الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۸۱
کد مقاله
CHEM81
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
اثر فشار هیدرولیک و جهتگیری غشایی بر فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده در اسمز به کمک فشار
نام انگلیسی
Effect of hydraulic pressure and membrane orientation on water flux and reverse solute flux in pressure assisted osmosis
تعداد صفحه به فارسی
۴۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۸
کلمات کلیدی به فارسی
اسمز مستقیم (FO), اسمز به کمک فشار (PAO), جهتگیری غشایی, فلاکس آب, فلاکس معکوس حل شونده
Journal of Membrane Science;School of Civil, Environmental & Architectural Engineering, Korea University, Republic of Korea; Elsevier
کشور
کره
اثر فشار هیدرولیک و جهتگیری غشایی بر فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده در اسمز به کمک فشار
چکیده
اسمز مستقیم (FO) یک تکنولوژی نوظهور است که بخاطر کاربردهای بالقوه آن در اصلاح آب دریا و نمک زدایی از آب دریا، توجه عمومی زیادی را به خود جلب کرده است. یکی از مشکلات اصلی که باید بر آن غلبه شود، اثرات زیان آور قطبیدگی (پلاریزاسیون) غلظتی (CP) است که نیروی محرکه موثر فشار اسمزی را کاهش می دهد و بنابراین بازدهی(قابلیت تولید) فرایند FO را کم می کند. در این تحقیق، اسمز به کمک فشار (PAO) به عنوان یک روش برای افزایش نیروی محرکه موثر و فلاکس آب بوسیله ترکیب نیروی محرکه فشار اسمزی با فشار هیدرولیک اضافی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشهایی برای بررسی بازده فرایند PAO با استفاده از یک دستگاه رومیزی، که بطور خاص برای جلوگیری از تغییر شکل غشا تحت فشار هیدرولیک بکار رفته طراحی شده، انجام شده است. نتایج نشان داد که فلاکس آب PAO با افزایش فشار هیدرولیک بکار رفته در شیوه FO (یعنی لایه فعالی که با محلول خوراک برخورد می کند) افزایش می یابد. فلاکس های آب اندازه گیری شده با پیش بینی های مبتنی بر مدل توسعه یافته برای توصیف فلاکس آب در عملیات PAO توافق خوبی دارد. بهرحال، فلاکس آب PAO از پیش بینی های مدلی به شیوه PRO (یعنی لایه فعالی که با محلول بیرون کشی (draw solution) برخورد می کند) پایین تر است. این مشاهده به “اثر سایه ای” جداکننده و کاهش حاصله در مساحت موثر غشا بوسیله جداکننده نسبت داده می شود. نتایج همچنین نشان داد که با افزایش فشار هیدرولیک بکار رفته در هر دو شیوه FO و PRO ، فلاکس معکوس حل شونده کاهش می یابد. گرچه بکار بردن فشار هیدرولیک در FO مصرف انرژی را افزایش می دهد، فلاکس آب بالاتر در PAO تعداد مدولهای غشایی را در فرایند FO کاهش می دهد. علاوه بر این، کنترل نیروی محرکه در PAO آسانتر از FO است که منجر به انعطاف پذیری در طراحی و اجرای سیستم می شود. بر اساس این نتایج، یک ترکیب محتمل از سیستم FO و RO با PAO برای رسیدن به بازده انرژی بالاتر در نمک زدایی از آب دریا ارائه شده است.
کلید واژه ها: اسمز مستقیم (FO)، اسمز به کمک فشار (PAO)، جهتگیری غشایی، فلاکس آب، فلاکس معکوس حل شونده
۱- مقدمه
افزایش نگرانی در مورد تهیه محدود آب تازه از منابع متداول، نیاز به توسعه منابع جایگزین آب، که شامل استفاده مجدد از پساب و نمک زدایی از آب دریا می باشد، را افزایش داده است. اسمز مستقیم (FO) یک تکنولوژی غشایی نوظهور است که می تواند برای تولید آب تمیز از این منابع آب جایگزین بکار برده شود. FO بوسیله اختلاف فشار اسمزی در عرض غشای نیمه تراوا به پیش می رود و در سالهای اخیر به خاطر محدوده گسترده کاربردهای بالقوه توجه زیادی را به خود جلب کرده است (۳-۱). FO در مقایسه با فرایندهای غشایی حاصل از فشار، چندین مزیت را ارائه می دهد که شامل استفاده کمتر از انرژی الکتریکی، طرد زیاد آلاینده ها و تمایل رسوب گیری غشایی کم می باشد (۴). مثالهایی از کاربردهای بالقوه FO شامل تصفیه آب دریا (۷-۵)، نمک زدایی از آب شور دریا (۸ و ۹) و تولید انرژی با استفاده از شیب های (گرادیان های) شوری (۱۶-۱۰) می باشند.
