माइक्रोफिल्ट्रेशन: Difference between revisions

Latest revision as of 17:19, 18 April 2023

माइक्रोफिल्ट्रेशन एक प्रकार की भौतिक निस्पंदन प्रक्रिया है जहां एक दूषित तरल पदार्थ को एक विशेष छिद्र-आकार के झिल्ली फिल्टर के माध्यम से पारित किया जाता है जिससे कि प्रक्रिया तरल से सूक्ष्मजीवों और निलंबित कणों को अलग किया जा सके। यह सामान्यतः विभिन्न अन्य पृथक्करण प्रक्रियाओं जैसे कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन और विपरीत परासरण के साथ संयोजन के रूप में उपयोग किया जाता है जिससे कि एक उत्पाद धारा प्रदान की जा सके जो अवांछित संदूषकों से मुक्त हो सके।

सामान्य सिद्धांत

माइक्रोफिल्ट्रेशन सामान्यतः अन्य प्रक्रियाओं जैसे कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन के लिए पूर्व-उपचार के रूप में कार्य करता होती है, और दानेदार मीडिया निस्पंदन के लिए पोस्ट-ट्रीटमेंट के रूप में कार्य करता है। माइक्रोफिल्ट्रेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट कण आकार लगभग 0.1 से 10 माइक्रोन तक होते है।^[1] अनुमानित आणविक भार के संदर्भ में ये झिल्लियां सामान्यतः 100,000 g/mol से कम आणविक भार के मैक्रोमोलेक्यूल को अलग कर सकती है।^[2] माइक्रोफिल्ट्रेशन प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले फ़िल्टर विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए फ़िल्टर से गुजरने वाले तलछट, शैवाल, प्रोटोजोआ या बड़े बैक्टीरिया जैसे कणों को रोकने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए है। अधिक सूक्ष्म, परमाणु या आयनिक सामग्री जैसे कि पानी (H₂O), सोडियम (Na+) या क्लोराइड (Cl−) आयन, भंग या प्राकृतिक कार्बनिक पदार्थ, और छोटे कोलाइड और वायरस जैसे मोनोवालेंट प्रजातियां अभी भी फिल्टर से गुजरने में सक्षम होती है।

निलंबित तरल को लगभग 1-3 मीटर/सेकेंड के अपेक्षाकृत उच्च वेग से और कम से मध्यम दबाव (लगभग 100-400 केपीए) पर एक शीट या ट्यूबलर रूप में अर्ध-पारगम्य झिल्ली के समानांतर या स्पर्शरेखा से गुजारा जाता है।^[3] झिल्ली फिल्टर के माध्यम से तरल को पारित करने की अनुमति देने के लिए सामान्यतः प्रसंस्करण उपकरण पर एक पंप लगाया जाता है। आउटलेट और इनलेट धाराओं के बीच दबाव ड्रॉप को मापने के लिए एक अंतर या नियमित दबाव गेज सामान्यतः जुड़ा होता है। सामान्य सेटअप के लिए चित्र 1 देखें।^[4]

चित्र 1: माइक्रोफिल्ट्रेशन प्रणाली के लिए समग्र सेटअप

माइक्रोफिल्ट्रेशन झिल्लियों का सबसे प्रचुर मात्रा में उपयोग पानी, पेय और जैव-प्रसंस्करण उद्योगों में होता है। माइक्रो-फ़िल्टर का उपयोग करके उपचार के बाद निकास प्रक्रिया की धारा में पुनर्प्राप्ति दर होती है जो सामान्यतः लगभग 90-98% तक होती है।^[5]

अनुप्रयोगों की श्रेणी

जल उपचार

संभवतः माइक्रोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन का सबसे प्रमुख उपयोग पीने योग्य पानी की आपूर्ति के उपचार से संबंधित है। झिल्लियां तेज जल धारा के प्राथमिक कीटाणुशोधन में एक महत्वपूर्ण कदम है। इस तरह की धारा में प्रोटोजोआ क्रिप्टोस्पोरिडियम और जिआर्डिया लैम्ब्लिया जैसे रोगजनक सम्मलित हो सकते है जो कई बीमारियों के प्रकोप के लिए जिम्मेदार है। दोनों प्रजातियां पारंपरिक कीटाणुनाशकों (अर्थात क्लोरीन) के प्रति धीरे-धीरे प्रतिरोध दिखाती है।^[6] एमएफ झिल्लियों का उपयोग रासायनिक विकल्प के विपरीत पृथक्करण (एक अवरोध) का एक भौतिक साधन प्रस्तुत करता है। इस अर्थ में, निस्पंदन और कीटाणुशोधन दोनों एक ही चरण में होते है, रासायनिक खुराक की अतिरिक्त लागत और संबंधित उपकरण (हैडलिंग और भंडारण के लिए आवश्यक) को नकारते है।

इसी तरह, एमएफ झिल्लियों का उपयोग मैलापन को दूर करने के लिए द्वितीयक अपशिष्ट जल प्रवाह में किया जाता है, लेकिन कीटाणुशोधन के लिए उपचार प्रदान करने के लिए भी किया जाता है। इस स्तर पर, फ्लॉक्यूलेशन (लौह या अल्युमीनियम) संभावित रूप से फास्फोरस और हरताल जैसी अवक्षेपित प्रजातियों में जोड़ा जा सकता है जो अन्यथा घुलनशील होते है।^[7]

इसी तरह, एमएफ झिल्लियों का उपयोग मैलापन को दूर करने के लिए द्वितीयक अपशिष्ट जल प्रवाह में किया जाता है, लेकिन कीटाणुशोधन के लिए उपचार प्रदान करने के लिए भी किया जाता है। इस स्तर पर, स्कंदक (लौह या एल्युमीनियम) संभावित रूप से फास्फोरस और आर्सेनिक जैसी अवक्षेपित प्रजातियों में जोड़े जा सकते है जो अन्यथा घुलनशील होते है।^[7]

