ارزیابی فرآیند حباب‌زایی در کاهش گرفتگی غشاء فراپالایش و کارایی آن طی تصفیه شربت خام چغندر

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 5، دوره 20، شماره 1 - شماره پیاپی 85، فروردین و اردیبهشت 1403، صفحه 63-74   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.2022.77642.1190

نویسندگان

مصطفی سلیمانی¹؛ وحید حکیم زاده^{* 2}؛ مصطفی شهیدی نوقابی³؛ اکرم آریان فر¹

¹گروه علوم و صنایع غذایی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران

²گروه علوم و صنایع غذایی، واحد قوچان، دانشگاه ازاد اسلامی، قوچان، ایران

³گروه شیمی مواد غذایی، مؤسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

چکیده

حذف مطلوب ناخالصی­ها و رنگبری مناسب شربت خام و رقیق در کارخانجات قند به‌عنوان فرآیندهای مهم و اساسی برای حصول به شکری با کیفیت ممتاز تلقی می­شود. فرآیندهای دوستدار محیط‌زیست همچون فرآیندهای غشایی، پتانسیل جایگزینی کامل یا جزیی با برخی فرآیندهای قدیمی صنعت قند را داراست. اما با این­حال گرفتگی غشاء و کاهش شار از چالش­های پیش روی این فرآیند می‌باشد. یکی از روش­های کاهش گرفتگی و بهبود شار حباب­زایی در جریان ورودی غشاء به‌منظور ایجاد جریان متلاطم و در نتیجه کاهش پدیده­ی پلاریزاسیون غلظت است. در این تحقیق از تزریق گاز نیتروژن به‌منظور حباب­زایی در جریان ورودی شربت خام طی تصفیه آن با فرآیند فراپالایش  استفاده شد و کارایی غشاء مانند بهبود شار جریان تراوه، میزان گرفتگی غشاء، مقاومت غشاء و همچنین خصوصیات شربت تصفیه شده مورد بررسی قرار گرفت. طی فرآیند حباب­زایی و با افزایش مقدار گاز نیتروژن از 5/0 تا 5/1 لیتر بر دقیقه شار جریان تراوه بهبود و در کل گرفتگی غشاء کاهش پیدا کرد. این کاهش در جریان مداوم گازدهی نسبت به روش منقطع مشهود بود. همچنین نتایج نشان داد که جریان مداوم گازدهی به سبب بهبود شار جریان تراوه تاحدودی در خصوصیات تصفیه مانند خلوص، رنگ و کدورت خلل ایجاد کرد.

