غشاهای اولترافیلتراسیون (UF) با دقت جداسازی عالی (0.001-0.1 میکرومتر) به طور گسترده در تولید آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب کاربرد دارند. با این حال، مواد آلی طبیعی (NOM)، پروتئینها، پلیساکاریدها و سایر ماکرومولکولها تمایل به تجمع در سطح غشاء و درون منافذ آن دارند که منجر به کاهش شار و افزایش فشار غشایی (TMP) میشود. این پدیده رسوب یک گلوگاه حیاتی است که عملکرد پایدار فناوری UF را محدود می کند. استراتژیهای مرسوم مانند شستشوی معکوس، تمیز کردن شیمیایی و پیش تصفیه میتوانند رسوب را در کوتاهمدت کاهش دهند، اما تمیز کردن مکرر، کوتاه شدن طول عمر غشاء و مصرف انرژی عملیاتی بالاتر اغلب اجتنابناپذیر است. در نتیجه، کاوش روشهای جدید تقویت فیزیکی برای کاهش رسوب UF به یک کانون تحقیقاتی در دانشگاه و صنعت تبدیل شده است.
استفاده از میکروحباب های هوا (MBs) یک مسیر جدید امیدوارکننده برای مهار رسوب در غشاهای UF ارائه می دهد. با قطرهایی که معمولاً در محدوده میکرومتر قرار دارند، مگابایت ها می توانند به طور یکنواخت در آب پراکنده شوند و اغتشاش و اثرات سطحی ایجاد کنند که مزایای منحصر به فردی را در فرآیندهای غشایی ایجاد می کند. مطالعات نشان داده اند که وارد کردن MB به آب تغذیه UF می تواند به طور قابل توجهی تجمع و رسوب رسوب ها را در سطح غشاء کاهش دهد و در نتیجه پایداری عملیاتی را بهبود بخشد.
در مرحله اول، MB ها یک اثر بازدارندگی رسوب را از طریق اعمال می کنندمکانیسم های پراکندگی و جداسازی. پس از وارد شدن به سیستم UF، MB ها به عنوان "جداکننده" کوچک عمل می کنند، رسوب ها را پراکنده می کنند و برهمکنش آنها را ضعیف می کنند. مواد آلی طبیعی که در غیر این صورت به خوشهها انباشته میشوند، تحت تأثیر MB به طور یکنواختتر توزیع میشوند. این پراکندگی نه تنها احتمال رسوب رسوب بر روی سطح غشاء را کاهش می دهد، بلکه فشردگی لایه کیک را کاهش می دهد و آن را متخلخل تر و شل تر می کند و در نتیجه نفوذ آب را تسهیل می کند. آزمایشات نشان داده است که وجود MB ها می تواند به طور قابل توجهی ویسکوزیته ظاهری آب تغذیه را کاهش دهد، که یک عامل کلیدی در افزایش عملکرد شار است.
دوم اینکه MB ها می توانندفعل و انفعالات بین مواد آلی و سطح غشا را تغییر دهید. اسید هیومیک (HA)، جزء اصلی رسوب آلی در غشاهای UF، به ویژه تحت تأثیر قرار می گیرد. مگابایت ها به ذرات HA در محلول متصل می شوند و توزیع پتانسیل ζ- آنها را تغییر می دهند و تمایل ذرات باردار به تجمع را کاهش می دهند. این بدان معنی است که MB ها به طور موثر از تشکیل لایه های آلی متراکم بر روی سطح غشاء جلوگیری می کنند. مطالعات نشان میدهد که در آزمایشهای UF با HA{5}}حاوی آب تغذیه، معرفی مگابایتها به طور قابلتوجهی شار نرمالشده را در هر دو حالت فیلتراسیون بدون پایان و متقاطع، با حداکثر پیشرفتها تا ۱۳۹ درصد افزایش داد. این امر نقش حیاتی MB ها را در کنترل رسوب آلی برجسته می کند.
