ঝিল্লি বিচ্ছেদ প্রযুক্তি, উচ্চ দক্ষতা, শক্তি সঞ্চয় এবং পরিচালনার সহজতার সুবিধা সহ, জল চিকিত্সা, খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ, বায়োমেডিসিন এবং রাসায়নিক শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, দীর্ঘ-অপারেশনের সময়, মেমব্রেন ফাউলিং এর কার্যকারিতা এবং জীবনকালকে সীমিত করার একটি মূল সমস্যা থেকে যায়। বিশেষ করে আল্ট্রাফিল্ট্রেশন, ন্যানোফিল্ট্রেশন এবং রিভার্স অসমোসিসের মতো ছিদ্রযুক্ত ঝিল্লির জন্য, ফাউলিং শুধুমাত্র ফ্লাক্স হ্রাস এবং শক্তি খরচ বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে না বরং ঝিল্লি উপাদানগুলির অপরিবর্তনীয় ক্ষতির কারণ হতে পারে। সুতরাং, কোন কারণগুলি ঝিল্লি ফাউলিংকে প্রভাবিত করে? বস্তুগত বৈশিষ্ট্য থেকে অপারেটিং অবস্থা পর্যন্ত, এই নিবন্ধটি পদ্ধতিগতভাবে ঝিল্লি ফাউলিংকে প্রভাবিত করে এমন ছয়টি প্রধান কারণের পর্যালোচনা করে এবং ক্লাসিক তাত্ত্বিক সূত্রগুলির সাথে মিলিত, যান্ত্রিক দৃষ্টিকোণ থেকে ফাউলিংয়ের মূল কারণগুলি বোঝার জন্য আপনাকে গাইড করে৷
I. কণা বা দ্রবণীয় আকার এবং রূপবিদ্যা
যখন কণা বা কোলয়েডগুলি ঝিল্লি পৃষ্ঠের কাছে আসে, তখন তারা ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনী, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বাহিনী এবং তরল শিয়ার ফোর্স সহ বিভিন্ন শক্তির শিকার হয়। যদি কণার আকার ছোট বা গোলাকার হয়, তবে তারা ঝিল্লির পৃষ্ঠে একটি ঘন বস্তাবন্দী স্তর তৈরি করার সম্ভাবনা বেশি থাকে, যার ফলে ব্লকেজ এবং অপরিবর্তনীয় ফাউলিং হয়। বিপরীতভাবে, ফাইব্রাস বা ডেনড্রাইটিক কণাগুলি প্রবাহ ক্ষেত্রের ব্যাঘাতের দ্বারা বেশি প্রভাবিত হয়, যার ফলে তুলনামূলকভাবে দুর্বল শোষণ হয়।
বিশেষ করে যখন কণাগুলো চার্জ করা হয়, দ্রবণে আয়নিক শক্তি, চার্জ বন্টন এবং ঝিল্লির পৃষ্ঠের সম্ভাবনা উল্লেখযোগ্যভাবে ফাউলিং প্রবণতাকে প্রভাবিত করে। উদাহরণস্বরূপ, ইতিবাচক চার্জযুক্ত কলয়েডগুলি নেতিবাচক চার্জযুক্ত ঝিল্লি পৃষ্ঠের উপর শোষণ করার সম্ভাবনা বেশি, এইভাবে একটি "নিরপেক্ষ শোষণ স্তর" গঠন করে। তদুপরি, সমষ্টিগত কলয়েড বা পলিমারগুলি তরল পদার্থে অস্থির এবং শিয়ার ফোর্সের অধীনে একত্রিত ও জমা হতে পারে, ঝিল্লি ফাউলিংকে ত্বরান্বিত করে।
২. দ্রবণ-ঝিল্লি মিথস্ক্রিয়া
দ্রবণ এবং ঝিল্লি উপাদানের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া শক্তিগুলি ঝিল্লি ফাউলিংকে প্রভাবিত করার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ কারণ। প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে, এগুলিকে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বাহিনী, ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনী, হাইড্রোজেন বন্ধন এবং স্টেরিক প্রতিবন্ধকতায় শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে।
1. ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ফোর্স
