যেমনটি সুপরিচিত, ন্যানোফিল্ট্রেশন এবং রিভার্স অসমোসিস মেমব্রেনের অপারেশনের সময় "ঘনত্ব মেরুকরণ" নামক একটি ঘটনা বিদ্যমান থাকে, যার ফলে মেমব্রেন ফাউলিং হয়। যেহেতু আল্ট্রাফিল্ট্রেশন দ্রবণকে কেন্দ্রীভূত করে না, শুধুমাত্র ফিল্টারিং করে, তাই আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন অপারেশনের সময় "ঘনত্ব মেরুকরণ" ঘটনাটি উল্লেখযোগ্য নয়। যাইহোক, আল্ট্রাফিল্ট্রেশন কলয়েডগুলিকে ধরে রাখতে পারে, তাই "জেল লেয়ার পোলারাইজেশন" এর ঘটনাটি আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেনের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। এই নিবন্ধটি জল চিকিত্সা পেশাদারদের জন্য আল্ট্রাফিল্ট্রেশন মেমব্রেন "জেল লেয়ার পোলারাইজেশন" এর নীতি, সূত্র এবং প্রকৌশলগত তাত্পর্য শেয়ার করে।
I. জেল লেয়ার পোলারাইজেশনের ধারণা
আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের সময়, যখন ফিড ওয়াটারে প্রচুর পরিমাণে ম্যাক্রোমলিকুলার দ্রবণ (যেমন প্রোটিন, পলিস্যাকারাইড, কলয়েডাল কণা ইত্যাদি) থাকে, তখন এই পদার্থগুলি ঝিল্লির পৃষ্ঠে জমা হয়, ধীরে ধীরে একটি ঘনীভূত স্তর তৈরি করে। পরিস্রাবণ অগ্রগতির সাথে সাথে, ঘনীভূত স্তরের মধ্যে দ্রবণীয় ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়, অবশেষে সিস্টেমে দ্রবণের স্যাচুরেশন দ্রবণীয়তায় পৌঁছায়, এইভাবে ঝিল্লি পৃষ্ঠে একটি জেল স্তর তৈরি করে। জেল স্তর গঠনের পরে, এমনকি যদি ট্রান্সমেমব্রেন প্রেসার ডিফারেন্স (টিএমপি) বাড়তে থাকে, পারমিট ফ্লাক্স আর উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় না। এই প্রক্রিয়াটিকে জেল লেয়ার পোলারাইজেশন কন্ট্রোল বলা হয়। ঝিল্লির চাপের পার্থক্য বাড়ার সাথে সাথে প্রবেশের প্রবাহের হার প্রাথমিকভাবে বৃদ্ধি পায় এবং তারপরে স্থিতিশীল হয়।
২. গাণিতিক মডেল এবং সূত্র বিশ্লেষণ
1. জেল লেয়ার মেরুকরণের স্থানান্তর সমীকরণ
যখন ঝিল্লি পৃষ্ঠের দ্রবণ ঘনত্ব স্যাচুরেশনে পৌঁছায়, তখন ঝিল্লি পৃষ্ঠের কাছাকাছি দ্রবণের ভর স্থানান্তর প্রক্রিয়া নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:
যেখানে: সেমি হল ঝিল্লির পৃষ্ঠে ম্যাক্রোমোলিকিউলসের ঘনত্ব; সিপি হল পারমিটে ম্যাক্রোমলিকুলের ঘনত্ব; cb হল মেমব্রেন এলিমেন্টের মধ্যে ফিড ওয়াটারে ম্যাক্রোমোলিকিউলের গড় ঘনত্ব; Jw হল পারমিট ফ্লাক্স; k হল ঝিল্লি পৃষ্ঠের ভর স্থানান্তর সহগ।
এই সূত্রটি ঝিল্লির পৃষ্ঠে ম্যাক্রোমোলিকুলের "সঞ্চয়" এর প্যাটার্ন প্রকাশ করে: (1) ক্রসফ্লো বেগ বৃদ্ধি এবং k বৃদ্ধি জেল পোলারাইজেশন স্তরের পুরুত্ব কমাতে পারে; (2) অপারেটিং ফ্লাক্স কমিয়ে জেল পয়েন্টের নীচে ঝিল্লির পৃষ্ঠে ম্যাক্রোমোলিকিউলসের ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।
2. সীমাবদ্ধ প্রবাহ এবং সর্বাধিক ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক
যখন ঝিল্লির পৃষ্ঠে ম্যাক্রোমোলিকিউলস সেন্টিমিটারের ঘনত্ব জেল পয়েন্ট সিজিতে পৌঁছায়, তখন সিস্টেমটি সীমিত প্রবাহ অবস্থায় প্রবেশ করে। এই সময়ে, ভর স্থানান্তর সূত্র নিম্নলিখিত সূত্রে সরলীকৃত করা যেতে পারে।
এর মানে হল যে একবার অপারেটিং অবস্থার কারণে ঝিল্লির পৃষ্ঠের ঘনত্ব cg এ পৌঁছায়, ট্রান্সমেমব্রেন চাপের পার্থক্য আরও বাড়ানোর ফলে প্রবাহ আর বৃদ্ধি পাবে না।