ثالثاً، MB ها تأثیر مثبتی دارندTMP و پایداری شار. تحت عملیات UF معمولی، شار به طور پیوسته کاهش می یابد در حالی که TMP با استفاده طولانی مدت افزایش می یابد. با این حال، با MB ها، ساختار لایه رسوبی شلتر و چسبندگی ضعیف، کاهش شار را کاهش می دهد و افزایش TMP را سرکوب می کند. این اثر زمان کار موثر غشا را افزایش می دهد و نیاز به تمیز کردن مکرر و خرابی را کاهش می دهد.
علاوه بر این، MB ها ارائه می دهندصرفه جویی در انرژی-و مزایای زیست محیطی. با کاهش رسوب، MB ها دفعات شستشوی معکوس و تمیز کردن شیمیایی را کاهش می دهند و در نتیجه مقدار زیادی آب و مواد شیمیایی را حفظ می کنند و هزینه ها و بارهای زیست محیطی را کاهش می دهند. علاوه بر این، کاهش وابستگی به عوامل تمیزکننده خشن، آسیب شیمیایی به مواد غشایی را به حداقل میرساند، به افزایش طول عمر غشا و کاهش بیشتر هزینههای جایگزینی طولانیمدت کمک میکند.
شایان ذکر است که اثربخشی MBs در مهار رسوب تحت تأثیر چندین پارامتر عملیاتی است. به عنوان مثال، pH آب تغذیه به طور قابل توجهی بر عملکرد MB تأثیر می گذارد. مطالعات نشان داده اند که وقتی PH نزدیک به خنثی است (حدود 6)، MB ها قوی ترین مهار را در برابر رسوب HA نشان می دهند. این به این دلیل است که مولکول های HA در این شرایط، توزیع بار مطلوب را برای جذب و پراکندگی MB نشان می دهند. عوامل دیگری مانند غلظت MB، اندازه حباب، دمای آب تغذیه و فشار نیز نقش مهمی دارند. به طور کلی، دما و فشار کمتر، غلظت متوسط مگابایت و نرخ جریان هوا بیشتر برای به حداکثر رساندن عملکرد مهار رسوب MB مفید هستند.
با نگاهی به آینده، MB ها پتانسیل قابل توجهی برای کنترل رسوب UF دارند. از یک طرف، ترکیب MB با سیستمهای نظارت آنلاین میتواند امکان تنظیم زمان واقعی دوز مگابایت را بر اساس سیگنالهای شار و TMP فراهم کند و به جلوگیری از رسوب دقیق و تطبیقی دست یابد. از سوی دیگر، مگابایت ها را می توان با ذرات جاذب، افزودنی های شیمیایی سازگار با محیط زیست، یا استراتژی های تصفیه ترکیبی ادغام کرد تا یک سیستم کنترل رسوب گیری چند مکانیزمی "فیزیکی + شیمیایی + مواد" را ایجاد کند و عملکرد را بیشتر افزایش دهد. علاوه بر این، مطالعات آینده باید به پایداری طولانی مدت MB و اثرات میکروسکوپی بالقوه آنها بر روی مواد غشایی برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان در کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ رسیدگی کند.
به طور خلاصه، MBs در غشاهای UF به طور موثر از رسوب ناشی از مواد آلی طبیعی و سایر ماکرومولکولها از طریق پراکندگی، تنظیم سطحی و اثرات آشفتگی جلوگیری میکند. آنها کاهش شار را به طور قابل توجهی کاهش می دهند و TMP را تثبیت می کنند. با ویژگیهای سبز و کم انرژی{2}، مگابایتها با اهداف توسعه پایدار فناوریهای تصفیه آب همسو میشوند و پشتیبانی قوی برای پذیرش گستردهتر فراهم میکنند. همانطور که فن آوری بالغ می شود و استراتژی های کاربردی گسترش می یابد، انتظار می رود MB ها به یک جزء حیاتی از سیستم های کنترل رسوب UF تبدیل شوند و راه حل های کارآمدتر و سازگار با محیط زیست را برای صنعت تصفیه آب ارائه دهند.