যদি ঝিল্লি উপাদান পৃষ্ঠ চার্জযুক্ত গ্রুপ (যেমন কার্বক্সিল বা অ্যামাইন গ্রুপ) বহন করে, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক শোষণ ঘটবে যখন দ্রবণে দ্রবণ বিপরীত চার্জ বহন করে, ফাউলিং স্তর গঠনের প্রচার করে। বিপরীতভাবে, ঝিল্লি এবং দ্রবণ একই চার্জ বহন করলে, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিকর্ষণ ফাউলিং কমাতে সাহায্য করে।
2. ভ্যান ডের ওয়ালস বাহিনী
এটি একটি সার্বজনীন আন্তঃআণবিক আকর্ষণ, যা হ্যামাকার ধ্রুবক দ্বারা চিহ্নিত। দ্রবণ এবং ঝিল্লির মধ্যে ভ্যান ডার ওয়ালস বলগুলি নিম্নলিখিত সূত্রটি ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:
যেখানে H11, H22 এবং H33 হল যথাক্রমে ঝিল্লি উপাদান, দ্রবণ এবং দ্রবণের হ্যামাকার ধ্রুবক।
H213 মান যত ছোট হবে, ঝিল্লি এবং দ্রবণের মধ্যে আকর্ষণ তত কম হবে এবং ফাউল করার প্রবণতা তত কম হবে। এর মানে হল ঝিল্লি উপকরণ নির্বাচন দ্রবণ সঙ্গে শক্তিশালী আণবিক আকর্ষণ তৈরি করা এড়ানো উচিত. উদাহরণস্বরূপ, জল চিকিত্সায়, শক্তিশালী হাইড্রোফিলিসিটি এবং নিম্ন পৃষ্ঠের শক্তি সহ ঝিল্লি উপাদানগুলি সাধারণত ফাউলিংয়ের জন্য বেশি প্রতিরোধী।
3. হাইড্রোজেন বন্ধন হাইড্রোজেন বন্ড হল এক ধরনের উচ্চ-শক্তি রাসায়নিক বন্ধন, বিশেষ করে মেরু দ্রবণের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। হাইড্রোক্সিল এবং কার্বক্সিল গ্রুপের মতো কার্যকরী গ্রুপ ধারণকারী জৈব যৌগগুলি যখন ঝিল্লি পৃষ্ঠের সংস্পর্শে আসে, তখন তারা একটি হাইড্রোজেন-বন্ধনযুক্ত স্তর তৈরি করতে পারে, যার ফলে মারাত্মক ফাউলিং হয়। প্রাকৃতিক জৈব অণু (NOMs) বা জৈব অণুগুলি বিশেষত হাইড্রোজেন বন্ধনের মাধ্যমে ঝিল্লি পৃষ্ঠে একটি "জৈব ফাউলিং স্তর" গঠনের ঝুঁকিপূর্ণ।
4. স্টেরিক প্রতিবন্ধকতা দীর্ঘ আণবিক চেইন সহ পলিমার বা জৈব অণুগুলির জন্য, ঝিল্লির ছিদ্রের মধ্যে বা পৃষ্ঠের উপর চলাচল স্থানিকভাবে সীমাবদ্ধ। যখন সিস্টেমে শক্তিশালী স্টেরিক প্রতিবন্ধকতা বিদ্যমান থাকে, তখন দূষণকারী ঝিল্লি পৃষ্ঠের কাছে যাওয়া কঠিন, এইভাবে কিছু পরিমাণে দূষণ হ্রাস করে।
III. ঝিল্লি গঠন এবং বৈশিষ্ট্য
একটি ঝিল্লির কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য সরাসরি এর অ্যান্টিফাউলিং কর্মক্ষমতা নির্ধারণ করে। আণুবীক্ষণিকভাবে, ছিদ্রের আকার বন্টন, পৃষ্ঠের রুক্ষতা, চার্জ বৈশিষ্ট্য এবং হাইড্রোফিলিসিটির মতো পরামিতিগুলি দূষণকে প্রভাবিত করে।
1. ছিদ্র আকার এবং ছিদ্র গঠন
আল্ট্রাফিল্ট্রেশন বা ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেন ছোট ছিদ্রের আকারের কণা ব্লকেজের কারণে ফ্লাক্স হ্রাসের প্রবণতা বেশি। যদি ছিদ্রের আকারের বন্টন অসম হয় বা ত্বকের ত্রুটি থাকে তবে দূষণ আরও গুরুতর হয়। এটি ব্যাখ্যা করে কেন একটি নির্দিষ্ট মার্কিন কোম্পানির আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন, মূলত নামমাত্র একটি ছিদ্রের আকার 0.02 মাইক্রোমিটার, কম ছিদ্রের আকারের অভিন্নতা ছিল; সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, তারা আরও অভিন্ন ছিদ্র আকারের XP সিরিজের আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন চালু করেছে।
2. পৃষ্ঠের রুক্ষতা