विसंक्रमण

एमएफ झिल्लियों का एक और महत्वपूर्ण अनुप्रयोग पेय पदार्थों और दवाइयों के ठंडे विसंक्रमण में निहित है।^[8] ऐतिहासिक रूप से, गर्मी का उपयोग विशेष रूप से रस, शराब और बीयर जैसे जलपान को निष्फल करने के लिए किया जाता था, चूंकि गर्म करने पर स्वाद में कमी स्पष्ट थी। इसी तरह, फार्मास्यूटिकल्स को गर्मी के अतिरिक्त उनकी प्रभावशीलता को खोने के लिए दिखाया गया है। इन उद्योगों में तरल पदार्थ से बैक्टीरिया और अन्य अवांछित निलंबन को हटाने के लिए एक विधि के रूप में एमएफ झिल्ली कार्यरत है, एक प्रक्रिया जिसे 'ठंडा विसंक्रमण' कहा जाता है, जो गर्मी के उपयोग को अस्वीकार करता है।

पेट्रोलियम शोधन

इसके अतिरिक्त, पेट्रोलियम रिफाइनिंग जैसे क्षेत्रों में माइक्रोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन का उपयोग बढ़ रहा है।^[9] जिसमें ग्रिप गैसों से कणों को हटाना विशेष चिंता का विषय है। इस तकनीक के लिए प्रमुख चुनौतियां/आवश्यकताएं उच्च तापमान (अर्थात स्थिरता बनाए रखने) का सामना करने के लिए मेम्ब्रेन मॉड्यूल की क्षमता है, लेकिन फ्लक्स की वृद्धि को सुविधाजनक बनाने के लिए बहुत पतली शीटिंग (मोटाई <2000 एंगस्ट्रॉम) प्रदान करने के लिए भी डिजाइन ऐसा होना चाहिए। . इसके अतिरिक्त मॉड्यूल में कम अवरोधन प्रोफाइल होना चाहिए और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रणाली को वित्तीय रूप से व्यवहार्य होने के लिए कम लागत पर उपलब्ध होना चाहिए।

डेयरी प्रसंस्करण

उपरोक्त अनुप्रयोगों के अतिरिक्त, एमएफ झिल्लियों ने डेयरी उद्योग के भीतर प्रमुख क्षेत्रों में गतिशील उपयोग पाया है, विशेष रूप से दूध और मट्ठा प्रसंस्करण के लिए होता है। एमएफ झिल्लियां दूध से बैक्टीरिया और संबंधित बीजाणुओं को हटाने में सहायता करती है, जिससे हानिकारक प्रजातियों को गुजरने से रोक दिया जाता है। यह पास्चुरीकरण के लिए एक अग्रदूत भी है, जो उत्पाद के विस्तारित शेल्फ-जीवन की अनुमति देता है। चूंकि, इस क्षेत्र में एमएफ झिल्लियों के लिए सबसे आशाजनक तकनीक मट्ठा प्रोटीन (अर्थात सीरम दूध प्रोटीन) से कैसिइन को अलग करने से संबंधित है।^[10] इसका परिणाम दो उत्पाद धाराओं में होता है, जिन पर उपभोक्ताओं द्वारा अत्यधिक भरोसा किया जाता है, पनीर बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली कैसिइन-समृद्ध कंसंट्रेट स्ट्रीम, और व्हे/सीरम प्रोटीन स्ट्रीम जिसे आगे प्रोसेस किया जाता है। अंतिम WPC (मट्ठा प्रोटीन ध्यान) और WPI (मट्ठा प्रोटीन आइसोलेट) पाउडर में उच्च प्रोटीन सामग्री प्राप्त करने के लिए मट्ठा प्रोटीन धारा वसा को हटाने के लिए और अधिक निस्पंदन से गुजरती है।

अन्य अनुप्रयोग

प्रमुख पृथक्करण प्रक्रिया के रूप में माइक्रोफिल्ट्रेशन का उपयोग करने वाले अन्य सामान्य अनुप्रयोगों में सम्मलित है।

स्पष्टीकरण (जल उपचार) और सेल शोरबा का जल शोधन जहां मैक्रोमोलेक्युलस को अन्य बड़े अणुओं, प्रोटीन, या सेल मलबे से अलग किया जाता है।^[11]
अन्य जैव रासायनिक और जैव-प्रसंस्करण अनुप्रयोग जैसे डेक्सट्रोज का स्पष्टीकरण।^[12]
पेंट और एडहेसिव का उत्पादन।^[13]

मुख्य प्रक्रिया के लक्षण

मेम्ब्रेन निस्पंदन प्रक्रियाओं को तीन प्रमुख विशेषताओं द्वारा अलग किया जा सकता है: ड्राइविंग बल, अवधारण स्ट्रीम और चूना स्ट्रीम। माइक्रोफिल्ट्रेशन प्रक्रिया निलंबित कणों और पानी के साथ दबाव के रूप में संचालित होती है और पानी के रूप में घुलने वाले विलेय और पानी के रूप में पानी होता है। हाइड्रोलिक दबाव का उपयोग तरल प्रवाह की प्रवाह दर (प्रवाह) को बढ़ाकर पृथक्करण प्रक्रिया को तेज करता है, लेकिन रेटेंटेट और उत्पाद धाराओं में प्रजातियों की रासायनिक संरचना को प्रभावित नहीं करता है।^[14]

एक प्रमुख विशेषता जो माइक्रोफिल्ट्रेशन या किसी झिल्ली प्रौद्योगिकी के प्रदर्शन को सीमित करती है, वह एक प्रक्रिया है जिसे फाउलिंग के रूप में जाना जाता है। दूषण, झिल्ली की सतह पर और या झिल्ली के छिद्रों के भीतर निलंबित कणों, अभेद्य भंग विलेय या यहां तक कि पारगम्य विलेय जैसे फ़ीड घटकों के जमाव और संचय का वर्णन करता है। फिल्ट्रेशन प्रक्रियाओं के दौरान मेम्ब्रेन के फूलने से फ्लक्स कम हो जाता है और इस प्रकार ऑपरेशन की समग्र दक्षता कम हो जाती है। यह तब इंगित किया जाता है जब दबाव ड्रॉप एक निश्चित बिंदु तक बढ़ जाता है। यह तब भी होता है जब ऑपरेटिंग पैरामीटर स्थिर होते है (दबाव, प्रवाह दर, तापमान और एकाग्रता)। दूषण ज्यादातर अपरिवर्तनीय होता है, चूंकि दूषण परत के एक हिस्से को थोड़े समय के लिए सफाई करके उलटा किया जा सकता है।^[15]

