Cấu trúc

Đối với membrane có bề mặt nhẵn bóng đồng nhất, những ống mao dẫn của chúng ít bị tắc nghẽn trong quá trình sử dụng. Ngược lại, nếu membrane có bề mặt gồ ghề, lồi lõm, tế bào vi sinh vật hay các thành phần khác trong canh trường dễ bị hấp phụ lên bề mặt membrane, từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate và kéo dài thời gian quá trình phân riêng.

Cấu trúc membrane đẳng hướng hay bất đẳng hướng cũng có ảnh hưởng đến quá trình phân riêng bằng membrane, W. Zhang (1998) đã khảo sát vấn đề này đối với membrane ceramic bên trong hệ thống MBR trong lên men cồn bởi Sacharomyces cerevisiae. Kết quả

được thể hiện qua các hình 2.11, ông đã so sánh 2 loại membrane dựa trên chỉ số Fi – là đại lượng đặc trưng cho lưu lượng dòng chảy qua membrane.

Hình 2.11. Sự khác nhau về Fi của 2 loại membrane đẳng hướng và bất đẳng hướng

Quan sát hình 2.11a thấy được việc giảm đáng kể lưu lượng dòng chảy ở cả 2 loại membrane khi tăng nồng độ glucose. Giá trị Fi không rõ ràng nhưng nhìn chung thì giá trị

này đối với membrane đẳng hướng cao hơn so với membrane bất đẳng hướng, trong khoảng nồng độ glucose từ 50-250 g/L. Cụ thể là Fi bằng 21.8% đối với membrane bất đẳng hướng và bằng 42.2% đối với membrane đẳng hướng tại giá trị nồng độ glucose là 100g/L. Khi nồng độ glucose tăng cao hơn 100g/L, sự khác nhau do ảnh hưởng của glucose là không đáng kể đối với cả 2 loại màng.

Tuy nhiên, ở hình 2.11b thì ngược lại, giá trị Fi đối với membrane bất đẳng hướng cao hơn khá rõ so với membrane đẳng hướng. Khi tăng nồng độ tế bào nấm men, Fi giảm nhanh và càng về sau, độ giảm càng chậm dần. Đối với membrane đẳng hướng, Fi đạt trạng thái cân bằng ở 21.2% tại giá trị nồng độ tế bào là 60g/L. Điều này khá rõ ràng khi xét lý do tại sao có sự ảnh hưởng của tế bào nấm men lên sự tắc nghẽn, ngoài sự ảnh hưởng của các thành phần môi trường.

Kết quả này có thể được giải thích rõ hơn bởi cơ chế tắc nghẽn khác nhau, thể hiện qua hình 2.12.

Hình 2.12. Cơ chế tắc nghẽn khác nhau đối với tế bào và phân tử lớn

Trong trường hợp tế bào nấm men, tất cả các tế bào được giữ lại trên bề mặt membrane. Sự hình thành lớp bánh tế bào sẽ gây ra trở lực. Nói chung, lớp bánh tế bào gây đóng tắc các lỗ của membrane đẳng hướng, dẫn đến việc giảm lưu lượng dòng chảy, gây ra giá trị Fi thấp.

Hơn nữa, đối với membrane đẳng hướng, trở lực của lớp tế bào gây ảnh hưởng nhiều hơn trở lực của chính membrane, trong khi membrane bất đẳng hướng thì ngược lại. Mà lớp bánh tế bào quan sát được trên membrane đẳng hướng là bị nén nhiều hơn,dày hơn so với membrane bất đẳng hướng Ở hình 2.11b, đối với nồng độ tế bào 60g/L, Fi ở trạng thái cân bằng và bằng 64.5% đối với bất đẳng hướng và 21.1% đối với membrane đẳng hướng.

Hình 2.12b chỉ ra hiện tượng tắc nghẽn do các phân tử lớn gây ra. Đối với membrane bất đẳng hướng, các phân tử lớn như protein, YE, nếu có sẽ tích lũy trên bề mặt membrane,

gây tắc các lỗ membrane hay hấp thụ trên các thành lỗ. Trong khi đối với membrane đẳng hướng, các phân tử này dễ dàng chui qua các lỗ. Vì vậy, Fi của membrane đẳng hướng lớn hơn. Khi nồng độ của các chất có phân tử lượng lớn tăng, Fi trong cả 2 loại membrane đều giảm tới khi đạt trạng thái bão hòa, hiện tượng tắc nghẽn sẽ xảy ra.

Tóm lại, cả tế bào nấm men và nồng độ cơ chất trong môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình vận hành hệ thống internal ceramic MBR. Sử dụng membrane đẳng hướng hay bất đẳng hướng là tùy thuộc vào thực tế sản xuất. Tuy nhiên, các nhà sản xuất vẫn thích sử dụng membrane đẳng hướng hơn, vì hiện tượng tắc nghẽn ít nghiêm trọng hơn cũng như cấu tạo đơn giản của nó so với membrane bất đẳng hướng.

Mục lục