بیوراکتورهای غشایی

استفاده از بیوراکتورهای غشایی ترکیب دو فن‌آوری فیلتراسیون غشایی و تصفیه بیولوژیکی است. در این سیستم‌ها، غشا دو فاز را جدا می‌کند و یا به عنوان مانعی جهت انتقال مواد میان فازهای مجاور آن عمل می‌کند. حضور غشا امکان انعطاف‌پذیری فرآیند و نوآوری را در مقایسه با بیوراکتورهای سنتی فراهم می‌نماید. ادغام واکنش بیولوژیکی و جداسازی غشایی سبب تقویت فرآیند بیولوژیکی می‌گردد، تعداد عملیات را کاهش می‌دهد، امکان حذف انتخابی محصول مورد نظر و نیز متابولیت‌های سمی و محصولات جانبی را فراهم می‌کند.

دو آرایش اصلی بیوراکتورهای غشایی عبارتند از بیوراکتورهای غشایی با جریان جانبی و بیوراکتورهای غشایی غوطه‌ور. در بیوراکتور غشایی با جریان جانبی، غشا بیرون راکتور قرار می‌گیرد و لجن حاصل از بیوراکتور غشایی به داخل بخش غشا پمپ می‌گردد. در حالت غوطه‌ور، غشا به طور مستقیم داخل راکتور قرار می‌گیرد و غوطه‌ور می‌شود و نیاز به پمپ گردشی وجود ندارد. بسته به شرایط، بیوکاتالیزور را می‌توان در بیوراکتور غشایی به صورت آزاد در محیط واکنش قرار داد یا داخل شبکه غشا تثبیت کرد.

بیوراکتورهای غشایی مزایای زیادی نسبت به بیوراکتورهای ناپیوسته دارند از جمله این که به صورت پیوسته عمل می‌کنند، که سبب افزایش بازده بیوراکتور و بهره‌وری حجمی می‌گردد. علاوه بر این، عملیات بیوراکتورهای غشایی و افزایش مقیاس آن‌ها آسان است، واکنش‌ها در دما و فشار متعادل انجام می‌شوند و در بیشتر موارد مقدار مواد شیمیایی استفاده شده را کاهش می‌دهند. از مشکلات استفاده از بیوراکتورهای غشایی گرفتگی غشا است که عملیاتی مانند شستشوی متوالی هیدرولیکی یا پاشیدن هوا می‌تواند بخشی از آن را از بین ببرد. گرفتگی طولانی مدت که در اثر جذب ایجاد می‌شود نیز از طریق شستشوی شیمیایی قابل کنترل است.

بیوراکتورهای غشایی غوطه‌ور در دهه‌های اخیر برای تصفیه پساب در مقیاس صنعتی مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند. بیوراکتورهای غشایی در صنایع دارویی نیز کاربرد دارند و نمونه‌هایی از کاربرد آن‌ها عبارتست از هیدرولیز تری گلیسیریدها در بیوراکتور غشایی یا تولید آمینواسید. همچنین یکی از اولین موارد استفاده از بیوراکتور غشایی در زمینه غذایی، تولید شیر دارای محتوای لاکتوز کم بود. امروزه، هیدرولیز لاکتوز موجود در شیر یا آب پنیر با استفاده از بیوراکتورهای غشایی تکنیک مؤثری است که در مقیاس بزرگ انجام می‌گردد. کاهش ویسکوزیته آبمیوه و حذف پراکسیدها از محصولات لبنی از دیگر کاربردهای این سیستم‌ها می‌باشد.

منابع

Deowan, S. A., Bouhadjar, S. I and Hoinkis, J. (2015). Membrane bioreactors for water treatment. Advances in Membrane Technologies for Water Treatment. pp. 155-184

Giorno, L., De Bartolo, L and Drioli, E. (2011). Membrane Bioreactors. Comprehensive Biotechnology. 2, pp. 263-288

Coutte, F., Lecouturier, D., Firdaous, L., Kapel, R., Bazinet, L., Cabassud, C and Dhulster, P. (2017). 10- Recent trends in membrane bioreactors, Current Development in Biotechnology and Bioengineering: Bioprocesses, Bioreactors and controls. pp. 279-311

Giorno, L., Gebreyohannes, A.Y., Drioli, E and Mazzei, R. (2017). Biocatalytic membranes and membrane bioreactors. Comprehensive Membrane Science and Engineering II. 3, pp. 55-71

https://en.wikipedia.org