রুক্ষ ঝিল্লির পৃষ্ঠগুলিতে আরও মাইক্রোপোর এবং খাঁজ থাকে, যা সহজেই স্থানীয়ভাবে স্থবির অঞ্চল তৈরি করে, যার ফলে দূষণকারী জমা হয়।
3. হাইড্রোফিলিসিটি
হাইড্রোফিলিক ঝিল্লিতে সাধারণত নিম্ন পৃষ্ঠের শক্তি এবং একটি পাতলা শোষণ স্তর থাকে, যা জলের অণুগুলিকে সহজেই ঝিল্লির পৃষ্ঠে একটি "হাইড্রেশন ফিল্ম" গঠন করতে দেয়, যার ফলে জৈব পদার্থ জমাতে বাধা দেয়। হাইড্রোফিলিসিটি প্রধানত ঝিল্লির যোগাযোগের কোণের উপর নির্ভর করে। এই মানটি সাধারণত আমদানি করা পণ্যগুলির জন্য মেমব্রেন ম্যানুয়ালগুলিতে দেওয়া হয়, যা পাঠকরা ঝিল্লি কেনার সময় উল্লেখ করতে পারেন। যাইহোক, ঘরোয়াভাবে উত্পাদিত ঝিল্লির জন্য ম্যানুয়ালগুলিতে এটি কম সাধারণ।
4. চার্জের বৈশিষ্ট্য
নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত ঝিল্লি পৃষ্ঠগুলি নেতিবাচকভাবে চার্জ করা কলয়েড বা কণাগুলিকে বিকর্ষণ করে, ফাউলিং হ্রাস করে। যাইহোক, যখন দ্রবণে ক্যাটেশন থাকে, তখন চার্জ নিরপেক্ষকরণ ঘটতে পারে, যা বর্ধিত শোষণের দিকে পরিচালিত করে। এটি একটি কারণ যে উচ্চ-লবনাক্ত বর্জ্য জলে মেমব্রেন ফাউলিং দ্রুত হয়।
IV সমাধান বৈশিষ্ট্যের প্রভাব দ্রবণের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি ঝিল্লি ফাউলিংয়ের উপর গভীর প্রভাব ফেলে। এর মধ্যে প্রধানত রয়েছে: (1) pH দ্রবণ এবং ঝিল্লি পৃষ্ঠের চার্জ অবস্থার পরিবর্তন করে, এইভাবে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক মিথস্ক্রিয়াকে প্রভাবিত করে; (2) উচ্চ আয়নিক শক্তি দ্বিগুণ স্তরকে সংকুচিত করতে পারে, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিকর্ষণকে দুর্বল করে এবং দূষণকে শোষণ করা সহজ করে তোলে, যেমন উচ্চ-লবনাক্ত জলে; (3) তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে দ্রবণের সান্দ্রতা হ্রাস পায়, স্বল্প মেয়াদে প্রবাহ বৃদ্ধি পায়, তবে জৈব পদার্থ এবং ঝিল্লির মধ্যে মিথস্ক্রিয়াকেও ত্বরান্বিত করে, দীর্ঘমেয়াদে ফাউলিংকে আরও খারাপ করে; (4) দ্রবণে জৈব পদার্থ, কলয়েড এবং ধাতব আয়নগুলির সহাবস্থানের সিস্টেমের জটিলতা জটিল ফাউলিং হতে পারে।
V. ঝিল্লির শারীরিক বৈশিষ্ট্য
ঝিল্লির ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে পৃষ্ঠের রুক্ষতা, ছিদ্রের আকার বন্টন, ছিদ্রতা এবং পৃষ্ঠের চার্জ। মসৃণ ঝিল্লির উপরিভাগে ফাউলিং কম হয়; অভিন্ন ছিদ্র আকারের বন্টনের ফলে স্থিতিশীল পারমিট প্রবাহ এবং ধীর ফাউলিং স্তর গঠন হয়। তদ্ব্যতীত, ঝিল্লি উপাদান পৃষ্ঠ নেতিবাচকভাবে চার্জ করা হলে, এটি জলে একটি স্থিতিশীল ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বাধা তৈরি করতে পারে, নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত দ্রবণগুলিকে কাছে আসতে বাধা দেয়; যখন চার্জ আংশিকভাবে নিরপেক্ষ হয় বা ঝিল্লির পৃষ্ঠে হাইড্রোফোবিক অঞ্চল থাকে, তখন এটি জৈব পদার্থ শোষণ করার সম্ভাবনা বেশি থাকে।