झिल्ली विन्यास

माइक्रोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन सामान्यतः दो कॉन्फ़िगरेशन में से एक में काम कर सकता है।

क्रॉस-फ्लो फिल्ट्रेशन: जहां द्रव को झिल्ली के संबंध में स्पर्शरेखीय रूप से पारित किया जाता है।^[16] उपचारित तरल युक्त फीड स्ट्रीम का एक हिस्सा फिल्टर के नीचे एकत्र किया जाता है, जबकि पानी के कुछ हिस्सों को अनुपचारित झिल्ली से गुजारा जाता है। क्रॉस फ्लो फिल्ट्रेशन को एक प्रक्रिया के अतिरिक्त एक यूनिट ऑपरेशन के रूप में समझा जाता है। प्रक्रिया के लिए एक सामान्य योजनाबद्ध के लिए चित्र 2 देखें।

डेड-एंड फिल्ट्रेशन, सभी प्रक्रिया द्रव प्रवाहित होते है और झिल्ली के छिद्रों के आकार से बड़े सभी कण इसकी सतह पर रुक जाते है। केक के निर्माण के अधीन सभी फ़ीड पानी को एक बार में उपचारित किया जाता है।^[17] यह प्रक्रिया ज्यादातर कम केंद्रित समाधानों के बैच या अर्ध-निरंतर निस्पंदन के लिए उपयोग की जाती है,^[18] इस प्रक्रिया के लिए एक सामान्य योजनाबद्ध के लिए चित्र 3 देखें।

प्रक्रिया और उपकरण डिजाइन

झिल्ली के चयन को प्रभावित करने वाले प्रमुख मुद्दों में सम्मलित है^[19]

साइट-विशिष्ट समस्याएं

विक्ट: सुविधा की क्षमता और मांग।
प्रतिशत वसूली और अस्वीकृति।
द्रव विशेषताओं (चिपचिपापन, मैलापन, घनत्व)
तरल पदार्थ की गुणवत्ता का इलाज किया जाना है
पूर्व उपचार प्रक्रियाएं

झिल्ली विशिष्ट समस्याएं

सामग्री की खरीद और निर्माण की लागत
परिचालन तापमान
ट्रांस-झिल्ली दबाव
झिल्ली प्रवाह
द्रव विशेषताओं को संभालना (चिपचिपापन, मैलापन, घनत्व)
प्रणाली की निगरानी और रखरखाव
सफाई और उपचार
प्रक्रिया अवशेषों का निपटान

प्रक्रिया डिजाइन चर

प्रणाली में सभी प्रक्रियाओं का संचालन और नियंत्रण
निर्माण की सामग्री
उपकरण और उपकरण (नियंत्रक (नियंत्रण सिद्धांत) एस, सेंसर) और उनकी लागत।

मौलिक डिजाइन अनुमान

कुछ महत्वपूर्ण डिजाइन अनुमान और उनके आकलन की चर्चा नीचे की गई है:

कच्चे दूषित तरल पदार्थों का उपचार करते समय, कठोर तेज सामग्री माइक्रो-फ़िल्टर में झरझरा गुहाओं को पहन सकती है और इसे अप्रभावी बना सकती है। माइक्रो-फ़िल्टर के माध्यम से गुजरने से पहले तरल पदार्थ को पूर्व-उपचार के अधीन होना चाहिए।^[20] यह यांत्रिक स्क्रीनिंग, या दानेदार मीडिया निस्पंदन जैसी मैक्रो पृथक्करण प्रक्रियाओं की भिन्नता से प्राप्त किया जा सकता है।
सफाई की व्यवस्था करते समय झिल्ली को एक बार प्रक्रिया प्रवाह द्वारा संपर्क किए जाने के बाद सूखना नहीं चाहिए।^[21] झिल्ली मॉड्यूल, पाइपलाइनों, पंपों और अन्य यूनिट कनेक्शनों की पूरी तरह से पानी की धुलाई तब तक की जाती है जब तक कि पानी साफ नहीं दिखाई देता है।
माइक्रोफिल्ट्रेशन मॉड्यूल सामान्यतः 100 से 400 kPa के दबाव पर काम करने के लिए सेट होते है।^[22] इस तरह के दबाव से रेत, स्लिट्स और क्ले, और बैक्टीरिया और प्रोटोजोआ जैसी सामग्रियों को हटाने की अनुमति मिलती है।
जब मेम्ब्रेन मॉड्यूल का पहली बार उपयोग किया जा रहा हो, अर्थात प्लांट स्टार्ट-अप के दौरान, परिस्थितियों को अच्छी तरह से तैयार करने की आवश्यकता होती है। सामान्यतः एक धीमी शुरुआत की आवश्यकता होती है जब फ़ीड को मॉड्यूल में प्रस्तुत किया जाता है, क्योंकि महत्वपूर्ण प्रवाह के ऊपर थोड़ी सी गड़बड़ी के परिणामस्वरूप अपरिवर्तनीय दूषण होता है।^[23]

किसी भी अन्य झिल्लियों की तरह, माइक्रोफिल्ट्रेशन झिल्लियों में दूषण होने का खतरा होता है। (नीचे चित्र 4 देखें) इसलिए यह आवश्यक है कि झिल्ली मॉड्यूल के जीवन को बढ़ाने के लिए नियमित रखरखाव किया जाता है।

