अल्ट्राफिल्ट्रेशन: Difference between revisions

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For जीव विज्ञान में अल्ट्राफिल्ट्रेशन, see अल्ट्राफिल्ट्रेशन (गुर्दे).

अल्ट्राफिल्ट्रेशन (यूएफ) झिल्ली निस्पंदन की एक प्रकार है जिसमें दबाव या एकाग्रता प्रवणता जैसे बल अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से अलग हो जाते हैं। उच्च आणविक भार के निलंबित ठोस और विलेय को तथाकथित रेटेंटेट में बनाए रखा जाता है, चूंकि जल और कम आणविक भार विलेय पारगम्य (फ़िल्ट्रेट) में झिल्ली से होकर निकलते हैं। इस पृथक्करण प्रक्रिया का उपयोग उद्योग और अनुसंधान में स्थूल आणविक (103–106 परमाणु द्रव्यमान इकाई) समाधानों, विशेष रूप से प्रोटीन समाधानों को शुद्ध करने और केंद्रित करने के लिए किया जाता है।

अल्ट्राफिल्ट्रेशन मौलिक रूप से माइक्रोफिल्ट्रेशन से अलग नहीं है। ये दोनों आकार बहिष्करण या कण कैप्चर के आधार पर अलग-अलग हैं। यह मौलिक रूप से झिल्ली गैस पृथक्करण से अलग है, जो अलग-अलग मात्रा में अवशोषण (रसायन विज्ञान) और प्रसार की विभिन्न दरों के आधार पर अलग होता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्लियों को प्रयुक्त झिल्ली के आणविक भार कट-ऑफ (एमडब्लूसीओ) द्वारा परिभाषित किया गया है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन को अनुप्रस्थ प्रवाह फिल्ट्रेशन या डेड-एंड मोड में प्रायुक्त किया जाता है।

अनुप्रयोग

रासायनिक निर्माण और दवा उद्योग निर्माण, खाद्य और पेय प्रसंस्करण, और अपशिष्ट जल उपचार जैसे उद्योग, प्रवाह को पुनःचक्रण करने या बाद के उत्पादों में मूल्य जोड़ने के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग करते हैं। रक्त किडनी डायलिसिस भी अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग करता है।

पीने का जल

पेयजल उपचार 300 मीग्रंडमुहले वाटरवर्क्स (जर्मनी) में अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग करके 3/h

पीने योग्य जल का उत्पादन करने के लिए कच्चे जल से कणों और बृहत्आण्विक को हटाने के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग किया जा सकता है। इसका उपयोग या तो जल उपचार संयंत्रों में नियोजित वर्तमान माध्यमिक (स्कंदन, फ्लोक्यूलेशन, अवसादन) और तृतीयक निस्पंदन (रेत निस्पंदन और क्लोरीनीकरण) प्रणालियों को बदलने के लिए किया गया है या बढ़ती जनसंख्या वाले पृथक क्षेत्रों में स्टैंडअलोन प्रणाली के रूप में किया गया है।[1] उच्च निलंबित ठोस पदार्थों के साथ जल का उपचार करते समय, यूएफ को अधिकांश प्रक्रिया में एकीकृत किया जाता है, प्राथमिक (स्क्रीनिंग, प्लवनशीलता, निस्पंदन) और कुछ माध्यमिक उपचारों को पूर्व-उपचार चरणों के रूप में उपयोग किया जाता है।[2] यूएफ प्रक्रियाओं को वर्तमान में निम्नलिखित कारणों से पारंपरिक उपचार विधियों से अधिक पसंद किया जाता है:

  • किसी रसायन की आवश्यकता (सफाई के अतिरिक्त) नहीं है
  • फ़ीड गुणवत्ता का ध्यान दिए बिना लगातार उत्पाद की गुणवत्ता
  • कॉम्पैक्ट प्लांट आकार
  • 90-100% रोगज़नक़ हटाने को प्राप्त करने वाले पानी की गुणवत्ता के नियामक मानकों को पार करने में सक्षम[3]

यूएफ प्रक्रियाएं वर्तमान में झिल्ली अवरोधन और प्रतिस्थापन के कारण होने वाली उच्च निवेश से सीमित हैं।[4] झिल्ली इकाइयों को अत्यधिक क्षति को रोकने के लिए फ़ीड जल का अतिरिक्त पूर्व उपचार आवश्यक है।

