Çevre Kirliliği

Membran ayırma süreçleri ileri arıtımda önemli bir rol oynarlar. Elektrodializ ve ters osmoz süreçleri tuzlu sudan tuzun uzaklaştırılmasında kullanılırlar. Ultrafiltrasyon diğer bir üçüncül arıtım yöntemidir. Bir membran ayırdığı fazlar arasında moleküler ya da iyonik türlerin akışına bir engel oluşturur. Bu kuru bir katı, bir jel ya da immobilize olmuş bir sıvıdır. Bir ayırıcı olarak kullanılabilmesi için, bir membranın bazı molekülleri diğerlerinden daha hızlı geçirmesi gerekir. Membran ; bazı moleküller için yüksek geçirgenliğe, bazı moleküller için ise düşük geçirgenliğe sahiptir. Dönüşümsüz termodinamik yasaları ile membran geçirgenliği ile ilgili matematiksel ifadeler yazılabilir. Bu yaklaşım ile, membranın bir ” kara kutu ” gibi davrandığı kabul edilip entropi üretim hızı incelenmiştir. Entropi üretimi bir membran boyunca taşınım için bir ” itici kuvvet “tir. Genel olarak bir membran boyunca bileşenlerin akışı ;

şeklinde yazılabilir. Burada, ilk terim ” i ” bileşeninin membran boyunca itici kuvvet teriminde akış hızını ifade etmektedir. ( PHI ) ( DELTA G İ ), bu membran boyunca serbest enerji değişiminin bir fonksiyonudur. L İİ O , ” i ” türleri için difüzyon akış katsayısıdır. İkinci terim diğer bileşenlerin serbest enerji itici kuvvet fonksiyon terimlerinde, ” i ” bileşeninin çift taraflı akışını ve aynı zamanda difüzyon akış katsayılarını ifade eder. L İJ O katsayıları için iki koşulun sağlanması gerekir ; ( a ) L İJ O = L Jİ O ve ( b ) termodinamik yasalara göre, L İİ O – L İJ O >= 0. İki taraflı akışın tanımlanması termodinamik yasalar ile yaklaşımın büyük bir avantajı olmaktadır. Örneğin, ters osmoz yolu ile bu geçiş bir elektriksel yük toplanmasına ( akış potansiyeline ) neden olur ve elektrodializdeki elektrik akımının akışı su akışına neden olur. Aşağıdaki çizelgede ayırıcı membran süreçler ve temel itici kuvvetler sunulmuştur.

Süreç Membranın fonksiyonu Öncelikli itici kuvvet
Ters osmoz Suyun seçici transferi Basınç
Ultrafiltrasyon Moleküler boyut, biçim ve elastikiyet bazında seçicilik Basınç
Elektrodializ Seçici iyon taşınımı Elektriksel potansiyel gradyan
Dializ Seçici çözelti taşınımı Konsantrasyon
Jel geçirimliliği kromatografisi Yüksek moleküllü çözelti geçişinin engellenmesi Konsantrasyon
Sıvı geçirimliliği Sıvıların seçici taşınımı Konsantrasyon
Pil ayırıcıda ayırım Kolloidler kalırken seçici iyon taşınımı Elektriksel potansiyel gradyan
Elektrod ile oksijen saptanması Depolarizasyonun kontrol hızı Konsantrasyon kısmi basıncı
Elektrod ile belirli iyon saptanması İyon kompleksinin seçici taşınımı Konsantrasyon ( aktivite )

Su ve atıksu arıtımında genelde kullanılan üç membran süreci vardır ; ( a ) ters osmoz, ( b ) elektrodializ ve ( c ) ultrafiltrasyon. Elektrodializ tuzlu sulardan tuzun ayrılmasında kullanılır. Ters osmoz da aynı amaç için kullanılır. Ultrafiltrasyon düşük moleküler ağırlıklı tuzların uzaklaştırılmasında kullanılamaz, ama su içindeki makromoleküllerin uzaklaştırılmasında oldukça etkindir. Aşağıdaki şekilde çeşitli ayırma süreçlerinin kullanılan aralıkları verilmiştir.