इसे प्राप्त करने के लिए नियमित 'बैकवाशिंग' का उपयोग किया जाता है। झिल्ली के विशिष्ट अनुप्रयोग के आधार पर, बैकवाशिंग छोटी अवधि (सामान्यतः 3 से 180 सेकंड) और मध्यम अंतराल (5 मिनट से कई घंटे) में की जाती है। 2100 से अधिक रेनॉल्ड्स संख्या के साथ अशांत प्रवाह की स्थिति, आदर्श रूप से 3000 - 5000 के बीच उपयोग की जानी चाहिए।^[24] चूंकि इसे 'बैकफ्लशिंग' के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, एक अधिक कठोर और पूरी तरह से सफाई तकनीक, सामान्यतः पार्टिकुलेट और कोलाइडल फाउलिंग के स्थितियों में अभ्यास किया जाता है।
जब प्रवेश (इंजीनियरिंग) कणों को हटाने के लिए बड़ी सफाई की आवश्यकता होती है, तो एक सीआईपी (क्लीन इन प्लेस) तकनीक का उपयोग किया जाता है।^[25] सफाई एजेंट/डिटर्जेंट, जैसे सोडियम हाइपोक्लोराइट, साइट्रिक एसिड, या यहां तक कि विशेष एंजाइम सामान्यतः इस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाते है। इन रसायनों की सघनता झिल्ली के प्रकार (मजबूत रसायनों के प्रति इसकी संवेदनशीलता) पर निर्भर करती है, लेकिन हटाए जाने वाले पदार्थ के प्रकार (जैसे कैल्शियम आयनों की उपस्थिति के कारण स्केलिंग) पर भी निर्भर करती है।
झिल्ली के जीवनकाल को बढ़ाने के लिए एक और विधि संभव हो सकता है कि दो माइक्रोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन को विक्ट में डिज़ाइन किया जाए: विशेष: खोज/श्रृंखला। पहले फिल्टर का उपयोग झिल्ली से गुजरने वाले तरल के पूर्व-उपचार के लिए किया जाता है, जहां बड़े कण और जमा कारतूस पर कब्जा कर लिया जाता है। दूसरा फ़िल्टर कणों के लिए एक अतिरिक्त जांच के रूप में कार्य करेगा जो पहले झिल्ली से गुजरने में सक्षम है और साथ ही सीमा के निचले स्पेक्ट्रम पर कणों के लिए स्क्रीनिंग प्रदान करते है।^[26]

डिजाइन अर्थशास्त्र

1990 के दशक की शुरुआत की तुलना में क्षेत्र की प्रति इकाई एक मेम्ब्रेन के डिजाइन और निर्माण की लागत लगभग 20% कम है और एक सामान्य अर्थ में लगातार घट रही है।^[27] पारंपरिक प्रणालियों की तुलना में माइक्रोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन अधिक फायदेमंद है। माइक्रोफिल्ट्रेशन प्रणाली के लिए महंगे बाहरी उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है जैसे फ्लोक्यूलेट्स, रसायनों के अतिरिक्त, फ्लैश मिक्सर, सेटलिंग और फिल्टर बेसिन।^[28] चूंकि पूंजी उपकरण लागत (झिल्ली कार्ट्रिज फिल्टर इत्यादि) के प्रतिस्थापन की लागत अभी भी अपेक्षाकृत अधिक हो सकती है क्योंकि उपकरण विशेष रूप से अनुप्रयोग के लिए निर्मित हो सकते है। डिजाइन ह्यूरिस्टिक्स और सामान्य संयंत्र डिजाइन सिद्धांतों (ऊपर उल्लिखित) का उपयोग करके, इन लागतों को कम करने के लिए झिल्ली जीवन-काल बढ़ाया जा सकता है।

अधिक बुद्धिमान प्रक्रिया नियंत्रण प्रणालियों और कुशल संयंत्र डिजाइनों के डिजाइन के माध्यम से परिचालन लागत को कम करने के लिए कुछ सामान्य सुझाव नीचे सूचीबद्ध है^[29]

कम लोड अवधि (सर्दियों) में कम फ्लक्स या दबाव पर चलने वाले पौधे
फीड की स्थिति चरम होने पर छोटी अवधि के लिए प्लांट प्रणाली को ऑफ-लाइन करना।
प्रारंभिक अवधि में सफाई लागत को कम करने के लिए वर्षा (जल उपचार अनुप्रयोगों में) के बाद नदी के पहले फ्लश के दौरान एक छोटी शटडाउन अवधि (लगभग 1 घंटा)।
जहां उपयुक्त हो वहां अधिक लागत प्रभावी सफाई रसायनों का उपयोग (साइट्रिक/फॉस्फोरिक एसिड के अतिरिक्त सल्फ्यूरिक एसिड)।
एक लचीली नियंत्रण डिजाइन प्रणाली का उपयोग अधिकतम लागत बचत प्राप्त करने के लिए ऑपरेटर चर और सेटपॉइंट में हेरफेर करने में सक्षम है।

तालिका 1 (नीचे) प्रवाह की प्रति इकाई झिल्ली निस्पंदन पूंजी और परिचालन लागत की एक सांकेतिक मार्गदर्शिका व्यक्त करती है।

पैरामीटर	मात्रा	मात्रा	मात्रा	मात्रा	मात्रा
डिजाइन प्रवाह (mg/d)	0.01	0.1	1.0	10	100
औसत प्रवाह (mg/d)	0.005	0.03	0.35	4.4	50
पूंजीगत लागत ($/gal)	$18.00	$4.30	$1.60	$1.10	$0.85
वार्षिक परिचालन और प्रबंधन लागत ($/kgal)	$4.25	$1.10	$0.60	$0.30	$0.25

तालिका 1 प्रवाह की प्रति इकाई मेम्ब्रेन फिल्ट्रेशन की अनुमानित लागत है।^[30]

टिप्पणी:

पूंजीगत लागत उपचार संयंत्र की क्षमता के प्रति गैलन डॉलर पर आधारित होती है।
डिजाइन प्रवाह प्रति दिन लाखों गैलन में मापा जाता है।
मेम्ब्रेन की लागत केवल (इस तालिका में पूर्व-उपचार या उपचार के बाद के उपकरण पर विचार नहीं किया गया है)
परिचालन और वार्षिक लागत, इलाज किए गए प्रति हजार गैलन डॉलर पर आधारित है।
सभी कीमतें 2009 के अमेरिकी डॉलर में है, और मुद्रास्फीति के लिए समायोजित नहीं है।

