اولترافیلتراسیون UF چیست؟
فرایند اولترافیلتراسیون UF نوعی فیلتراسیون غشایی شبیه به اسمز معکوس است که از فشار هیدرواستاتیک برای عبور آب از یک غشای نیمه تراوا استفاده می کند. در سیستم UF جامدات معلق و املاح با وزن مولکولی بالا حفظ می شوند، در حالی که آب و املاح با وزن مولکولی کم از غشاء عبور می کنند.
اولترا فیلتراسیون UF یک فرایند فیزیکی جداسازی غشایی است که تحت نیروی فشار برخی مواد معلق را از آب یا هر سیال دیگر حذف می کند. غشاهای UF ذرات معلق را بر مبنای اندازه حفره های غشا، از سیال حذف می کنند. اندازه منافذ غشای UF معمولاً 103 – 106 دالتون است. سیستم UF یک فناوری جداسازی عالی برای پیش تصفیه دستگاه های آب شیرین کن، پیش تصفیه دستگاه های اسمز معکوس RO ، بازگردانی و احیای فاضلاب و همچنین برای تولید آب آشامیدنی است.
ذرات قابل حذف توسط غشای UF
- ذرات کلوئیدی
- کیست ها
- باکتریها
- ویروس ها
بدیهی است که یون ها و مولکولهای کوچک بوسیله فرایند اولترافیلتراسیون UF جدا نخواهند شد. به طور کلی ممبران های UF مواد محلول با اندازه 0.03 میکرون و بزرگتر از آن را حذف می کند. اندازه حفره های غشاهای اولترا فیلتراسیون 200-30 نانومتر و فشار عملیاتی سیستم بین 2-0.1 بار می باشد.
مقایسه سیستم تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO و سیستم اولترا فیلتراسیون UF
اولترا فیلتراسیون UF تفاوت اساسی با اسمز معکوس، میکروفیلتراسیون یا نانوفیلتراسیون ندارد، مگر از نظر اندازه مولکول هایی که در خود نگه می دارد. هنگامی که به طور استراتژیک با سایر فناوری های تصفیه در یک سیستم کامل آب ترکیب می شود، فرایندUF برای حذف کلوئیدها، پروتئین ها، باکتری ها، پیروژن ها، پروتئین ها و ماکرومولکول های بزرگتر از اندازه منافذ غشاء از آب ایده آل است. تفاوت های عمده سیستم تصفیه آب RO و سیستم UF شامل این موارد است:
- خلوص آب : آب تصفیه شده دستگاه RO خلوص بسیار بالاتری نسبت به آب خروجی سیستم UF دارد.
- درصد راندمان : سیستم UF به مراتب ریکاوری بالاتری نسبت به سیستم RO دارد.
- انرژی مورد نیاز برای فرایند تصفیه : دستگاه های تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO برای عملیات تصفیه به انرژی بیشتری در مقایسه با سیستم های اولترافیلتراسیون UF نیاز دارند.
انواع عملیات فیلتراسیون سیستم UF
سیستم های اولترا فیلتراسیون بر اساس سه نوع روش فیلتراسیون طراحی شده اند :
-
روش جریان متقاطع: Cross Flow
در این روش بخشی از جریان خوراک به صورت پیوسته در سیستم می چرخد یا دور ریخته می شود تا مانع انباشته شدن جامدات روی سطح ممبران UF شود.
-
روش انتها بسته: Dead End
در این حالت سیستم دور ریز ندارد و هرگاه غشاء مسدود شود، تمیز می گردد. این سیستم باعث ریکاوری بالاتر و مصرف انرژی کمتر می شود.
-
روش انتها بسته با فلاش متوالی: Dead End with periodic flushing
در این روش نیز جریان دور ریز پیوسته وجود ندارد و ممبران به صورت دوره ای فلاش می شود تا ذراتی که روی سطح غشاء رسوب کرده اند، جدا شوند.
انواع جریان در غشاهای الیاف توخالی
جریان در غشاهای الیاف توخالی شامل دو حالت زیر می باشد :
- بیرون به درون
- درون به بیرون
از بین این دو حالت، جریان بیرون به درون دارای مزایای بیشتری می باشد، از جمله :
- وابستگی کمتر به میزان آلودگی آب خوراک
- افزایش محدوده میزان مواد جامد ورودی سیال (گستره بالاتری از آلودگی آب ورودی)
- شستشو و فلاشینگ آسان
- امکان استفاده از هوا در فرایند شستشو
کیفیت آب ورودی به ممبران های UF
عملکرد و راندمان تمام سیستمهای غشایی بسیار وابسته به کیفیت آب ورودی آن است. کیفیت و مشخصات آب ورودی به طور مستقیم بر روی عمر و بازدهی غشا، دفعات شستشو و کیفیت آب خروجی تأثیر می گذارد.
مهمترین پارامترهای کیفیت آب خوراک در طراحی مدول های UF به شرح زیر می باشد :
- کدورت(Turbidity) : حداکثر کدورت مجاز برای غشاء های اولترافیلتراسیون 300NTU است.
- COD: ماکزیمم COD سیال ورودی UF ، 60 mg/lit می باشد.
- TSS : محدوده مجاز TSS کمتر از 100 mg/lit است.
- روغن و چربی : حداکثر روغن و چربی مجازکمتر از 2mg/litمی باشد.
- pH : محدوده مجاز pH بین 11-2 می باشد.
کیفیت آب خروجی ممبران های UF
کیفیت آب تصفیه شده به عوامل مختلفی از جمله کیفیت آب خوراک، شرایط عملیاتی و نوع غشای UF بستگی دارد. ولی به طور کلی می توان مشخصات زیر را برای آب فیلتر شده غشاهای UF در نظر گرفت :
- توانایی حذف ذرات تا 99%
- کاهش کدورت تا کمتر از5 NTU
- حذف کیست ها به میزان 99.95 %
- از بین بردن باکتری ها و ویروس ها به میزان 99.9 %
- کاهش SDI تا کمتر از 3
نگهداری سیستم های اولترافیلتراسیون UF
سیستم های تصفیه آب UF برای عملیات پیوسته طراحی شده اند و این سیستم ها وقتی عملکرد بهتری دارند که به طور مداوم بهره برداری شوند. با این وجود بعضی مواقع سیستم های اولترافیلتراسیون به صورت دوره ای خاموش و روشن می شوند. در زمان هایی که سیستم UF خاموش است، باید با استفاده از سیستم هوا تمیز شود و جهت جلوگیری از رشد میکروارگانها با آب فیلتر شده شستشوی معکوس (بک واش) شوند.
کاربردهای رایج دستگاه اولترافیلتراسیون UF در صنعت
- تصفیه آب آشامیدنی در مرحله نهایی
- پیش تصفیه دستگاه تصفیه آب صنعتی به روش اسمز معکوس RO
- کاهش کدورت و جامدات معلق در پساب های بهداشتی و صنعتی
- استفاده در صنایع غذایی و آشامیدنی مانند تولید آبمیوه، لبنیات و …
- استفاده در صنایع زیست پزشکی
- تصفیه وبازیافت فاضلاب و پساب فرآیندهای صنعتی
- حذف ذرات و ماکرومولکول ها (به عنوان مثال،حذف 90-95٪ آرسنیک ) برای تولید آب آشامیدنی
- فیلتراسیون پساب کارخانه خمیر کاغذ