कई स्थितियों में आरओ झिल्ली की सुरक्षा के लिए विपरीत परासरण (आरओ) संयंत्रों में पूर्व निस्पंदन के लिए यूएफ का उपयोग किया जाता है।

प्रोटीन एकाग्रता

डेयरी उद्योग में यूएफ का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है;[5] विशेष रूप से पनीर मट्ठा के प्रसंस्करण में मट्ठा प्रोटीन केंद्रित (डब्ल्यूपीसी) और लैक्टोज युक्त पारगम्य प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।[6][7] एक चरण में, एक यूएफ प्रक्रिया मट्ठे को 10-30 बार फ़ीड में केंद्रित करने में सक्षम होती है।[8]

व्हे के झिल्ली फिल्ट्रेशन का मूल विकल्प स्टीम हीटिंग के बाद ड्रम ड्रायिंग या स्प्रे ड्रायिंग का उपयोग करना था। इन विधियों के उत्पाद में इसकी दानेदार बनावट और अघुलनशीलता के कारण सीमित अनुप्रयोग थे। वर्तमान विधियों में भी असंगत उत्पाद संरचना, उच्च पूंजी और परिचालन निवेश थी और सुखाने में उपयोग की जाने वाली अत्यधिक गर्मी के कारण अधिकांश कुछ प्रोटीन विकृत हो जाते थे।[6]
पारंपरिक विधियों की तुलना में, इस एप्लिकेशन के लिए उपयोग की जाने वाली यूएफ प्रक्रियाएँ:[6][8]:

  • अधिक ऊर्जा कुशल हैं
  • प्रचालन स्थितियों के आधार पर लगातार उत्पाद की गुणवत्ता, 35-80% प्रोटीन उत्पाद रखें
  • प्रोटीन को विकृत न करें क्योंकि वे मध्यम परिचालन स्थितियों का उपयोग करते हैं

उत्पादकता में गिरावट के लिए एक महत्वपूर्ण योगदानकर्ता के रूप में पहचान की जा रही है, अस्तव्यस्तता की संभावना व्यापक रूप से चर्चा की जाती है।[6][7][8] पनीर मट्ठा में कैल्शियम फॉस्फेट की उच्च सांद्रता होती है जो संभावित रूप से झिल्ली की सतह पर जमा होने का कारण बन सकती है। परिणामस्वरूप, कैल्शियम लवण की घुलनशीलता बनाए रखने के लिए फ़ीड के पीएच और तापमान को संतुलित करने के लिए पर्याप्त पूर्व उपचार प्रायुक्त किया जाना चाहिए।[8]

एक प्रयोगशाला अपकेंद्रित्र में एक श्रेष्ठ पारगम्य झिल्ली (चयनात्मक अवरोध) लगाया जा सकता है। ऊपरी कक्ष में प्रोटीन छोड़कर, अपकेंद्रित्र द्वारा बफर समाधान झिल्ली के माध्यम से मजबूर किया जाता है।

अन्य अनुप्रयोग

  • पेपर पल्प मिल से प्रवाह का छानना
  • पनीर निर्माण, अल्ट्राफिल्टर्ड दूध देखें
  • दूध से कुछ जीवाणुओं को हटाना
  • प्रक्रिया और अपशिष्ट जल उपचार
  • एंजाइम पुनः प्राप्ति
  • फलों का रस एकाग्रता और स्पष्टीकरण
  • किडनी डायलिसिस और अन्य रक्त उपचार
  • प्रोटीन का डीसाल्टिंग और विलायक-विनिमय (डायाफिल्टर के माध्यम से)
  • प्रयोगशाला ग्रेड निर्माण
  • बोन कोलेजन की रेडियोकार्बन डेटिंग

सिद्धांत

अल्ट्राफिल्ट्रेशन का मूल संचालन सिद्धांत एक अर्ध पारगम्य झिल्ली के माध्यम से एक विलायक से विलेय के दबाव प्रेरित पृथक्करण का उपयोग करता है। अलग किए जाने वाले विलयन पर लगाए गए दबाव और झिल्ली के माध्यम से प्रवाह के बीच संबंध को डार्सी समीकरण द्वारा सबसे अधिक वर्णित किया गया है:

,

जहाँ J प्रवाह है (प्रति झिल्ली क्षेत्र प्रवाह दर), TMP ट्रांसझिल्ली प्रेशर है (फ़ीड और पारगम्य स्ट्रीम के बीच दबाव अंतर), μ विलायक श्यानता है और Rt कुल प्रतिरोध (झिल्ली और दूषण प्रतिरोध का योग) है।

झिल्ली दूषण

Main article: झिल्ली दूषण

एकाग्रता ध्रुवीकरण

जब निस्पंदन होता है तो झिल्ली की सतह पर अस्वीकृत सामग्री की स्थानीय सांद्रता बढ़ जाती है और संतृप्त हो सकती है। यूएफ में, बढ़ी हुई आयन सांद्रता झिल्ली के फ़ीड पक्ष पर एक परासरण दबाव विकसित कर सकती है। यह प्रणाली के प्रभावी टीएमपी को कम करता है, इसलिए पारगम्यता दर को कम करता है। झिल्ली की दीवार पर संकेंद्रित परत में वृद्धि से पारगम्य प्रवाह कम हो जाता है, प्रतिरोध में वृद्धि के कारण जो झिल्ली की सतह के माध्यम से विलायक के परिवहन के लिए प्रेरक बल को कम कर देता है। सीपी लगभग सभी उपलब्ध झिल्ली जुदाई प्रक्रियाओं को प्रभावित करता है। आरओ में, झिल्ली परत पर बनाए गए विलेय के परिणामस्वरूप बल्क स्ट्रीम सांद्रता की तुलना में उच्च परासरण दबाव होता है। तो इस परासरण दबाव को दूर करने के लिए उच्च दबावों की आवश्यकता होती है। छोटे छिद्र आकार की झिल्ली के कारण माइक्रोफिल्ट्रेशन की तुलना में एकाग्रता ध्रुवीकरण अल्ट्राफिल्ट्रेशन में एक प्रमुख भूमिका निभाता है।[9] संकेंद्रण ध्रुवीकरण दूषण से भिन्न होता है क्योंकि इसका स्वयं झिल्ली पर कोई स्थायी प्रभाव नहीं होता है और टीएमपी से राहत देकर इसे व्युत्क्रम किया जा सकता है। चूंकि इसका कई प्रकार के दूषण पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।[10]


दूषण के प्रकार

पार्टिकुलेट डिपोजिशन

निम्नलिखित मॉडल झिल्ली की सतह पर और छिद्रों में कण जमाव के तंत्र का वर्णन करते हैं:

  • मानक अवरोधन: बृहत्आण्विक समान रूप से छिद्रों की दीवारों पर जमा होते हैं
  • पूर्ण अवरोधन: झिल्ली छिद्र एक मैक्रोमोलेक्यूल द्वारा पूरी तरह से सील कर दिया जाता है
  • केक का निर्माण: संचित कण या मैक्रोमोलेक्युलस झिल्ली की सतह पर एक दूषण परत बनाते हैं, यूएफ में इसे जेल परत के रूप में भी जाना जाता है
  • इंटरमीडिएट ब्लॉकिंग: जब मैक्रोमोलेक्युलस पोर्स में या पहले से ही ब्लॉक किए गए पोर्स में जमा हो जाते हैं, केक बनाने में योगदान करते हैं [11]


प्रवर्धन

झिल्ली की सतह पर सांद्रता ध्रुवीकरण के परिणामस्वरूप, बढ़ी हुई आयन सांद्रता घुलनशीलता सीमा से अधिक हो सकती है और झिल्ली की सतह पर अवक्षेपित हो सकती है। ये अकार्बनिक नमक जमा प्रवाह में कमी, झिल्ली की गिरावट और उत्पादन में कमी के कारण छिद्रों को अवरुद्ध कर सकते हैं। पैमाने का गठन पीएच, तापमान, प्रवाह वेग और पारगमन दर सहित घुलनशीलता और एकाग्रता ध्रुवीकरण दोनों को प्रभावित करने वाले कारकों पर अत्यधिक निर्भर है।[12]


