افزایش کارایی فرایند اولترافیلتراسیون در تصفیه پساب صنایع دارویی با بهره‌گیری از میسل‌های ترکیبی آنیونی– غیریونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران

چکیده

هدف: صنایع دارویی فاضلابی تولید می‌کنند که حاوی داروها، مواد فعال سطحی، باکتری‌های بیماری‌زا و یون‌های نامتعادل است و خطرات زیست‌محیطی قابل‌توجهی ایجاد می‌کند. افرایند اولترافیلتراسیون بهبودیافته با میسل از سورفکتانت‌ها برای ایجاد میسل‌هایی استفاده می‌کند که آلاینده‌ها را محصور کرده و جداسازی آن‌ها را از طریق غشاهای اولترافیلتراسیون امکان‌پذیر می‌سازد. هدف این مقاله بررسی کارایی این روش در تصفیه فاضلاب داروسازی با استفاده از سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات (SDS) و ترکیب آن با سورفکتانت غیریونی آیجیپال (IGE) ارزیابی می‌کند.
مواد و روش: آزمایش‌ها در سه سطح فشار میان ‌غشایی (TMP) و با غلظت‌های مختلف سورفکتانت‌های آنیونی و غیریونی انجام شد. اثر این پارامترها بر شار تراوه و کارایی حذف آلاینده‌های کلیدی پساب، شامل کدورت، مواد جامد محلول (TDS) و هدایت الکتریکی (EC) به طور سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثرحضور سورفکتانت غیریونی IGE بر عملکرد غشا و شاخص های آلودگی مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج: نتایج نشان داد که افزایش فشار میان ‌غشایی، شار تراوه را افزایش می‌دهد، درحالی‌که غلظت بالاتر سورفکتانت باعث کاهش آن می‌شود. تحت شرایط بهینه، این فرایند حدود ۹۵ درصد کدورت، ۲۵ درصد مواد جامد محلول و ۶۸ درصد هدایت الکتریکی را کاهش داد. همچنین، سیستم ترکیبی IGE–SDS عملکرد بهتری نسبت به SDS تنها داشت که نشان‌دهنده اثر هم‌افزایی بین این دو سورفکتانت است. نتایج نشان داد که افزایش فشار و ترکیب مناسب IGE با SDS عملکرد غشا را در بهبود کیفیت آب تقویت می نماید.
نتیجه‌گیری: فرایند اولترافیلتراسیون بهبودیافته با میسل می‌تواند به‌عنوان یک فرایند مؤثر در تصفیه پساب کارخانه‌ها صنایع دارویی مورداستفاده قرار گیرد و می‌تواند جایگزین بالقوه‌ای برای روش‌های تصفیه مرسوم محسوب شود.

کلیدواژه‌ها


[1]            Namaghi, H. A., & Mousavi, S. M. (2014) "Micellar-enhanced ultrafiltration of soft drink wastewater using anionic and mixed anionic/nonionic surfactants", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 45(4), 1850–1854, https://doi.org/10.1016/j.jtice.2014.03.015
 
[2]            Oluwole, A. O., Omotola, E. O., & Olatunji, O. S. (2020) "Pharmaceuticals and personal care products in water and wastewater: a review of treatment processes and use of photocatalyst immobilized on functionalized carbon in AOP degradation ", BMC Chemistry, 14, 1–29, https://doi.org/10.1186/s13065-020-00714-1
 
[3]            Obayomi, O. V., Olawoyin, D. C., Oguntimehin, O., Mustapha, L. S., Kolade, S. O., Oladoye, P. O., Oh, S., & Obayomi, K. S. (2024) "Exploring emerging water treatment technologies for the removal of microbial pathogens " Current Research in Biotechnology, 8, 100252, https://doi.org/10.1016/J.CRBIOT.2024.100252
 
[4]            Ma, R., Li, J., Zeng, P., Duan, L., Dong, J., Ma, Y., & Yang, L. (2024) "The application of membrane separation technology in the pharmaceutical industry" Membranes, 14(1), 24, https://doi.org/10.3390/membranes14010024
 
[5]            Taşcıoğlu, S. (2018) "Nanofiltration mediated by surfactant micelles: micellar-enhanced ultrafiltration", IntechOpen, https://doi.org/10.5772/intechopen.75775
 
[6]            Fillipi, B. R., Brant, L. W., Scamehorn, J. F., & Christian, S. D. (1999a) "Use of Micellar-Enhanced Ultrafiltration at Low Surfactant Concentrations and with Anionic–Nonionic Surfactant Mixtures" Journal of Colloid and Interface Science, 213(1), 68–80, https://doi.org/10.1006/JCIS.1999.6092
 
