اثرات مفید بیوپلیمرهای طبیعی در زمینه تصفیه آب‌های سطحی توسط نانوفیلتراسیون غشایی

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) :

چکیده

فیلتراسیون غشایی در شکل‌های مختلف به­‌عنوان یک روش تصفیه به‌طور فزاینده­ای در سراسر جهان برای تامین آب ­آشامیدنی سالم تبدیل شده است. گرفتگی غشاها معمولاً به‌­عنوان محدودیت عملیاتی اصلی برای کاربرد گسترده‌­تر آن درنظر گرفته می‌­شود، زیرا منجر به شستشوی مکرر و کوتاه شدن عمر غشا و افزایش هزینه­‌های تولید می‌­گردد. اجزای موادآلی طبیعی [1](NOM) در آب‌های سطحی به­‌عنوان رسوب­‌کننده‌های[2] مهم غشاهای نانوفیلتراسیون[3] (NF) گزارش گردیده است، با این­‌حال، اثر سودمند اجزای خاص این رسوب‌ها بررسی یا اثبات نشده است. در این مطالعه، نقش مواد آلی مختلف از جمله اتوکتون­‌ها[4] NOM (به‌عنوان مثال، پلیمرهای زیستی) و آلوکتون‌­ها[5] NOM (به‌عنوان‌مثال، مواد حیاتی انسانی) را در گرفتگی غشاهای نانوفیلتراسیون با استفاده ­از آزمایش‌های سطحی با نمونه‌های دو منبع آب مشخص (در انگلستان) در دو فصل مختلف (پاییز و زمستان) در بررسی گردیده است. میکروفیلتراسیون[6] (MF) و اولترافیلتراسیون[7] (UF) برای تولید دو محدوده به کار گرفته شد که بین آنها وجود پلیمرهای زیستی (30 کیلو دالتون – 90 کیلو دالتون) تفاوت عمده­ای دارد. همچنین در این مقاله، فیلتراسیون متوالی (MF/UF/NF) جهت بررسی رفتارهای پلیمرهای زیستی در فرآیند NF توسعه داده شد. نتایج نشان داد که تجمع پلیمرهای زیستی بر روی غشاهای NF می‌تواند رسوب را با ایجاد یک لایه محافظ که در آن مواد با وزن مولکولی‌­های متوسط و کم[8] ­(MW) (مثلاً مواد حیاتی انسانی) که توسط جذب و/یا تفاوت در اندازه جداشده‌­اند، کاهش دهد. لایه‌های محافظ که به پلیمرهای زیستی همراه شده، با بررسی و مشاهده توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی[9](SEM) مشخص شد که ضخیم‌تر می‌­باشند و با زبری بالاتر (به‌عنوان مثال ساختار سه بعدی و فضایی) و ظرفیت جذب بیشتری از خود نشان دادند. علاوه­بر این،وضعیت بهبود گرفتگی غشاها با تغییر فصل بسیار مسئله مهمی می­‌باشد، وضعیت کاهش گرفتگی غشای NF می­تواند در پاییز در مقایسه با زمستان قابل توجه باشد. یافته‌های این مطالعه در آزمایش‌های مشابه با نمونه‌هایی از آب‌های خام قابل مقایسه در کشور چین قابل تکرار‌­ هستند و برای کاربرد عملی سیستم‌های غشایی NF از نظر رویکرد جدید برای مقابله با گرفتگی در عملیات طولانی‌مدت مهم می­‌باشند.

نتیجه­‌گیری

هدف از این مطالعه بررسی اثرات کشف نشده بیوپلیمرهای طبیعی بر عملکرد NF آب­‌های سطحی می‌­باشد. برای این­‌منظور، آب‌های سطحی در فصل‌های‌مختلف در کشورهای انگلستان و چین برای سنجش فیلتراسیون زمانیکه حفرات در معرض گرفتگی قرار گرفته­‌اند (dead-end mode)[10] جمع‌آوری شد. به‌­طور تجربی، بر خلاف تشخیص معمول بر روی اثرات منفی پلیمرهای زیستی، یک پدیده­ای که قبلاً گزارش نشده است در رابطه با نقش پلیمرهای زیستی در کاهش رسوب NF کشف گردید.در عمل، یک رویکرد برای کاهش رسوب غشای NF به‌­طور خاص یک فرآیند ترکیبی MF-NF است که در آن غشای MF به‌عنوان یک پیش‌­تصفیه برای حذف ذرات با اندازه فوق میکرون[11] استفاده می‌­شود و غشای NF را برای حفظ طیف گسترده­ای از مواد آلی که جرم مولکولی آن بیشتر از 500 دالتون است، به کار می­‌رود و از آب خام تصفیه نشده، آب آشامیدنی با کیفیت بالا تولید می­‌نماید.نتایج ما نشان داده است که بیوپلیمر­های فعال (آنهایی که از سلول‌های زنده و/یا متابولیسم باکتری‌ها منشأ می‌گیرند)، و به‌طور گسترده در آب‌های سطحی وجود دارند، توسط غشاهای NF حفظ می‌گردند، وبه­‌نظر می‌رسد که به‌عنوان یک «لایه کنترل‌کننده» رفتار می‌نمایند تا از ورود مواد آلی با جرم مولی کم به منافذ غشا (ایجاد انسداد) از طریق ترکیبی از اثرات جذب و فیلتر به واسطه اندازه آنها جلوگیری نمایند.اگرچه درجه کاهش گرفتگی با توجه به خواص و غلظت‌های مختلف پلیمرهای زیستی موجود در آب‌های منابع، متفاوت می‌­باشد، نقش مفید آن­ها به‌طور مداوم در چهارنمونه آب سطحی (در کشورهای انگلستان و چین) و در سه فصل معین نشان داده شده است. اعتقاد براین است که یافته‌های به‌دست‌آمده برای کاربرد عملی سیستم‌های غشایی NF از نظر مقابله با گرفتگی در عملیات طولانی‌مدت مهم خواهند بود.

کلمات کلیدی: آب­‌های سطحی[10]، مواد آلی طبیعی[11]، پلیمرهای زیستی[12]، نانو­فیلتراسیون[13]، کنترل گرفتگی[14]، تغییرات فصلی[15].

Reference

Su Z, Liu T, Li X, Graham N, Yu W. Beneficial impacts of natural biopolymers during surface water purification by membrane nanofiltration. Water Research. 2021 Aug 1; 201:117330.

[1] Natural organic matter

[2]Foul

[3] Nanofiltration

[4] Autochthonous

[5] Allochthonous

[6] Microfiltration

[7] Ultrafiltration

[8] Molecular weight

[9] Scanning electron microscope

[10] Surface waters

[11] Natural organic matter

[12] Biopolymers

[13] Nanofiltration

[14] Fouling control

[15] Seasonal changes

ترجمه و ویرایش :شیرین میران موسوی

هانیه میران موسوی