जैव अवरोध

Main article: जैव अवरोध

सूक्ष्मजीव एक जेल परत बनाने वाली झिल्ली की सतह का पालन करेंगे - जिसे जैव अवरोध के रूप में जाना जाता है।[13] अवरोध प्रवाह के प्रतिरोध को बढ़ाती है, पारगम्यता के लिए एक अतिरिक्त बाधा के रूप में कार्य करती है। सर्पिल-घुमाव मॉड्यूल में, जैवअवरोध द्वारा गठित अवरोध असमान प्रवाह वितरण का कारण बन सकते हैं और इस प्रकार एकाग्रता ध्रुवीकरण के प्रभाव को बढ़ा सकते हैं।[14]


झिल्ली व्यवस्था

खोखले फाइबर मॉड्यूल

झिल्ली के आकार और सामग्री के आधार पर, अल्ट्राफिल्ट्रेशन प्रक्रिया के लिए विभिन्न मॉड्यूल का उपयोग किया जा सकता है।[15] अल्ट्राफिल्ट्रेशन मॉड्यूल में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध डिज़ाइन आवश्यक हाइड्रोडायनामिक और आर्थिक बाधाओं के साथ-साथ विशेष ऑपरेटिंग दबावों के अनुसार प्रणाली की यांत्रिक स्थिरता के अनुसार भिन्न होते हैं।[16] उद्योग में उपयोग किए जाने वाले मुख्य मॉड्यूल में सम्मिलित हैं:

ट्यूबलर मॉड्यूल

ट्यूबलर मॉड्यूल डिज़ाइन प्लास्टिक या झरझरा कागज घटकों के अंदर डाली गई बहुलक झिल्लियों का उपयोग करता है, जिनका व्यास सामान्यतः 5–25 मिमी की सीमा में 0.6–6.4 मी की लंबाई के साथ होता है।[6] एकाधिक ट्यूब एक पीवीसी या स्टील के खोल में रखे जाते हैं। मॉड्यूल की फ़ीड को ट्यूबों के माध्यम से पारित किया जाता है, जिससे खोल पक्ष में पर्मेट के रेडियल स्थानांतरण को समायोजित किया जाता है। यह डिज़ाइन आसान सफाई की अनुमति देता है चूंकि मुख्य दोष इसकी कम पारगम्यता, झिल्ली के अंदर उच्च आयतन रूकावट और कम पैकिंग घनत्व है।[6][16]


खोखला फाइबर

स्वावलंबी खोखले फाइबर मॉड्यूल

यह डिजाइन संकल्पनात्मक रूप से शेल और ट्यूब व्यवस्था के साथ ट्यूबलर मॉड्यूल के समान है। एक एकल मॉड्यूल में 50 से हजारों खोखले फाइबर हो सकते हैं और इसलिए ट्यूबलर डिज़ाइन के विपरीत स्वावलंबी होते हैं। प्रत्येक फाइबर का व्यास 0.2-3 मिमी से लेकर ट्यूब में प्रवाहित फ़ीड के साथ होता है और उत्पाद बाहर की ओर रेडियल रूप से एकत्रित होता है। स्व-सहायक झिल्लियों के होने का लाभ यह है कि बैकफ्लश होने की क्षमता के कारण इसे आसानी से साफ किया जा सकता है। चूंकि प्रतिस्थापन निवेश अधिक है, क्योंकि एक दोषपूर्ण फाइबर को पूरे बंडल को बदलने की आवश्यकता होगी। ट्यूबों को छोटे व्यास का मानते हुए, इस डिज़ाइन का उपयोग करने से प्रणाली को रुकावट होने का भी खतरा होता है।[8]


सर्पिल-घुमाव मॉड्यूल

सर्पिल-घुमाव झिल्ली मॉड्यूल

एक पतली जालीदार स्पेसर सामग्री द्वारा अलग की गई सपाट झिल्ली की चादरों के संयोजन से बने होते हैं जो झरझरा प्लास्टिक स्क्रीन समर्थन के रूप में कार्य करता है। इन चादरों को एक केंद्रीय छिद्रित ट्यूब के चारों ओर घुमाया जाता है और एक ट्यूबलर स्टील प्रेशर वेसल आवरण में लगाया जाता है। फ़ीड समाधान केंद्रीय संग्रह ट्यूब में झिल्ली की सतह और पारगम्य सर्पिल के ऊपर से निकलता है। सर्पिल-घुमाव वाले मॉड्यूल अल्ट्राफिल्ट्रेशन डिज़ाइन में एक कॉम्पैक्ट और सस्ते विकल्प हैं, एक उच्च वॉल्यूमेट्रिक थ्रूपुट प्रदान करते हैं और इसे आसानी से साफ भी किया जा सकता है।[16] चूंकि यह पतले चैनलों द्वारा सीमित है जहां निलंबित ठोस पदार्थों के साथ फ़ीड समाधान झिल्ली के छिद्रों के आंशिक अवरोध में परिणाम कर सकते हैं।[8]