[7]            Grzegorzek, M., & Majewska-Nowak, K. (2018) "The use of micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) for fluoride removal from aqueous solutions", Separation and Purification Technology, 195, 1–11, https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2017.11.022
 
[8]            Gibbs, L. L., Scamehorn, J. F., & Christian, S. D. (1987) "Removal of n-alcohols from aqueous streams using micellar-enhanced ultrafiltration", Journal of Membrane Science, 30(1), 67–74, https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)83341-4
 
[9]            Huang, J., Peng, L., Zeng, G., Li, X., Zhao, Y., Liu, L., Li, F., & Chai, Q. (2014) "Evaluation of micellar enhanced ultrafiltration for removing methylene blue and cadmium ion simultaneously with mixed surfactants", Separation and Purification Technology, 125, 83–89, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.01.020
 
[10]         Tanhaei, B., Chenar, M. P., Saghatoleslami, N., Hesampour, M., Laakso, T., Kallioinen, M., Sillanpää, M., & Mänttäri, M. (2014) "Simultaneous removal of aniline and nickel from water by micellar-enhanced ultrafiltration with different molecular weight cut-off membranes", Separation and Purification Technology, 124, 26–35, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.01.009
 
[11]         West, C. C., & Harwell, J. H. (1992) "Surfactants and subsurface remediation", Environmental Science & Technology, 26(12), 2324–2330, https://doi.org/10.1021/es00036a002
 
[12]         Aryanti, N., Nafiunisa, A., Kusworo, T. D., & Wardhani, D. H. (2020) "Micellar-enhanced ultrafiltration using a plant-derived surfactant for dye separation in wastewater treatment", Membranes, 10(9), 220, https://doi.org/10.3390/membranes10090220
 
[13]         Deriszadeh, A. L. I., Husein, M. M., & Harding, T. G. (2010) "Produced water treatment by micellar-enhanced ultrafiltration", Environmental Science & Technology, 44(5), 1767–1772, https://doi.org/10.1021/es902862j
 
[14]         Afifi, M., Golestani, H. A., Sharifi, S., & Kiani, S. (2014) "Wastewater treatment of raisins processing factory using micellar-enhanced ultrafiltration", Desalination and Water Treatment, 52(1–3), 57–64, https://doi.org/10.1080/19443994.2013.782254
 
[15]         Huang, J., Zeng, G., Fang, Y., Qu, Y., & Li, X. (2009) "Removal of cadmium ions using micellar-enhanced ultrafiltration with mixed anionic-nonionic surfactants", Journal of Membrane Science, 326(2), 303–309, https://doi.org/10.1006/jcis.1999.6092
 
[16]         Ghosh, S., & Moulik, S. P. (1998) "Interfacial and micellization behaviors of binary and ternary mixtures of amphiphiles (Tween-20, Brij-35, and sodium dodecyl sulfate) in aqueous medium", Journal of Colloid and Interface Science, 208(2), 357–366, https://doi.org/10.1006/jcis.1998.5752
 
[17]         Yu, Z., Zhang, C., Zheng, Z., Hu, L., Li, X., Yang, Z., Ma, C., & Zeng, G. (2017) "Enhancing phosphate adsorption capacity of SDS-based magnetite by surface modification of citric acid", Applied Surface Science, 403, 413–425, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.163
 
[18]         Li, X., Zeng, G.-M., Huang, J.-H., Zhang, D.-M., Shi, L.-J., He, S.-B., & Ruan, M. (2011) "Simultaneous removal of cadmium ions and phenol with MEUF using SDS and mixed surfactants", Desalination, 276(1–3), 136–141, https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.03.041
 
[19]         Li, Y., Wang, A., Bai, Y., & Wang, S. (2017) "Evaluation of a mixed anionic–nonionic surfactant modified eggshell membrane as an advantageous adsorbent for the solid‐phase extraction of Sudan I–IV as model analytes", Journal of Separation Science, 40(12), 2591–2602, https://doi.org/10.1002/jssc.201700094
 
[20]         Tanhaei, B., Chenar, M. P., Saghatoleslami, N., Hesampour, M., Kallioinen, M., Sillanpää, M., & Mänttäri, M. (2014) "Removal of nickel ions from aqueous solution by micellar-enhanced ultrafiltration, using mixed anionic–non-ionic surfactants", Separation and Purification Technology, 138, 169–176, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.10.018
 
