदूषण के सोखने के संतुलन तक पहुंचने का समय भी बढ़ाती है। झिल्ली की सतह, जो अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के प्रदर्शन को प्रभावी ढंग से सुधारती है।

हमने तुलनात्मक प्रयोग करने के लिए एक अधिक प्रतिनिधि सकारात्मक चार्ज वाली पैन फिल्म और एक नकारात्मक चार्ज वाली पैन फिल्म का चयन किया। प्रायोगिक स्थितियाँ थीं: वायु दाब संचालन; तापमान: 25 डिग्री ; किण्वन समाधान सांद्रता: 0.333 ग्राम/ली; पीएच 3.5 है; प्रवाह दर: 43.7 सेमी/मिनट।

तालिका 1 और चित्र 3 क्रमशः अल्कोहल किण्वन समाधान में सकारात्मक रूप से चार्ज और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए पॉलीएक्रिलोनिट्राइल अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली (पैन) की संतुलन प्रदूषण सोखने की क्षमता और सोखना संतुलन वक्र दिखाते हैं। आरेख विश्लेषण से यह देखा जा सकता है कि सकारात्मक चार्ज किए गए पैन अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली की संतुलन सोखने की क्षमता अम्लीय सकारात्मक चार्ज अल्कोहल किण्वन समाधान के वातावरण में नकारात्मक चार्ज पैन झिल्ली की तुलना में बहुत कम है। पीएच मान जितना कम होगा, घोल की सकारात्मकता उतनी ही मजबूत होगी, दोनों झिल्लियों की प्रदूषण संतुलन सोखने की क्षमता के बीच अंतर उतना ही अधिक होगा, और जब घोल का पीएच मान आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु के करीब होता है, तो सोखने की क्षमता उतनी ही अधिक होती है। दो झिल्लियाँ सुसंगत होती हैं और दोनों झिल्लियों की अधिकतम सोखने की क्षमता के बीच का अंतर 75% से अधिक तक पहुँच सकता है।

यह देखा जा सकता है कि दोहरी विद्युत परत के प्रभाव के कारण, झिल्ली और समाधान चार्ज (पीएच मान) के बीच संबंध झिल्ली प्रदूषण पर बहुत बड़ा प्रभाव डालेगा। जब झिल्ली का आवेश विलयन के समान होता है, तो फंसा हुआ विलेय आम तौर पर झिल्ली की सतह से बहुत दूर होता है, जिसके परिणामस्वरूप कम प्रदूषण होता है। जब झिल्ली का आवेश विलयन के आवेश के विपरीत होता है, तो फंसा हुआ विलेय आसानी से अवशोषित हो जाता है और झिल्ली की सतह पर जमा हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक प्रदूषण होता है।

इसलिए, जल आपूर्ति और जल निकासी उपचार में, विशेष रूप से अपशिष्ट जल उपचार प्रक्रिया में, उपचार तरल (आमतौर पर पीएच में व्यक्त) की चार्जिंग पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। जब उपचार तरल अम्लीय होता है, तो सकारात्मक रूप से चार्ज अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली का चयन किया जाता है; जब उपचार समाधान क्षारीय होता है, तो नकारात्मक चार्ज वाली अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली का चयन किया जाता है।

फ्रेडरिक समीकरण Γ=k×c1 / n के अनुसार, चार सामग्रियों, अर्थात् पॉलीएलम (पीएस), पॉलीलम एमाइड (पीएसए), पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पैन) और एसीटेट फाइबर (सीए) के अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली को निर्धारित करने के लिए चुना गया था। विभिन्न सांद्रता के अल्कोहल किण्वन तरल में बनने वाला प्रदूषण। प्रायोगिक स्थितियाँ इस प्रकार थीं: दबाव; वायु दाब संचालन; तापमान; 25 डिग्री ; किण्वन तरल प्रवाह दर: 43.7 सेमी/मिनट। प्रयोगात्मक परिणाम तालिका 2 में दिखाए गए हैं।

तालिका 2 में डेटा के रैखिक प्रतिगमन के माध्यम से, चार प्रकार के झिल्ली प्रदूषण की सोखने की क्षमता का फ्रेडरिक समीकरण निम्नानुसार प्राप्त किया गया था:

एस झिल्ली:Γ＝{{0}}．4415·C0．3616 …………………3．1

पीएसए झिल्ली:Γ＝{{0}}．0463·C0．6981 ………………3．2

पैन झिल्ली:Γ＝{{0}}．0453·C0．6299 ………………3．3

सीए झिल्ली:Γ＝{{0}}．0126·C0．9729 …………………3．4
उपरोक्त समीकरण से यह देखा जा सकता है कि फिल्म की सतह पर प्रदूषण की सोखने की मात्रा सीधे उपचार समाधान की एकाग्रता से संबंधित है। उपचार तरल की सांद्रता जितनी अधिक होगी, झिल्ली की सतह का प्रदूषण उतना ही मजबूत होगा। हाइड्रोफिलिक फिल्म के लिए, सांद्रता में परिवर्तन के कारण सतह प्रदूषण की वृद्धि हाइड्रोफोबिक फिल्म प्रदूषण की वृद्धि से अधिक है। इसलिए, जल उपचार में, विशेष रूप से सीवेज उपचार उद्योग में, उपचार तरल की एकाग्रता को कम करने के लिए फ़िल्टर किए गए पानी के बैकफ़्लो कमजोर पड़ने और अन्य साधनों का उपयोग फिल्म की सतह के प्रदूषण को नियंत्रित करने और कम करने पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।

झिल्ली की सतह के प्रदूषण पर उपचार तरल के प्रवाह दर के प्रभाव का विश्लेषण विभिन्न प्रवाह दरों पर सीए और पीएस झिल्ली के प्रदूषण सोखने प्रयोगों के माध्यम से किया गया था। अंजीर। 4 और चित्र. 5 ने 25 डिग्री की प्रायोगिक स्थितियों के तहत क्रमशः अल्कोहल किण्वन तरल के खोखले दबाव परिसंचरण के दौरान सीए और पीएस अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली की संतुलन सोखने की क्षमता को दिखाया। pH मान 3.5 है. निम्नलिखित निष्कर्ष डेटा आरेख से निकाले जा सकते हैं: हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक झिल्ली दोनों की संतुलन प्रदूषण सोखने की क्षमता फ़िल्टर के प्रवाह दर के रैखिक रूप से व्युत्क्रमानुपाती होती है। प्रवाह वेग में वृद्धि के साथ हाइड्रोफिलिक झिल्ली के संतुलन प्रदूषण सोखने का अनुपात हाइड्रोफोबिक झिल्ली की तुलना में अधिक था।

ऐसा इसलिए है क्योंकि उपचार तरल की प्रवाह दर में वृद्धि न केवल फिल्म की सतह पर एकाग्रता ध्रुवीकरण घटना को कम करने के लिए अनुकूल है, इस प्रकार फिल्म की सतह के प्रदूषण को कम करती है, बल्कि कतरनी प्रभाव के कारण फिल्म की सतह के प्रदूषण को कम करने के लिए भी अनुकूल है। फिल्म की सतह पर उच्च गति वाला तरल पदार्थ। साथ ही, प्रवाह दर में वृद्धि से उपचार समाधान के सूक्ष्म-सरगर्मी प्रभाव में भी वृद्धि होगी, विलेय के विघटन को बढ़ावा मिलेगा और झिल्ली प्रदूषण की घटना कम हो जाएगी।

इसके अलावा, झिल्ली की सतह का उचित पूर्व-उपचार और उपचार भी झिल्ली की सतह के प्रदूषण को नियंत्रित करने का एक प्रभावी तरीका है। जेए हॉवेल एट अल। झिल्ली की सतह पर जमा मट्ठे को विघटित करने के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली में पपीता को ठीक करने की विधि का उपयोग किया गया, जिससे झिल्ली प्रदूषण में काफी कमी आई। इसके अलावा, Tween80 के साथ उपचारित पॉलीसल्फोन अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली ने बीएसए समाधान के अल्ट्राफिल्ट्रेशन के दौरान झिल्ली सतह प्रदूषण को काफी कम कर दिया, जो झिल्ली सतह प्रदूषण को कम करने का एक अच्छा उपचार साधन है।

जल आपूर्ति और जल निकासी के क्षेत्र में अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के अनुप्रयोग की मुख्य समस्या झिल्ली प्रदूषण के कारण होने वाले प्रवाह में कमी है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली की सतह के प्रदूषण के मुख्य कारकों में शामिल हैं: झिल्ली सामग्री के गुण, झिल्ली सामग्री और उपचार तरल के बीच सहयोग, उपचार तरल की एकाग्रता और प्रवाह दर और अन्य कारक। झिल्ली सामग्री के गुणों में और सुधार करके और झिल्ली और उपचार तरल के बीच मिलान करने वाले विभिन्न मापदंडों को उचित रूप से संभालकर, इस कठिन समस्या को प्रभावी ढंग से हल किया जा सकता है, ताकि पानी की आपूर्ति और जल निकासी के क्षेत्र में अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जा सके। यथास्थिति में सुधार के लिए हांग्जो जिउलिंग टेक्नोलॉजी भविष्य में झिल्ली प्रदूषण के समाधान में और अधिक अनुसंधान और विकास के तरीके भी बनाएगी।

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