प्लेट और फ्रेम

यह एक जाल जैसी सामग्री द्वारा अलग की गई समतल प्लेट पर रखी गई झिल्ली का उपयोग करता है। फ़ीड को उस प्रणाली के माध्यम से पारित किया जाता है जिसमें से परमीट को अलग किया जाता है और प्लेट के किनारे से एकत्र किया जाता है। चैनल की लंबाई 10–60 सेंटीमीटर और चैनल की ऊंचाई 0.5–1.0 मिमी तक हो सकती है।[8]यह मॉड्यूल कम वॉल्यूम रूकावट, झिल्ली के अपेक्षाकृत आसान प्रतिस्थापन और कम चैनल ऊंचाई के कारण चिपचिपे समाधानों को खिलाने की क्षमता प्रदान करता है, जो इस विशेष डिजाइन के लिए अद्वितीय है।[16]


प्रक्रिया विशेषताएँ

यूएफ प्रणाली की प्रक्रिया विशेषताएँ उपयोग की जाने वाली झिल्ली के प्रकार और उसके अनुप्रयोग पर अत्यधिक निर्भर हैं। झिल्ली के निर्माताओं के विनिर्देश प्रक्रिया को निम्नलिखित विशिष्ट विनिर्देशों तक सीमित करते हैं:[17][18][19][20]

खोखला फ़ाइबर कुंडलित घुमाया हुआ सिरेमिक ट्यूबलर प्लेट और फ्रेम
pH 2–13 2–11 3–7
फ़ीड दबाव (पीएसआई) 9–15 <30–120 60–100
बैकवाश प्रेशर (पीएसआई) 9–15 20–40 10–30
तापमान (डिग्री सेल्सियस) 5–30 5–45 5–400
कुल घुले हुए ठोस पदार्थ (मिलीग्राम/ली) <1000 <600 <500
कुल निलंबित ठोस (मिलीग्राम / एल) <500 <450 <300
मैलापन (एनटीयू) <15 <1 <10
आयरन (मिलीग्राम / एल) <5 <5 <5
तेल और ग्रीस (मिलीग्राम / एल) <0.1 <0.1 <0.1
सॉल्वैंट्स, फिनोल (मिलीग्राम / एल) <0.1 <0.1 <0.1


प्रक्रिया डिजाइन विचार

एक नई झिल्ली जुदाई सुविधा को डिजाइन करते समय या वर्तमान संयंत्र में इसके एकीकरण पर विचार करते समय, ऐसे कई कारक हैं जिन पर विचार किया जाना चाहिए। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए डिजाइन प्रक्रिया को सरल बनाने के लिए इनमें से कई विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए एक अनुमानी दृष्टिकोण प्रायुक्त किया जा सकता है। कुछ डिजाइन क्षेत्रों में सम्मिलित हैं:

पूर्व उपचार

झिल्ली को होने वाले हानि को रोकने और गंदगी के प्रभाव को कम करने के लिए झिल्ली से पहले फ़ीड का उपचार आवश्यक है जो पृथक्करण की दक्षता को बहुत कम कर देता है। पूर्व-उपचार के प्रकार अधिकांश फ़ीड के प्रकार और उसकी गुणवत्ता पर निर्भर होते हैं। उदाहरण के लिए, अपशिष्ट जल उपचार में घरेलू अपशिष्ट और अन्य कणों की जांच की जाती है। कई यूएफ प्रक्रियाओं के लिए आम अन्य प्रकार के प्री-ट्रीटमेंट में पीएच संतुलन और स्कंदन सम्मिलित हैं।[21][22] बाद के चरणों में क्षति को रोकने के लिए प्रत्येक पूर्व-उपचार चरण का उपयुक्त अनुक्रमण महत्वपूर्ण है। केवल खुराक बिंदुओं का उपयोग करके पूर्व-उपचार भी नियोजित किया जा सकता है।