[21]         Field RW, Wu JJ. (2022) "Permeate flux in ultrafiltration processes—Understandings and misunderstandings", Membranes (Basel), 12, 187, https://doi.org/10.3390/membranes12020187
 
[22]         Joshi, T., Mata, J., & Bahadur, P. (2005) "Micellization and interaction of anionic and nonionic mixed surfactant systems in water", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 260(1–3), 209–215, https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2005.03.009
 
[23]         Samper, E., Rodríguez, M., De la Rubia, M. A., & Prats, D. (2009) "Removal of metal ions at low concentration by micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) using sodium dodecyl sulfate (SDS) and linear alkylbenzene sulfonate (LAS) ", Separation and Purification Technology, 65(3), 337–342, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2008.11.013
 
[24]         Binte Rafiq Era S, Mulligan CN. (2023) "Removal of nutrients from water using biosurfactant micellar-enhanced ultrafiltration", Molecules, 28, 1559, https://doi.org/10.3390/molecules28041559
 
[25]         Ferella, F., Prisciandaro, M., & De Michelis, I. (2007) "Removal of heavy metals by surfactant-enhanced ultrafiltration from wastewaters", Desalination, 207(1–3), 125–133, https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.07.007
 
[26]         Aryanti N, Giraldi VF, Susanto H, Kusworo TD, Widiasa IN, Rokhati N. (2023) "Model of fouling mechanism in ultrafiltration and micellar-enhanced ultrafiltration membrane for reactive dye removal", AIP Conf Proc, vol. 2667, AIP Publishing LLC, p. 040008, https://doi.org/10.1063/5.0118033
 
[27]         Sharifi, S., Golestani, H. A., Afifi, M., & Kiani, S. (2014) "Treatment of edible oil processing wastewater using micellar-enhanced ultrafiltration process", Desalination and Water Treatment, 52(13–15), 2412–2418. https://doi.org/10.1080/19443994.2013.794113
 
[28]         Purkait, M. K., DasGupta, S., & De, S. (2004) "Resistance in series model for micellar enhanced ultrafiltration of eosin dye", Journal of Colloid and Interface Science, 270(2), 496–506, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2003.10.030
 
[29]         Luo, F., Zeng, G.-M., Huang, J.-H., Zhang, C., Fang, Y.-Y., Qu, Y.-H., Li, X., Lin, D., & Zhou, C.-F. (2010) "Effect of groups difference in surfactant on solubilization of aqueous phenol using MEUF", Journal of Hazardous Materials, 173(1–3), 455–461, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.08.106
 
[30]         Yusaf, A., Usman, M., Mansha, A., Saeed, M., Ahmad, M., & Siddiq, M. (2022) "Micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) for removal of rhodamine B (RhB) from aqueous system", Journal of Dispersion Science and Technology, 43(3), 348–366, https://doi.org/10.1080/01932691.2020.1841002
 
[31]         Schwarze M. (2017) "Micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF)–state of the art", Environ Sci (Camb), 3, 598–624, https://doi.org/10.1039/C6EW00324A
[32]    Yaqub M, Lee SH, Lee W. (2022) "Investigating micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) of mercury and arsenic from aqueous solution using response surface methodology and gene expression programming", Sep Purif Technol, 281, 119880, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119880
 
[33]         Aryanti N, Nafiunisa A, Kusworo TD, Wardhani DH. (2020) "Micellar-enhanced ultrafiltration using a plant-derived surfactant for dye separation in wastewater treatment", Membranes (Basel), 10, 220, https://doi.org/10.3390/membranes10090220
 
[34]         Ren J, Jiang Y, Ren H, Xue X, Yang Z, Yang L, et al. (2024) "Micellar-enhanced ultrafiltration of heavy metal wastewater with palygorskite under various temperatures and pressures.", Journal of Water Process Engineering, 67, 106208, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.106208
 
[35]         Moreno M, Mazur LP, Weschenfelder SE, Regis RJ, de Souza RAF, (2022) "Marinho BA, et al. Water and wastewater treatment by micellar enhanced ultrafiltration–A critical review", Journal of Water Process Engineering, 46, 102574, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102574
 
[36]         Lin W, Jing L, Zhang B. (2020) "Micellar-enhanced ultrafiltration to remove nickel ions: a response surface method and artificial neural network optimization", Water (Basel), 12, 1269, https://doi.org/10.3390/w12051269
 
[37]        Sharifi S, Golestani HA, Afifi M, Kiani S. (2014) "Treatment of edible oil processing wastewater using micellar-enhanced ultrafiltration process", Desalination Water Treat, 52, 2412–8, https://doi.org/10.1080/19443994.2013.794113