بهرحال، چندین محدودیت وجود دارد که از کاربردهای فرایند FO در مقیاس وسیع جلوگیر می کند. یک محدودیت مهم پدیده قطبیدگی (پلاریزاسیون) غلظتی (CP) است که نیروی محرکه موثر فشار اسمزی در عرض غشا را کاهش می دهد و در نتیجه فلاکس آب کاهش می یابد. نکته ای که از اهمیت ویژه ای برخوردار است، قطبیدگی غلظتی داخلی (ICP) در داخل لایه پایه (پشتیبان) غشاهای FO می باشد که منجر به کاهش قابل توجه نیروی محرکه فشار اسمزی در مقایسه با قطبیگی غلظتی خارجی (ECP) می شود. بخاطر ICP ، فلاکس آب FO و بازدهی عموما پایین تر از تکنولوژی های غشایی حاصل از فشار نظیر اسمز معکوس (RO) می باشد. از آنجا کهCP در ذات فرایند FO وجود دارد و نمی تواند حذف شود، درک بهتر این پدیده و توسعه روشهایی برای کاهش اثرات زیان آور آن بر فرایند FO از اهمیت اساسی برخوردار است.
در این مقاله، ما عملیات FO جدید، اسمز به کمک فشار (PAO)، را که فرایندهای FO و RO را با هم ترکیب می کند، بررسی می کنیم. در PAO ، علاوه بر نیروی محرکه فشار اسمزی که از محلول بیرون کشی منشا می گیرد، فشار هیدرولیک نیز برای افزایش نیروی محرکه جهت انتقال آب بکار برده می شود. این نکته نشان داده شده که فشار هیدرولیک در طرف خوراک نه تنها فلاکس آب نفوذی را افزایش می دهد بلکه فلاکس معکوس حل شونده را نیز کاهش می دهد. ما بر اجرای PAO با تاکید بر اثر فشار هیدرولیک و جهتگیری غشایی تمرکز می کنیم. براساس نتایج بدست آمده، ما یک نوآوری از فرایند ممکن همراه با PAO را برای نمک زدایی از آب دریا ارائه داده ایم.
فشار هیدرولیک فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده اسمز
۲- مدل بندی فلاکس آب
پس از آنکه معادله عمومی برای FO بوسیله لی و همکارانش (۱۳) ارائه شد، مک کوتچئون و الیملچ (۱۷) معادلات ساده شده زیر را برای پیش بینی فلاکس آب، Jw ، در FO در حضور ECP و ICP استنتاج کردند:
در اینجا، A نفوذ پذیری آب خالص از غشا، πD,b و πF,b به ترتیب فشارهای اسمزی توده محلول بیرون کشی و خوراک هستند، K مقاومت حل شونده برای نفوذ در داخل لایه پایه (پشتیبان) متخلخل است، k ضریب انتقال جرم در لایه مرزی در طرف لایه فعال غشا می باشد، t ، τ و ϵ به ترتیب ضخامت، انحنا و تخلخل لایه پایه (پشتیبان) هستند، D ضریب نفوذ توده ای حل شونده بیرون کشی است و S پارامتر ساختاری غشا می باشد. ضریب انتقال جرم k از رابطه زیر بدست می آید:
که Sh عدد شروود و dh قطر هیدرولیک کانال غشایی می باشد. عدد شروود برای کانال غشایی مستطیلی می تواند به صورتی که در جای دیگر توصیف شده، بدست آید (۱۶).