झिल्ली विनिर्देश

सामग्री

अधिकांश यूएफ झिल्लियां बहुलक सामग्री ( पॉलीसल्फोन , पॉलीप्रोपाइलीन , सेलूलोज एसीटेट, पाली लैक्टिक अम्ल ) का उपयोग करती हैं, चूंकि उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए सिरेमिक झिल्ली का उपयोग किया जाता है।

ध्यान में लीन होना आकार

एक यूएफ प्रणाली में ताकना आकार के चुनाव के लिए एक सामान्य नियम यह है कि अलग किए जाने वाले कण के आकार के दसवें हिस्से के आकार वाली झिल्ली का उपयोग किया जाए। यह छोटे कणों की संख्या को छिद्रों में प्रवेश करने और छिद्रों की सतह पर सोखने की संख्या को सीमित करता है। इसके अतिरिक्त वे छिद्रों के प्रवेश द्वार को अवरुद्ध करते हैं जिससे अनुप्रस्थ प्रवाह वेग के सरल समायोजन से उन्हें बेदखल किया जा सके।[8]


ऑपरेशन रणनीति

क्रॉस फ्लो ऑपरेशन की योजनाबद्ध।
डेड-एंड ऑपरेशन का योजनाबद्ध

प्रवाह प्रकार === यूएफ प्रणाली या तो अनुप्रस्थ प्रवाह या डेड-एंड फ्लो के साथ काम कर सकते हैं। मृत-अंत निस्पंदन में फ़ीड समाधान का प्रवाह झिल्ली की सतह के लंबवत होता है। दूसरी ओर, क्रॉस फ्लो प्रणाली में प्रवाह झिल्ली की सतह के समानांतर निकलता है।[23] डेड-एंड कॉन्फ़िगरेशन कम निलंबित ठोस के साथ बैच प्रक्रियाओं के लिए अधिक अनुकूल हैं क्योंकि ठोस पदार्थ झिल्ली की सतह पर जमा होते हैं इसलिए उच्च प्रवाह को बनाए रखने के लिए बार-बार बैकफ्लश और सफाई की आवश्यकता होती है। निरंतर संचालन में अनुप्रस्थ प्रवाह कॉन्फ़िगरेशन को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि झिल्ली की सतह से ठोस पदार्थ लगातार प्रवाहित होते हैं जिसके परिणामस्वरूप एक पतली केक परत होती है और पारगमन के लिए कम प्रतिरोध होता है।

प्रवाह वेग

अत्यधिक दूषण को रोकने के लिए प्रवाह वेग विशेष रूप से कठिन जल या तरल पदार्थ युक्त निलंबन के लिए महत्वपूर्ण है। उच्च अनुप्रस्थ प्रवाह वेग का उपयोग झिल्ली की सतह पर व्यापक प्रभाव को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, इसलिए मैक्रोमोलेक्युलस और कोलाइडल सामग्री के जमाव को रोकता है और एकाग्रता ध्रुवीकरण के प्रभाव को कम करता है। चूंकि इन स्थितियों को प्राप्त करने के लिए बहुमूल्यपंपों की आवश्यकता होती है।

प्रवाह तापमान

झिल्ली को अत्यधिक हानि से बचने के लिए, झिल्ली निर्माता द्वारा निर्दिष्ट तापमान पर संयंत्र को संचालित करने की पक्षसमर्थन की जाती है। चूंकि कुछ स्थितियों में दूषित होने के प्रभाव को कम करने के लिए अनुशंसित क्षेत्र से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।[22] झिल्ली प्रतिस्थापन की बढ़ी हुई निवेश और पृथक्करण की उत्पादकता के बीच समझौता खोजने के लिए प्रक्रिया का आर्थिक विश्लेषण आवश्यक है।