অতএব, পদার্থ বিজ্ঞানের দৃষ্টিকোণ থেকে ঝিল্লির গঠন অপ্টিমাইজ করা ফাউলিং দমন করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক। উদাহরণস্বরূপ, হাইড্রোফিলিক পলিমাইড যৌগিক ঝিল্লি ব্যবহার করে বা ঝিল্লির পৃষ্ঠে হাইড্রোক্সিল এবং কার্বক্সিল গ্রুপের মতো পোলার গ্রুপগুলি প্রবর্তন করা উল্লেখযোগ্যভাবে অ্যান্টিফাউলিং বৈশিষ্ট্যগুলিকে বাড়িয়ে তুলতে পারে।
VI. অপারেটিং পরামিতি
একটি ঝিল্লি সিস্টেমের অপারেটিং প্যারামিটারগুলি ফাউলিং গঠনে একটি নিষ্পত্তিমূলক ভূমিকা পালন করে। মূল পরামিতিগুলির মধ্যে রয়েছে ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার ডিফারেনশিয়াল (টিএমপি), ট্রান্সমেমব্রেন প্রবাহ বেগ (সিএফভি), এবং ফ্লাক্স (জে)।
1. ফ্লাক্স এবং ক্রিটিকাল ফ্লাক্স
যখন ফ্লাক্স একটি নির্দিষ্ট সীমা অতিক্রম করে, ফাউলিংয়ের হার তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায়। ক্ষেত্র এবং অন্যান্য. 1995 সালে ফাউলিংয়ের সমালোচনামূলক বিন্দু বর্ণনা করার জন্য প্রথম "ক্রিটিকাল ফ্লাক্স" ধারণাটি প্রস্তাব করেছিলেন।
যখন অপারেটিং ফ্লাক্স ক্রিটিক্যাল ফ্লাক্স Jc-এর নীচে থাকে, তখন ঝিল্লির পৃষ্ঠে একটি অপরিবর্তনীয় ফাউলিং স্তর তৈরি হবে না; যখন ফ্লাক্স Jc ছাড়িয়ে যায়, দূষকগুলি দ্রুত জমা হয়, এবং সময়ের সাথে সাথে প্রতিরোধ বৃদ্ধি পায়।
দীর্ঘ-মেয়াদী অপারেশন চলাকালীন, ফিড ওয়াটার প্রবাহের হার এবং ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার ডিফারেনশিয়াল নিয়ন্ত্রণ করে সিস্টেমটিকে ক্রিটিক্যাল ফ্লাক্সের নিচে একটি সীমার মধ্যে স্থিতিশীল রাখতে হবে।
2. শিয়ার ফোর্স এবং ফ্লুইড প্রোপার্টি
উচ্চ শিয়ার ফোর্স মেমব্রেন পৃষ্ঠ থেকে ফাউলিং লেয়ার অপসারণ করতে সাহায্য করে, কিন্তু অত্যধিক শিয়ার ফোর্স ঝিল্লির ক্ষতি করতে পারে বা শক্তি খরচ বাড়াতে পারে। অতএব, উপযুক্ত প্রবাহ হার এবং পরিস্রাবণ পদ্ধতি নির্বাচন করা (যেমন ক্রস-প্রবাহ পরিস্রাবণ) অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
3. তাপমাত্রা এবং অপারেটিং চাপ
বর্ধিত তাপমাত্রা তরল সান্দ্রতা হ্রাস করে এবং প্রবেশের হার বাড়ায়, তবে এটি দ্রবণ শোষণকেও বাড়িয়ে তোলে। অত্যধিক উচ্চ অপারেটিং চাপ ফাউলিং স্তরকে কম্প্যাক্ট করতে পারে, একটি ঘন ব্লকেজ গঠন তৈরি করে।
সারাংশ
মেমব্রেন ফাউলিং হল একটি জটিল প্রক্রিয়া যার মধ্যে একাধিক যুগল ফ্যাক্টর জড়িত, উভয় উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং অপারেটিং অবস্থার দ্বারা প্রভাবিত হয়। যান্ত্রিক দৃষ্টিকোণ থেকে, কণার আকার, পৃষ্ঠের চার্জ, আণবিক মিথস্ক্রিয়া শক্তি, ঝিল্লি উপাদান বৈশিষ্ট্য এবং তরল গতিশীলতার অবস্থা সম্মিলিতভাবে ফাউলিংয়ের গঠন এবং বিবর্তন নির্ধারণ করে। মেমব্রেন ফাউলিং কন্ট্রোলের জন্য ভবিষ্যতের দিকনির্দেশগুলি আরও ফোকাস করবে: পৃষ্ঠের পরিবর্তন এবং ঝিল্লি উপকরণগুলির কার্যকরী নকশা, গতিশীল অপারেশন নিয়ন্ত্রণ এবং সমালোচনামূলক ফ্লাক্স ব্যবস্থাপনা, সমাধান নিয়ন্ত্রণ এবং ইন্টারফেসিয়াল শক্তি অপ্টিমাইজেশান। শুধুমাত্র মাইক্রোস্কোপিক মিথস্ক্রিয়া থেকে শুরু করে এবং পদ্ধতিগতভাবে ফাউলিং মেকানিজম বোঝার মাধ্যমে আমরা ইঞ্জিনিয়ারিং অনুশীলনে ঝিল্লি বিচ্ছেদ প্রক্রিয়াগুলিতে উচ্চ দক্ষতা এবং স্থায়িত্ব অর্জন করতে পারি।