در معادلات (۱) و (۲)، مقاومت حل شونده، K ، و ضریب انتقال جرم، k ، فاکتورهای کلیدی هستند که فلاکس آب نفوذی، Jw ، را کنترل می کنند. چوی و همکارانش معادله جدیدی را برای سیستم ترکیبی FO و RO بصورت زیر ارائه دادند (۱۸):
فشار هیدرولیک فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده اسمز
۳- مواد و روشها
۳-۱ غشا
در این تحقیق، از غشاهای FO که بطور تجاری در دسترس اند (HTI ، آلبانی، OR) و از سلولز تری استات(CTA) ساخته شده اند، استفاده شده است. این غشاها، غشاهای ورقه ای مسطح با ساختار نامتقارن هستند. روزنه های بافته شده پلی استری در ساختار غشا تعبیه می شوند تا استحکام مکانیکی را اصلاح کند. اطلاعات اساسی درباره این غشا در جای دیگر ارائه شده است (۱۹).
۳-۱-۱ تعیین خصوصیات غشا
ضرایب A و B با استفاده از یک نمونه غشایی یکسان اندازه گیری شدند. این دو ضریب هر بار که غشا پس از هر مرحله با نمونه جدیدی جایگزین می شد، اندازه گیری می شدند.
۳-۱-۲ جهتگیری غشایی
بطور کلی، دو شیوه جهتگیری غشایی در فرایند FO وجود دارد: یکی با لایه فعالی که با محلول خوراک برخورد می کند (شیوه FO) و دیگری با لایه فعالی که با محلول بیرون کشی برخورد می کند (شیوه PRO). جهتگیری غشایی مهم است زیرا رفتار فلاکس آب در جهتگیریهای غشایی مختلف حتی با غلظتهای یکسان محلول بیرون کشی(یعنی فشار اسمزی یکسان) با هم متفاوت هستند (۲۰). در آزمایشهای ما، هنگامی که فشار بکار رفته در شیوه PRO بیشتر از ۷/۲۰ بار (۳۰۰ psi) بود، غشا آسیب دید. از طرف دیگر، آسیب غشایی در شیوه FO حتی در فشار ۶/۲۷ بار (۴۰۰ psi) مشاهده نشد. به همین دلیل، در آزمایشهای ما، بیشینه فشار بکار رفته به ترتیب در شیوه PRO در ۸/۱۳ بار (۲۰۰ psi) و در شیوه FO در ۷/۲۰ بار (۳۰۰ psi) تنظیم شد.
…
فشار هیدرولیک فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده اسمز
۴- نتایج
۴-۱ رفتار فلاکس PAO در شیوه FO
همانگونه که قبلا نشان داده شد، می توان بطور ساده چنین فرض کرد که فلاکس آب در PAO ، مجموع دو مولفه فلاکس مختلف و مستقل است: یک فلاکس اسمزی و یک فلاکس حاصل از فشار. بهرحال، فلاکس PAO به بزرگی آنچه انتظار می رود، نیست زیرا فشار هیدرولیک اضافی، قطبیدگی غلظتی داخلی ماده رقیق را نیز افزایش می دهد. در نتیجه افزایش ICP ، فشار اسمزی موثر کاهش می یابد و بنابراین فلاکس آب PAO کمتر از مجموع فلاکس اسمزی و فلاکس حاصل از فشار می باشد. در نتیجه، از معادله (۶) می توان برای پیش بینی فلاکس آب در PAO استفاده کرد.
نتایج آزمایشی PAO برای آزمایشهای انجام شده در شیوه FO در شکل ۳ نشان داده شده اند. همانگونه که در این شکل نشان داده شده، تمام شرایط تجربی بجز غلظت محلول بیرون کشی یکسان هستند. فلاکس آب مدل بندی شده با استفاده از معادله (۶) و با استفاده از میانگین مقاومت حل شونده ، K ، محاسبه شد. مقادیر فلاکس آب آغازی و K بدست آمده از آزمایشهای شیوه FO تحت شرایط بدون فشار در جدول ۱ خلاصه شده اند. همانگونه که در جدول ۱ نشان داده شده، مقادیر K در هر غلظت از محلول بیرون کشی، کمی تغییر می کند بنابراین از میانگین مقدار K در مدل بندی استفاده می شود. بطورکلی، همانگونه که در شکل ۳ دیده می شود، نتایج ما توافق نسبتا خوبی بین مقادیر فلاکس آب اندازه گیری شده و شبیه سازی شده نشان می دهد.