दबाव

रीसायकल स्ट्रीम के साथ विशिष्ट दो चरण झिल्ली प्रक्रिया

मल्टी-स्टेज अलगाव पर दबाव गिरने से प्रक्रिया के बाद के चरणों में प्रवाह प्रदर्शन में भारी गिरावट आ सकती है। अंतिम चरणों में टीएमपी को बढ़ाने के लिए बूस्टर पंपों का उपयोग करके इसमें सुधार किया जा सकता है। इससे अधिक पूंजी और ऊर्जा निवेश लगेगी जो प्रक्रिया की उत्तम उत्पादकता से ऑफसेट होगी।[22] मल्टी-स्टेज ऑपरेशन के साथ, प्रत्येक चरण से रिटेंटेट स्ट्रीम को उनकी पृथक्करण दक्षता में सुधार के लिए पिछले चरण के माध्यम से पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।

मल्टी-स्टेज, मल्टी-मॉड्यूल

उच्च शुद्धता पारगम्य धाराओं को प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में कई चरणों को प्रायुक्त किया जा सकता है। झिल्ली प्रक्रियाओं की मॉड्यूलर प्रकृति के कारण, अधिक मात्रा में इलाज के लिए कई मॉड्यूल समानांतर में व्यवस्थित किए जा सकते हैं।[24]


उपचार के बाद

उत्पाद धाराओं का पोस्ट-ट्रीटमेंट परमीएट और रिटेंटेट की संरचना और इसके अंतिम उपयोग या सरकारी विनियमन पर निर्भर है। दूध पृथक्करण जैसे स्थितियों में दोनों धाराओं (दूध और मट्ठा) को एकत्र करके उपयोगी उत्पाद बनाया जा सकता है। रिटेंटेट के अतिरिक्त सुखाने से मट्ठा पाउडर का उत्पादन होगा। पेपर मिल उद्योग में, रिटेंटेट (गैर-बायोडिग्रेडेबल कार्बनिक पदार्थ) को ऊर्जा की वसूली के लिए भस्म कर दिया जाता है और पारगम्य (शुद्ध जल) को जलमार्गों में छोड़ दिया जाता है। जलमार्गों के थर्मल प्रदूषण से बचने और इसके पीएच को बदलने से बचने के लिए पारगम्य के जल का पीएच संतुलित और ठंडा होना आवश्यक है।

सफाई

दुर्गंध के संचय को रोकने और पारगम्यता और चयनात्मकता पर दूषण के अपमानजनक प्रभावों को उलटने के लिए झिल्ली की सफाई नियमित रूप से की जाती है।
झिल्ली की सतह पर बने केक की परतों को हटाने के लिए कुछ प्रक्रियाओं के लिए अधिकांश हर 10 मिनट में नियमित बैकवाशिंग की जाती है।[8]पर्मीएट धारा पर दबाव डालकर और इसे झिल्ली के माध्यम से वापस मजबूर करके, संचित कणों को अलग किया जा सकता है, जिससे प्रक्रिया के प्रवाह में सुधार होता है। बैकवाशिंग, बायोअवरोधन, प्रवर्धन या छिद्रों की दीवारों के सोखने जैसे दूषण के अधिक जटिल रूपों को हटाने की अपनी क्षमता में सीमित है।[25]
इस प्रकार के फाउलेंट्स को हटाने के लिए रासायनिक सफाई की आवश्यकता होती है। सफाई के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य प्रकार के रसायन हैं:[25][26]

  • अकार्बनिक पैमाने जमा के नियंत्रण के लिए अम्लीय समाधान
  • कार्बनिक यौगिकों को हटाने के लिए क्षार समाधान
  • बायोसाइड्स या कीटाणुशोधन जैसे कि क्लोरीन या हाइड्रोजन पेरोक्साइड जब बायो-अवरोधन स्पष्ट हो

सफाई प्रोटोकॉल डिजाइन करते समय इस पर विचार करना आवश्यक है:
सफाई का समय - रसायनों को फाउलेंट्स के साथ इंटरैक्ट करने और झिल्ली के छिद्रों में प्रवेश करने के लिए पर्याप्त समय दिया जाना चाहिए। चूंकि, अगर प्रक्रिया को इसकी इष्टतम अवधि से आगे बढ़ाया जाता है तो यह झिल्ली के विकृतीकरण और हटाए गए फाउलेंट्स के जमाव का कारण बन सकता है।[25]चरणों के बीच खंगालने सहित पूरा सफाई चक्र पूरा होने में 2 घंटे तक का समय लग सकता है।[27]
रासायनिक उपचार की आक्रामकता - दूषण की उच्च डिग्री के साथ दूषण सामग्री को हटाने के लिए आक्रामक सफाई समाधानों को नियोजित करना आवश्यक हो सकता है। चूँकि, कुछ अनुप्रयोगों में यह उपयुक्त नहीं हो सकता है यदि झिल्ली सामग्री संवेदनशील है, जिससे झिल्ली की उम्र बढ़ने में वृद्धि होती है।
सफाई प्रवाह का निपटान - अपशिष्ट जल प्रणालियों में कुछ रसायनों की रिहाई निषिद्ध या विनियमित हो सकती है इसलिए इस पर विचार किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, फॉस्फोरिक एसिड के उपयोग से उच्च स्तर के फॉस्फेट जल के रास्ते में प्रवेश कर सकते हैं और यूट्रोफिकेशन को रोकने के लिए इसकी निगरानी और नियंत्रण किया जाना चाहिए।