प्रक्रिया उपकरण

झिल्ली सामग्री

सामग्री जो माइक्रोफिल्ट्रेशन प्रणाली में उपयोग की जाने वाली झिल्लियों का निर्माण करती है, वे या तो जैविक या अकार्बनिक हो सकती है, जो उन संदूषकों पर निर्भर करती है जिन्हें हटाया जाना होता है।

कार्बनिक झिल्लियों को सेलूलोज एसीटेट (CA), पॉलीसल्फोन, पोलीविनीलीडेंस फ्लोराइड, पॉलीएथर्सल्फोन और पॉलियामाइड सहित पॉलिमर की एक विविध श्रेणी का उपयोग करके बनाया जाता है। ये अपने लचीलेपन और रासायनिक गुणों के कारण सबसे अधिक उपयोग किए जाते है।^[3]
अकार्बनिक झिल्लियां सामान्यतः निसादित धातु या झरझरा अल्युमिना से बनी होती है। वे औसत ताकना आकार और पारगम्यता की एक सीमा के साथ विभिन्न आकारों में डिज़ाइन किए जा सकते है।^[3]

झिल्ली संरचनाएं

माइक्रोफिल्ट्रेशन के लिए सामान्य झिल्ली संरचनाएं सम्मलित है

स्क्रीन फिल्टर (कण और पदार्थ जो समान आकार के है या स्क्रीन के खुलने से बड़े है, प्रक्रिया द्वारा बनाए रखे जाते है और स्क्रीन की सतह पर एकत्र किए जाते है)।
गहराई फिल्टर (पदार्थ और कण फ़िल्टर मीडिया के भीतर अवरोधों के भीतर एम्बेडेड होते है, फ़िल्टर सतह में बड़े कण होते है, छोटे कण फ़िल्टर मीडिया के एक संकरे और गहरे हिस्से में कैद हो जाते है)।

मेम्ब्रेन मॉड्यूल

खोखले फाइबर झिल्ली के साथ एक माइक्रोफिल्ट्रेशन मॉड्यूल का कटअवे

प्लेट और फ्रेम (फ्लैट शीट)

डेड-एंड फ्लो माइक्रोफिल्ट्रेशन के लिए मेम्ब्रेन मॉड्यूल मुख्य रूप से प्लेट-एंड-फ्रेम कॉन्फ़िगरेशन है। उनके पास एक सपाट और पतली-फिल्म समग्र शीट होती है जहां प्लेट असममित होती है। एक पतली चयनात्मक त्वचा एक मोटी परत पर टिकी होती है जिसमें बड़े छिद्र होते है। ये प्रणालियां कॉम्पैक्ट है और एक मजबूत डिजाइन रखती है, क्रॉस-फ्लो फिल्ट्रेशन की तुलना में, प्लेट और फ्रेम कॉन्फ़िगरेशन में कम पूंजीगत व्यय होता है, चूंकि परिचालन लागत अधिक होती है। प्लेट और फ्रेम मॉड्यूल का उपयोग छोटे और सरल पैमाने के अनुप्रयोगों (प्रयोगशाला) के लिए सबसे अधिक लागू होता है जो तनु विलयनों को फ़िल्टर करता है।^[31]

घुमावदार कुंडली

इस विशेष डिजाइन का उपयोग क्रॉस-फ्लो फिल्ट्रेशन के लिए किया जाता है। डिज़ाइन में एक चुन्नटदार झिल्ली सम्मलित होती है जो एक वेध परमिट कोर के चारों ओर मुड़ी होती है, जो एक सर्पिल के समान होती है, जिसे सामान्यतः एक दबाव पोत के भीतर रखा जाता है। इस विशेष डिजाइन को प्राथमिकता दी जाती है जब संभाले गए समाधान अत्यधिक केंद्रित होते है और उच्च तापमान और चरम पीएच की स्थिति में होते है। यह विशेष विन्यास सामान्यतः माइक्रोफिल्ट्रेशन के अधिक बड़े पैमाने के औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।^[31]

खोखले रेशें

इस डिजाइन में एक ट्यूब फिल्टर हाउसिंग में कई सौ से लेकर कई हजार खोखली फाइबर झिल्लियों को बांधना सम्मलित है। फ़ीड पानी झिल्ली मॉड्यूल में दिया जाता है। यह खोखले तंतुओं की बाहरी सतह से होकर गुजरता है और फ़िल्टर्ड पानी तंतुओं के केंद्र से बाहर निकल जाता है। 75 गैलन प्रति वर्ग फुट प्रति दिन से अधिक प्रवाह दर के साथ, इस डिजाइन का उपयोग बड़े पैमाने पर सुविधाओं के लिए किया जा सकता है।^[32]

मौलिक डिजाइन समीकरण

जैसा कि छानने से पृथक्करण प्राप्त होता है, सूक्ष्म झरझरा झिल्लियों के माध्यम से सूक्ष्मनिस्पंदन के लिए स्थानांतरण का प्रमुख तंत्र बल्क प्रवाह है।^[33]

सामान्यतः, छिद्रों के छोटे व्यास के कारण प्रक्रिया के भीतर प्रवाह लामिनार होता है (रेनॉल्ड्स संख्या <2100) इस प्रकार छिद्रों के माध्यम से बहने वाले तरल पदार्थ का प्रवाह वेग निर्धारित किया जा सकता है (हेगन-पॉइज़्यूइल समीकरण द्वारा। हेगन-पोइज़्यूइल समीकरण) जिनमें से सबसे सरल एक परवलयिक सीमा परत है।

v={\frac {D^{2}*\Delta P}{32*\mu *L}}

ट्रांसमेम्ब्रेन प्रेशर (टीएमपी)^[34]