এই সূত্রটির প্রকৌশলগত তাৎপর্য হল: (1) প্রক্রিয়া নকশায়, সীমিত প্রবাহ হল একটি মূল পরামিতি যা ঝিল্লির এলাকা এবং শক্তি খরচ নির্ধারণ করে; (2) আল্ট্রাফিল্ট্রেশন সিস্টেমের স্থিতিশীল অপারেশন সীমিত ফ্লাক্স অঞ্চলে দীর্ঘ-অপারেশন এড়ানো উচিত।
3. ঝিল্লি পৃষ্ঠের চাপ এবং জেল স্তর প্রতিরোধ
জেল স্তরের উপস্থিতি শুধুমাত্র ভর স্থানান্তরকে প্রভাবিত করে না বরং পরিস্রাবণ প্রতিরোধকে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। এর গাণিতিক অভিব্যক্তি নীচে দেখানো হয়েছে।
যেখানে: ki,gel হল ম্যাক্রোমোলিকুলার পদার্থ i-এর জেল স্তরের প্রতিরোধের সহগ; Δl হল জেল স্তরের বেধ; ডি,জেল হল জেল স্তরের মধ্যে ছড়িয়ে পড়া সহগ।
এটি ইঙ্গিত দেয় যে যখন জেল স্তরটি ঘন হয়ে যায় (Δl বৃদ্ধি পায়) বা জেল স্তরের মধ্যে ছড়িয়ে পড়া ধীর হয়ে যায় (ডি,জেল হ্রাস পায়), তখন ভর স্থানান্তর সহগ কি,জেল উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পাবে।
ইঞ্জিনিয়ারিং ডিজাইনে: (1) Δl এর বৃদ্ধি ক্রস-প্রবাহ শিয়ার ফোর্স বাড়িয়ে, দ্রবণের ঘনত্ব কমিয়ে বা ব্যাকওয়াশ ফ্রিকোয়েন্সি বাড়িয়ে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে; (2) প্রভাবশালী সান্দ্রতা হ্রাস ডি,জেল বৃদ্ধি; জলের তাপমাত্রা যত বেশি, সান্দ্রতা তত কম। III.
III. ঝিল্লি পৃষ্ঠ ঘনত্ব বন্টন এবং নকশা তাত্পর্য
ঝিল্লি থেকে আরও দূরে ম্যাক্রোমোলিকিউলগুলির ঘনত্ব তুলনামূলকভাবে কম থাকে, তবে তাদের ঘনত্ব ঝিল্লির কাছাকাছি দ্রুত বৃদ্ধি পায়, জেল স্তরের মধ্যে স্যাচুরেশনের দিকে ঝুঁকছে। সংশ্লিষ্ট গাণিতিক মডেলটি নিম্নলিখিত সমীকরণে দেখানো হয়েছে:
কোথায়: ki হল তরল ঝিল্লি ভর স্থানান্তর সহগ; ε হল জেল লেয়ার পোরোসিটি।
এই সূত্রটি ব্যাপকভাবে তরল ঝিল্লির ভর স্থানান্তর প্রতিরোধের এবং জেল স্তরের বিস্তার প্রতিরোধকে বিবেচনা করে। যখন দ্রবণে পলিমারের পরিমাণ বেশি হয় বা জেল স্তর পুরু হয়, তখন প্রসারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়, যা সময়ের আগেই সীমিত প্রবাহ অবস্থায় পৌঁছানো সহজ করে তোলে।
সারাংশ
জেল লেয়ার পোলারাইজেশন হল আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রক্রিয়ার সবচেয়ে সাধারণ অপারেশনাল বাধাগুলির মধ্যে একটি। এই কাগজে বিশ্লেষণের মাধ্যমে, আমরা দেখতে পাচ্ছি যে এটি নিছক একটি "ফাউলিং" সমস্যা নয়, বরং ভর স্থানান্তর, প্রসারণ এবং অপারেটিং অবস্থার সম্মিলিত প্রভাবের ফলাফল। গাণিতিক সূত্রটি ঘনত্ব, প্রবাহ এবং ভর স্থানান্তর প্রতিরোধের মধ্যে অন্তর্নিহিত সম্পর্ক প্রকাশ করে; প্রক্রিয়া নকশা এবং অপারেশনাল অপ্টিমাইজেশান একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে জেল স্তর মেরুকরণ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে; পলিমার সিস্টেমের জন্য, অপারেটিং অবস্থার যৌক্তিক নির্বাচন আল্ট্রাফিল্ট্রেশন দক্ষতা নিশ্চিত করার মূল চাবিকাঠি। ব্যবহারিক প্রকৌশলে, যদি এই কাগজের সূত্র এবং নীতিগুলি Jw, k, Di, এবং জেলের মতো পরামিতিগুলির গতিশীল পর্যবেক্ষণের সাথে একত্রিত করা হয়, তাহলে আল্ট্রাফিল্ট্রেশন সিস্টেমের স্থিতিশীল এবং দক্ষ অপারেশন অর্জন করা যেতে পারে।