सामान्य प्रकार के दूषण और उनके संबंधित रासायनिक उपचारों का सारांश [8]

दूषक अभिकर्मक समय और

तापमान

कार्रवाई की विधी
वसा और तेल, प्रोटीन,

पॉलीसेकेराइड, बैक्टीरिया

0.5 एम NaOH

200 पीपीएम Cl2 के साथ

30–60 मिनट

25–55 डिग्री सेल्सियस

हाइड्रोलिसिस और

ऑक्सीकरण

डीएनए, खनिज लवण 0.1–0.5 एम एसिड

(एसिटिक, साइट्रिक, नाइट्रिक)

30–60 मिनट

25–35 डिग्री सेल्सियस

घुलनशीलता
वसा, तेल,

बायोपॉलिमर्स,

प्रोटीन

0.1% एसडीएस,

0.1% ट्राइटन X-100

30 मिनट - रात भर

25–55 डिग्री सेल्सियस

भिगोना, पायसीकारी,

निलंबित करना, फैलाना

कोशिका के टुकड़े, वसा,

तेल, प्रोटीन

एंजाइम डिटर्जेंट 30 मिनट - रात भर

30–40 डिग्री सेल्सियस

कैटेलिटिक ब्रेकडाउन
डीएनए 0.5% डीएनएएज़ 30 मिनट - रात भर

20–40 डिग्री सेल्सियस

एंजाइम हाइड्रोलिसिस


नए विकास

झिल्ली निस्पंदन प्रणालियों के जीवन-चक्र को बढ़ाने के लिए, झिल्ली बायोरिएक्टर प्रणालियों में ऊर्जा कुशल झिल्ली विकसित की जा रही हैं। प्रौद्योगिकी प्रस्तुत की गई है जो उच्च प्रवाह स्तर को बनाए रखते हुए सफाई के लिए झिल्ली को कम करने के लिए आवश्यक शक्ति को कम करने की अनुमति देती है। सफाई के पारंपरिक रूपों के विकल्प के रूप में दानों का उपयोग करके यांत्रिक सफाई प्रक्रियाओं को भी अपनाया गया है; यह ऊर्जा की खपत को कम करता है और फिल्ट्रेशन टैंक के लिए आवश्यक क्षेत्र को भी कम करता है।[28]

सतह के गुणों को संशोधित करके दूषण की प्रवृत्ति को कम करने के लिए झिल्ली गुणों को भी बढ़ाया गया है। यह जैव प्रौद्योगिकी उद्योग में ध्यान दिया जा सकता है जहां प्रोटीन बंधन की मात्रा को कम करने के लिए झिल्ली सतहों को बदल दिया गया है।[29] अधिक कुशल मॉड्यूल आंतरिक डिजाइन करके किसी दिए गए क्षेत्र के लिए अधिक झिल्ली की अनुमति देने के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन मॉड्यूल में भी सुधार किया गया है।

समुद्री जल डीसल्फोनेशन का वर्तमान पूर्व-उपचार अल्ट्राफिल्ट्रेशन मॉड्यूल का उपयोग करता है जिसे छोटे पदचिह्न पर कब्जा करने के समय उच्च तापमान और दबावों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्रत्येक मॉड्यूल पोत स्वयं समर्थित है और जंग के लिए प्रतिरोधी है और पोत को बदलने की निवेश के बिना मॉड्यूल के आसान हटाने और प्रतिस्थापन को समायोजित करता है।[28]


यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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