ट्रांसमेम्ब्रेन प्रेशर (टीएमपी) को परमीएट के दबाव से घटाए गए झिल्ली के ध्यान केंद्रित पक्ष पर फ़ीड से लागू दबाव के माध्यम के रूप में परिभाषित किया गया है। यह मुख्य रूप से डेड-एंड फिल्ट्रेशन पर लागू होता है और यह इस बात का संकेत है कि प्रणाली वारंट रिप्लेसमेंट के लिए पर्याप्त रूप से फाउल किया गया है या नहीं किया गया है

v={\frac {P_{F}+P_{C}}{2}}-P_{P}

जहाँ

$P_{f}$ फीड साइड पर दबाव है
$P_{c}$ एकाग्रता का दबाव है
$P_{p}$ पर्मीएट का दबाव है

पर्मेट फ्लक्स^[35]

डार्सी के नियम के आधार पर, माइक्रोफिल्ट्रेशन में पारगम्य प्रवाह निम्नलिखित संबंध द्वारा दिया गया है

J_{v}={\frac {1}{A_{M}}}*{\frac {dV}{dt}}={\frac {\Delta P}{\mu *(R_{u}+R_{c})}}

जहाँ

$R_{u}$ = पारमीट झिल्ली प्रवाह प्रतिरोध ( $m-1$ )
$R_{c}$ = परमीट केक प्रतिरोध ( $m-1$ )
μ = परमिट चिपचिपापन (kg m-1 s-1)
∆P = केक और झिल्ली के बीच दबाव में कमी

केक प्रतिरोध द्वारा दिया जाता है:

R_{c}=r*{\frac {V_{S}}{A_{m}}}

जहाँ

आर = विशिष्ट केक प्रतिरोध (एम-2)
Vs = केक का आयतन (m3)
AM = झिल्ली का क्षेत्रफल (m2)

माइक्रोन आकार के कणों के लिए विशिष्ट केक प्रतिरोध मोटे तौर पर होता है।^[36]

r={\frac {180*(1-\epsilon )}{\epsilon ^{3}*d_{s}^{2}}}

जहाँ

ε = केक की सरंध्रता (इकाई रहित)
d_s = औसत कण व्यास (एम)

कठोर डिजाइन समीकरण^[37]

केक निर्माण की सीमा के त्रुटिहीन निर्धारण के बारे में बेहतर संकेत देने के लिए, कारकों को निर्धारित करने के लिए एक आयामी मात्रात्मक मॉडल तैयार किए गए है जैसे कि

पूर्ण अवरोधन (ताकना के त्रिज्या से कम प्रारंभिक त्रिज्या वाले छिद्र)
मानक अवरोधन
सबलेयर फॉर्मेशन
केक गठन

अधिक जानकारी के लिए बाहरी लिंक देखें

पर्यावरण के समस्याएं, सुरक्षा और विनियमन

यद्यपि झिल्ली निस्पंदन प्रक्रियाओं के पर्यावरणीय प्रभाव आवेदन के अनुसार भिन्न होते है, मूल्यांकन की एक सामान्य विधि जीवन-चक्र मूल्यांकन (LCA) है, जो सभी चरणों में झिल्ली निस्पंदन प्रक्रियाओं के पर्यावरणीय बोझ के विश्लेषण के लिए एक उपकरण है और सभी प्रकार के लिए खाता है। भूमि, जल और वायु के उत्सर्जन सहित पर्यावरण पर प्रभाव होता है।

माइक्रोफिल्ट्रेशन प्रक्रियाओं के संबंध में, कई संभावित पर्यावरणीय प्रभावों पर विचार किया जाना है। उनमें ग्लोबल वार्मिंग क्षमता, फोटो-ऑक्सीडेंट निर्माण क्षमता, यूट्रोफिकेशन क्षमता, मानव विषाक्तता क्षमता, मीठे पानी की पर्यावरणविषाक्तता क्षमता, समुद्री इकोटॉक्सिसिटी क्षमता और स्थलीय इकोटॉक्सिसिटी क्षमता सम्मलित है। सामान्यतः, प्रक्रिया का संभावित पर्यावरणीय प्रभाव अधिक हद तक प्रवाह और अधिकतम ट्रांसमेम्ब्रेन दबाव पर निर्भर करता है, चूंकि अन्य ऑपरेटिंग पैरामीटर विचार किए जाने वाले कारक बने रहते है। एक विशिष्ट टिप्पणी जिस पर परिचालन की स्थिति के त्रुटिहीन संयोजन से पर्यावरण पर सबसे कम बोझ पड़ेगा, नहीं किया जा सकता क्योंकि प्रत्येक आवेदन के लिए अलग-अलग अनुकूलन की आवश्यकता होगी।^[38]

एक सामान्य अर्थ में, झिल्ली निस्पंदन प्रक्रियाएं अपेक्षाकृत कम जोखिम वाले ऑपरेशन है, अर्थात खतरनाक खतरों की संभावना कम है। चूँकि, ध्यान रखने योग्य कई पहलू है। माइक्रोफिल्ट्रेशन सहित सभी दबाव-संचालित फिल्ट्रेशन प्रक्रियाओं को फीड लिक्विड स्ट्रीम के साथ-साथ लगाए गए विद्युत चिंताओं पर दबाव की एक डिग्री की आवश्यकता होती है। सुरक्षा में योगदान देने वाले अन्य कारक प्रक्रिया के मापदंडों पर निर्भर होता है। उदाहरण के लिए, डेयरी उत्पाद के प्रसंस्करण से बैक्टीरिया का निर्माण होगा जिसे सुरक्षा और नियामक मानकों का पालन करने के लिए नियंत्रित किया जाना चाहिए।^[39]

समान प्रक्रियाओं के साथ तुलना

मेम्ब्रेन माइक्रोफिल्ट्रेशन मौलिक रूप से अन्य फिल्ट्रेशन तकनीकों के समान है जो भौतिक रूप से अलग-अलग कणों के लिए एक ताकना आकार वितरण का उपयोग करते है। यह अल्ट्रा/नैनोफिल्ट्रेशन और रिवर्स ऑस्मोसिस जैसी अन्य तकनीकों के अनुरूप है, चूंकि, अंतर केवल कणों के आकार में उपस्तिथ है, और आसमाटिक दबाव भी है। जिनमें से मुख्य नीचे सामान्य रूप से वर्णित है:

अल्ट्राफिल्ट्रेशन

अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्लियों में छिद्र का आकार 0.1 माइक्रोमीटर से 0.01 माइक्रोमीटर तक होता है और प्रोटीन, एंडोटॉक्सिन, वायरस और सिलिका को बनाए रखने में सक्षम होते है। UF के पास विविध अनुप्रयोग है जो अपशिष्ट जल उपचार से लेकर फार्मास्युटिकल अनुप्रयोगों तक फैले हुए होते है।

नैनोफिल्टरेशन

नैनोफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन में छिद्रों का आकार 0.001 μm से 0.01 μm तक होता है और बहुसंयोजक आयनों, सिंथेटिक रंगों, शर्करा और विशिष्ट लवणों को फ़िल्टर करता है। जैसे ही छिद्र का आकार एमएफ से एनएफ तक गिरता है, आसमाटिक दबाव की आवश्यकता बढ़ जाती है।

रिवर्स ऑस्मोसिस

रिवर्स ऑस्मोसिस (आरओ) उपलब्ध सर्वोत्तम झिल्ली प्रक्रिया है, ताकना आकार 0.0001 μm से 0.001 μm तक होता है। रिवर्स ऑस्मोसिस पानी को छोड़कर लगभग सभी अणुओं को बनाए रखने में सक्षम है, और छिद्रों के आकार के कारण, माइक्रोफिल्ट्रेशन के लिए आवश्यक आसमाटिक दबाव अधिक होता है। रिवर्स ऑस्मोसिस और नैनोफिल्ट्रेशन दोनों मौलिक रूप से माइक्रोफिल्ट्रेशन से अलग है क्योंकि प्रवाह सघनता प्रवणता के विरुद्ध जाता है, क्योंकि वे प्रणालियाँ दबाव का उपयोग पानी को कम आसमाटिक दबाव से उच्च आसमाटिक दबाव में जाने के लिए मजबूर करने के साधन के रूप में करती है।

नव गतिविधि

एमएफ में हाल के अग्रिमों ने जमावट को बढ़ावा देने के लिए झिल्ली और योजक के निर्माण के लिए विनिर्माण प्रक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित किया है और इसलिए झिल्ली के दूषण को कम किया है। चूंकि एमएफ, यूएफ, एनएफ और आरओ निकट से संबंधित है, ये अग्रिम कई प्रक्रियाओं पर लागू होते है न कि केवल एमएफ पर लागू होते है।

हाल के अध्ययनों से पता चला है कि तनु KMnO₄ प्रीऑक्सीडेशन संयुक्त FeCl₃ जमावट को बढ़ावा देने में सक्षम है, जिससे दूषण में कमी आती है, विशेष रूप से KMnO₄ प्रीऑक्सीडेशन ने एक प्रभाव प्रदर्शित किया है जो अपरिवर्तनीय झिल्ली दूषण को कम करता है।^[40]

इसी तरह का शोध कंस्ट्रक्शन हाई फ्लक्स पॉली (ट्राइमेथिलीन टेरेफ्थेलेट) (पीटीटी) नैनोफाइबर मेम्ब्रेन में किया गया है, जो बढ़े हुए थ्रूपुट पर ध्यान केंद्रित करता है। झिल्ली की आंतरिक संरचना के विशिष्ट ताप उपचार और निर्माण प्रक्रियाओं ने उच्च प्रवाह के अनुसार TiO₂ कणों की 99.6% अस्वीकृति दर का संकेत देते हुए परिणाम प्रदर्शित किया है। परिणाम बताते है कि इस तकनीक को उपस्तिथ अनुप्रयोगों में उच्च फ्लक्स झिल्लियों के माध्यम से उनकी दक्षता बढ़ाने के लिए लागू किया जा सकता है।^[41]

यह भी देखें

झिल्ली प्रौद्योगिकी
अल्ट्राफिल्ट्रेशन – Filtration by force through a semipermeable membrane
नैनोफिल्टरेशन – Filtration method that uses nanometer sized pores in biological membranes
विपरीत परासरण
मेम्ब्रेन बायोरिएक्टर

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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[micrio1-1] Baker, R 2012, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications, 3rd edn, John Wiley & Sons Ltd, California. p. 303

[micrio2-2] Microfiltration/Ultrafiltration, 2008, Hyflux Membranes, accessed 27 September 2013. <"Microfiltration | Hyflux Membranes". Archived from the original on 2013-10-15. Retrieved 2013-10-15. rel="nofollow>"

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[4] Baker, R 2000, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications, John Wiley & Sons Ltd, California. p. 279.

[5] Kenna, E & Zander, A 2000, Current Management of Membrane Plant Concentrate, American Waterworks Association, Denver. p.14

[6] Water Treatment Solutions. 1998, Lenntech, accessed 27 September 2013 <http://www.lenntech.com/microfiltration.htm

[:0-7] 7.0 ^7.1 Chadha, Utkarsh; Selvaraj, Senthil Kumaran; Vishak Thanu, S.; Cholapadath, Vishnu; Abraham, Ashesh Mathew; Zaiyan, Mohammed; Manikandan, M; Paramasivam, Velmurugan (6 January 2022). "अपशिष्ट जल से दूषित पदार्थों को हटाने के लिए मेम्ब्रेन फिल्ट्रेशन में कार्बन नैनोमैटेरियल्स के उपयोग के कार्य की समीक्षा". Materials Research Express. doi:10.1088/2053-1591/ac48b8.

[8] Veolia Water, Pharmaceutical & Cosmetics. 2013, Veolia Water, accessed 27 September 2013. Available from: <http://www.veoliawaterst.com/industries/pharmaceutical-cosmetics/.>

[9] Baker, R.,3rd ed, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications John Wiley & Sons Ltd: California. p. 303-324.