کلیدواژه‌ها

پلاریزاسیون غلظت؛ حباب زایی؛ خلوص؛ شربت خام؛ فراپالایش

مراجع

1. Abdel-Rahman, E.S., & Floeter, E. (2016). Physico-chemical characterization of turbidity-causing particles in beet sugar solutions. International Journal of Food Engineering, 12(2), 127-137. https://doi.org/10.1515/ijfe-2015-0129
2. Bahrami, M.E., & Honarvar, M. (2017). Identification of colored components produced in sugar beet processing using gel-permeation chromatography (GPC) with UV and RI detection. Journal of Food Biosciences and Technology, 7(2), 19-26.
3. Baker, R.W. (2004). Membrane Technology and Applications. 2ndEd.Book.545pp. Membrane Technology Research.John Wiley &Sons,Ltd.
4. Brião, V.B., Seguenka, B., Zanon, C.D., & Milani, A. (2017). Cake formation and the decreased performance of whey ultrafiltration. Acta Scientiarum. Technology, 39, 517-524. https://doi.org/10.4025/actascitechnol.v39i5.27585
5. Casani, S.D., & Bagger-Jørgensen, R. (2000). Cross-flow filtration of Fruit Juice. Danish Environmental Protection Agency.
6. Cerón-Vivas, A., Morgan-Sagastume, J.M., & Noyola, A. (2012). Intermittent filtration and gas bubbling for fouling reduction in anaerobic membrane bioreactors. Journal of Membrane Science, 423, 136-142. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2012.08.008
7. Eliseus, A., & Bilad, M.R. (2017). Improving membrane fouling control by maximizing the impact of air bubbles shear in a submerged plate-and-frame membrane module. In AIP Conference Proceedings, (1891)1, http://doi.org/10.1063/1.5005372
8. Fouladitajar, A., Ashtiani, F.Z., Rezaei, H., Haghmoradi, A., & Kargari, A. (2014). Gas sparging to enhance permeate flux and reduce fouling resistances in cross flow microfiltration. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(2), 624-632. http://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.05.025
9. Ghadimkhani, A., Zhang, W., & Marhaba, T. (2016). Ceramic membrane defouling (cleaning) by air Nano Bubbles. Chemosphere, 146, 379-384. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.12.023
10. Gul, S., & Harasek, M. (2012). Energy saving in sugar manufacturing through the integration of environmental friendly new membrane processes for thin juice pre-concentration. Applied Thermal Engineering, 43, 128-133. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.024
11. Hakimzadeh, V., Mousavi, S.M., Elahi, M., & Razavi, S.M.A. (2017). Purification of raw cane sugar by micellar‐enhanced ultrafiltration process using linear alkylbenzene sulphonate. Journal of Food Processing and Preservation, 41(3), e12953. https://doi.org/10.1111/jfpp.12953
12. Hakimzadeh, V., Razavi, S.M., Piroozifard, M.K., & Shahidi, M. (2006). The potential of microfiltration and ultrafiltration process in purification of raw sugar beet juice. Desalination, 200(1-3), 520-522. http://doi.org/10.1016/j.desal.2006.03.420
13. Harun, M.H.C., & Zimmerman, W.B. (2019). Membrane defouling using microbubbles generated by fluidic oscillation. Water Supply, 19(1), 97-106. http://doi.org/10.2166/ws.2018.056
14. Jankhah, S., & Bérubé, P.R. (2014). Pulse bubble sparging for fouling control. Separation and Purification Technology, 134, 58-65. http://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.07.023
15. Kuljanin, T., Lončar, B., Filipović, V., Nićetin, M., & Knežević, V. (2018). Pectin separation from sugar beet juice as affected by the pH, amount of Al2 (SO₄) 3 and use of zeta potential/residual turbidity measurement. Journal on Processing and Energy in Agriculture, 22(2), 65-68. http://doi.org/10.5937/JPEA1802065K
16. Li, J., Sanderson, R.D., & Jacobs, E.P. (2002). Ultrasonic cleaning of nylon microfiltration membranes fouled by Kraft paper mill effluent. Journal of Membrane Science, 205(1-2), 247-257. http://doi.org/10.1016/S0376-7388(02)00121-7
17. Li, L., Wray, H.E., Andrews, R.C., & Bérubé, P.R. (2014). Ultrafiltration fouling: Impact of backwash frequency and air sparging. Separation Science and Technology, 49(18), 2814-2823 https://doi.org/10.1080/01496395. 2014.948964
18. Maskooki, A., Mortazavi, S.A., & Maskooki, A. (2010). Cleaning of spiralwound ultrafiltration membranes using ultrasound and alkaline solution of EDTA. Desalination, 264(1-2), 63-69. http://doi.org/10.1016/j.desal.2010.07.005
19. Mirzaie, A., & Mohammadi, T. (2012). Effect of ultrasonic waves on flux enhancement in microfiltration of milk. Journal of Food Engineering, 108(1), 77-86. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.07.026
20. Ndinisa, N.V., Fane, A.G., Wiley, D.E., & Fletcher, D.F. (2006). Fouling control in a submerged flat sheet membrane system: Part II—Two‐phase flow characterization and CFD simulations. Separation Science and Technology, 41(7), 1411-1445. https://doi.org/10.1080/01496390600633915
21. Noghabi, M.S., Razavi, S.M.A., Mousavi, S.M., Elahi, M., & Niazmand, R. (2011). Effect of operating parameters on performance of nanofiltration of sugar beet press water. Procedia Food Science, 1, 160-164. http://doi.org/10.1016/j.profoo.2011.09.025
22. Qaisrani, T.M., & Samhaber, W.M. (2011). Impact of gas bubbling and backflushing on fouling control and membrane cleaning. Desalination, 266(1-3), 154-161. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.08.019
23. Radaei, E., Liu, X., Tng, K.H., Wang, Y., Trujillo, F.J., & Leslie, G. (2018). Insights on pulsed bubble control of membrane fouling: Effect of bubble size and frequency. Journal of Membrane Science, 554, 59-70. http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2018.02.058
24. Shahidi Noghabi, M., Razavi, S. M. A., & Shahidi Noghabi, M. (2014). Modeling of milk ultrafiltration permeate flux under various operating conditions and physicochemical properties using Nero–Fuzzy method. Research and Innovation in Food Science and Technology, 3(3), 283-296.
25. Shahraki, M.H., Maskooki, A., & Faezian, A. (2017). Ultrafiltration of cherry concentrate under ultrasound with carbonated feed as a new fouling control method. Journal of Food Processing and Preservation, 41(2), e12795. https://doi.org/10.1111/jfpp.12795
26. Shahraki, M.H., Maskooki, A., Faezian, A., & Rafe, A. (2016). Flux improvement of ultrafiltration membranes using ultrasound and gas bubbling. Desalination and Water Treatment, 57(51), 24278-24287. http://doi.org/10.1080/19443994.2016.1141377
27. Zhang, H., Luo, J., Liu, L., Chen, X., & Wan, Y. (2021). Green production of sugar by membrane technology: How far is it from industrialization? Green Chemical Engineering, 2(1), 27-43. https://doi.org/10.1016/j.gce.2020.11.006

.