۴-۲ رفتار فلاکس PAO در شیوه PRO
نتایج آزمایشهای PAO در شیوه PRO در شکل ۴ نشان داده شده و همراه با ضرایب انتقال جرم مربوطه در کانال محلول بیرون کشی بصورت بدست آمده از تطابق اطلاعات فلاکس آب با معادله (۷) در جدول ۳ خلاصه شده است. به این نکته توجه کنید که تمام شرایط تجربی با آنچه قبلا در مراحل اجرای PAO در شیوه FO (بخش ۴-۱) توصیف شد، بجز جهتگیری غشایی، یکسان هستند.
۴-۳ مکانیسم های رفتار فلاکس در PAO
برای توضیح رفتار غیر عادی فلاکس آب در شیوه PRO ، ما در آغاز “اثر سایه ای” را در نظر می گیریم (۱۶). سایه، این پدیده را توصیف می کند که در آن، جداکننده خوراک بوسیله فشار هیدرولیک بکار رفته در برابر سطح لایه فعال غشا به محکمی فشرده می شود، بطوری که بوسیله مسدود کردن ناحیه قابل دسترسی غشا، از نفوذ آب جلوگیری می کند و بنابراین منجر به کاهش فلاکس آب می شود. این مکانیسم یک توضیح منطقی برای کاهش نفوذ پذیری آب در سیستمهای PRO است که در آن، فشار اعمال شده بر روی لایه فعال غشایی در طرف محلول بیرون کشی عمل می کند. بهرحال، بعید است که اثر سایه ای در سیستم PAO اتفاق بیفتد زیرا جهت فشار اعمال شده بر خلاف سیستم PRO است. همانگونه که بعدا در PAO شرح می دهیم، به نظر می رسد که بجای جداکننده ها در خوراک (که در آن، فشار اعمال می شود)، جداکننده ها در کانال محلول بیرون کشی (که در آن، هیچ فشار هیدرولیک اعمال شده ای وجود ندارد) بر فلاکس آب اثر می گذارد. علاوه بر این، اثر سایه ای قبلا در هنگام تعیین ضریب نفوذ پذیری موثر آب خالص (A) در نظر گرفته شده است. شکل ۵ توضیح می دهد که چگونه اثر سایه ای، در هنگام اندازه گیری ضریب A در سلول آزمایشی PAO تحت فشار، بر فلاکس آب اثر می گذارد. به عبارت دیگر، اختلاف فلاکس آب بین فلاکس آب اندازه گیری شده و پیش بینی های مدلی در شیوه PRO به اثر سایه ای نسبت داده نمی شود.
…
فشار هیدرولیک فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده اسمز
۵- نتیجه گیری
در این تحقیق، سیستم PAO به عنوان یک تکنولوژی FO برای غلبه بر محدودیتهای FO متداول: فلاکس آب پایین و فلاکس معکوس بالای حل شونده، به صورت مدون مورد بررسی قرار گرفت. فلاکس آب اندازه گیری شده در PAO توافق نسبتا خوبی را با پیش بینی مدلی در شیوه FO از خود نشان داد. فلاکس آب با افزایش فشار هیدرولیک اعمال شده به صورت خطی افزایش یافت که این امر، فلاکس آب بالا بدون افزایش غلظت محلول بیرون کشی را امکان پذیر می سازد. از طرف دیگر، فلاکس آب اندازه گیری شده در شیوه PRO خیلی کمتر از پیش بینی های مدلی است. این مشاهده به کاهش مساحت موثر غشا، در اثر فشرده شدن جداکننده ها در برابر لایه فعال غشایی در طرف محلول بیرون کشی تحت عمل فشار هیدورلیک اعمال شده، نسبت داده می شود. ما به این پدیده تحت عنوان “اثر سایه شیمیایی جداکننده” اشاره می کنیم. فلاکس معکوس حل شونده در عملیات PAO کوچکتر از عملیات FO متداول است. این امر به این خاطر است که همرفت آب که از افزودن فشار هیدرولیک اعمال شده منشا می گیرد، اختلاف غلظتی در عرض غشا، که نیروی محرکه اصلی برای فلاکس معکوس حل شونده است، را کاهش می دهد. هنگام در نظر گرفتن فلاکس آب و فلاکس معکوس حل شونده، PAO در شیوه FO تحت حالت غلظت پایین محلول بیرون کشی موثر است. چنین به نظر می رسد که PAO این توانایی را دارد که در سیستم ترکیبی FO-RO، به ویژه هنگامی که برای بازیابی بالای آب طراحی می شود، بکار برده شود.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