[10] GEA Filtration – Dairy Applications. 2013, GEA Filtration, accessed 26 September 2013, <http://www.geafiltration.com/applications/industrial_applications.asp.>

[11] Baker, R 2012, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications, 3rd edn, John Wiley & Sons Ltd, California. p. 303-324.

[12] Valentas J., Rotstein E, & Singh, P 1997, Handbook of Food Engineering Practice, CRC Press LLC, Florida, p.202

[13] Starbard, N 2008, Beverage Industry Microfiltration, Wiley Blackwell, Iowa. p.4

[14] Cheryan, M 1998, Fouling and Cleaning in Ultrafiltration and Microfiltration Handbook 2nd edn., CRC Press, Florida, p.1-9.

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[17] Perry, RH & Green, DW, 2007. Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8th Edn. McGraw-Hill Professional, New York. p2072-2100

[18] Seadler, J & Henley, E 2006, Separation Process Principles, 2nd Edn, John Wiley & Sons Inc. New Jersey. p.501

[19] American Water Works Association, 2005. Microfiltration and Ultrafiltration Membranes in Drinking Water (M53) (Awwa Manual) (Manual of Water Supply Practices). 1st ed. American Waterworks Association. Denver. p. 165

[20] Water Treatment Solutions. 1998, Lenntech, accessed 27 September 2013 < http://www.lenntech.com/microfiltration.htm

[21] Cheryan, M 1998, Fouling and Cleaning. 2nd edn. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, CRC Press, Florida p. 237-278

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[25] Baker, R 2012, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications, 3rd edn, John Wiley & Sons Ltd, California. pp. 303–324

[26] Baker, R 2000, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications, John Wiley & Sons Ltd, California. p. 280

[27] Mullenberg 2009, 'Microfiltration: How Does it compare, Water and wastes digest, web log post, December 28, 2000, accessed 3 October 2013,<http://www.wwdmag.com/desalination/microfiltration-how-does-it-compare.>

[28] Layson A, 2003, Microfiltration – Current Know-how and Future Directions, IMSTEC, accessed 1 October 2013 "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2013-10-15. Retrieved 2013-10-15.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)> University of New South Wales. p6

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[30] Microfiltration/Ultrafiltration, 2009, Water Research Foundation, accessed 26 September 2013; <"Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-03-09. Retrieved 2013-10-15.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)>

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[32] जल उपचार। (3rd ed.). Denver, CO: American Water Works Association. 2003. pp. 441–444. ISBN 9781583212301. Retrieved 14 November 2021.

[33] Seadler, J & Henley, E 2006, Separation Process Principles, 2nd Edn, John Wiley & Sons Inc. New Jersey p.540-542

[34] Cheryan, M 1998, Fouling and Cleaning. in Ultrafiltration and Microfiltration Handbook 2nd edn., CRC Press, Florida, 645.

[35] Ghosh, R, 2006, Principles of Bioseparations Engineering, Word Scientific Publishing Co.Pte.Ltd, Toh Tuck Link, p.233

[36] Ghosh, R, 2006,Principles of Bioseparations Engineering, Word Scientific Publishing Co.Pte.Ltd, Toh Tuck Link, p.234

[37] Polyakov, Yu, Maksimov, D & Polyakov, V, 1998 'On the Design of Microfilters' Theoretical Foundations of Chemical Engineering, Vol. 33, No. 1, 1999, pp. 64–71.

[38] Tangsubkul, N, Parameshwaran, K, Lundie, S, Fane, AG & Waite, TD 2006, 'Environmental life cycle assessment of the microfiltration process', Journal of Membrane Science vol. 284, pp. 214–226

[39] Cheryan, M 1998, Fouling and Cleaning. 2nd edn. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, CRC Press, Florida, p. 352-407.

[40] Tian, J, Ernst, M, Cui, F, & Jekel, M 2013 'KMnO₄ pre-oxidation combined with FeCl₃ coagulation for UF membrane fouling control', Desalination, vol. 320, 1 July, pp 40-48,

[41] Li M, Wang, D, Xiao, R, Sun, G, Zhao, Q & Li, H 2013 'A novel high flux poly(trimethylene terephthalate) nanofiber membrane for microfiltration media', Separation and Purification Technology, vol. 116, 15 September, pp 199-205

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@@ Line 255: / Line 255: @@
 * Polyakov, Yu, Maksimov, D, & Polyakov, V, 1998 'On the Design of Microfilters' Theoretical Foundations of Chemical Engineering, Vol. 33, No. 1, 1999. < http://web.njit.edu/~polyakov/docs/Microfiltration_TFCE_English.pdf>
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माइक्रोफिल्ट्रेशन: Difference between revisions

Latest revision as of 17:19, 18 April 2023

सामान्य सिद्धांत

अनुप्रयोगों की श्रेणी

जल उपचार

विसंक्रमण

पेट्रोलियम शोधन

डेयरी प्रसंस्करण

अन्य अनुप्रयोग

मुख्य प्रक्रिया के लक्षण

झिल्ली विन्यास

प्रक्रिया और उपकरण डिजाइन

साइट-विशिष्ट समस्याएं

झिल्ली विशिष्ट समस्याएं

प्रक्रिया डिजाइन चर

मौलिक डिजाइन अनुमान

डिजाइन अर्थशास्त्र

प्रक्रिया उपकरण

झिल्ली सामग्री

झिल्ली संरचनाएं

मेम्ब्रेन मॉड्यूल

मौलिक डिजाइन समीकरण

ट्रांसमेम्ब्रेन प्रेशर (टीएमपी)[34]

पर्मेट फ्लक्स[35]

कठोर डिजाइन समीकरण[37]

पर्यावरण के समस्याएं, सुरक्षा और विनियमन

समान प्रक्रियाओं के साथ तुलना

अल्ट्राफिल्ट्रेशन

नैनोफिल्टरेशन

रिवर्स ऑस्मोसिस

नव गतिविधि

यह भी देखें

संदर्भ

बाहरी संबंध

Navigation

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Categories

ट्रांसमेम्ब्रेन प्रेशर (टीएमपी)^[34]

पर्मेट फ्लक्स^[35]

कठोर डिजाइन समीकरण^[37]