اولترافیلتراسیون چیست؟

اولترافيلتراسيون (Ultrafiltration)، یک فیلتر غشایی جهت تصفیه آب با قابلیت حذف ذرات معلق، مواد کلوئیدی، باكتريها، ويروسها، پاتوژنهاي موجود، جهت توليد آب با خلوص بالا و SDI (ظرفیت رسوب گذاری درآب) پايين مي باشد. اولترافیلتراسیون، یکی از روش های جداسازی ترکیبات نامطلوب از یک سیال می باشد که این تکنولوژی برای حذف سایرمیکروارگانیزم های بیماری¬زای موجود در آب و فاضلاب، کاربرد دارد. در واقع این سیستم، ذرات معلق به قطر 0/03 میکرون و بزرگتر را از محلول جدا می کند.
غشاها در اولترافیلتراسیون
غشاها معمولا به صورت لوله های توخالی پلیمری از جنس PVDF ساخته شده اند که قادر به حذف ذرات بزرگتر از mµ 0.005 می باشند و اندازه منافذ غشاء در فرایند اولتراسیون حدود 0/015 الی 8 نانومتر بوده و اختلاف فشار اعمال شده در این سیستم بین 0/5 الی 10 بار می باشد. جنس پلیمری خاص این غشاها برای استحکام بالا و مقاومت در برابر مواد شیمیایی بسیار مفید می باشد. این غشاها آب دوست می باشند. به همین علت شستشوی آنها آسان و عملکرد طولانی مدت دارند. این سیستم ها معمولا دارای هوزینگ های UPVC بوده و به همین علت به تجهیزات فشاری نیاز ندارد. به اشعه یو وی هم مقاوم می باشد . پر کاربردترین غشاها را به دلیل سطح در واحد حجم در سیستم های فیلتراسیون مورد استفاده قرار میگیرند. این غشاها بر روی لایه ای پلی استری فیلم کشی می شوند که امکان اعمال فشار بالا را بیشتر میکند. همچنین فضای کمی اشغال می کنند. ممبران ها در داخل یک هوزینگ از جنس UPVC قرار میگیرند و پساب ورودی به غشا ها در دو حالت خارج به داخل و داخل به خارج وارد می شود. آب فیلتر شده که در هوزینگ غشاها جمع شده با جریان خروجی هوزینگ های دیگر تجمیع شده و به لوله خروجی هدایت می شود .
غشاء اولترافیلتراسیون جهت جداسازی و خالص سازی رنگهای کلوئیدی از پسابهای صنعتی، پروتئینها، جداسازی لیگنین (Lignin) در کاغذسازی، بعضی از محلولهای کلوئیدی، جداسازی روغن از پساب، تغلیظ پروتئین شیر و مشتقات آن، خالص سازی خون، تصفیه و شفاف سازی آبمیوه و کلاً موادی که وزن مولکولی آنها بیشتر از 1000 دالتون است به کار می رود.
نکته: اولترافیلتراسیون معمولاً در جداسازی جریان مواد آلی مؤثر نمی باشد.

مزاياي استفاده از سيستمهاي اولترافيلتراسيون

– عدم دور ریز و هدر رفت آب
– نرخ پايين گرفتگي ممبرانها
– قابليت شستشوي معكوس جهت بهبود عملكرد سيستم
– افزایش طول عمر ممبرانهاي سيستم RO به سبب کاهش ميزان بالاي ذرات ورودی به سيستم
– تأمين آب با كيفيت بالا با كمترين انرژي
– سرعت جریان بالاو مقاومت در برابر آلودگی
– عملكرد موثر فيلتراسيون در حذف مواد معلق، پاتوژنها، ميكروارگانيسمها، باكتريها، ويروسها و ذرات كلوئيدي
– مقاومت بالا در برابر حرارت، مواد شيميايي و عوامل اكسيد كننده

معایب اولترافیلتراسیون

– بسته به کیفیت آب تغذیه، UF ممکن است به شستشوی معکوس و تمیز کردن مکرر نیاز داشته باشد.
– غشاهای UF عمر مفیدی بین 5 تا 7 سال دارند اما نیاز به تعویض دوره ای دارند.
– استفاده فیلتر شنی (sand filter) و یا فیلتر دیسکی (100 تا 300 میکرون) قبل از UF الزامیست تا از ورود ذرات بزرگ به آن جلوگیری شود.
– هزینه تهیه ماژول های UF نسبتا زیاد است

موارد اصلی کاربرد سیستم های اولترافیلتراسیون (UF):
– اسفاده درپیش تصفیه سیستم های RO و NF و حذف SDI
– حذف رنگ از آب آشامیدنی
– تهیه آب آشامیدنی با کیفیت مناسب
– پالایش و حذف کدورت در صنایع آشامیدنی، شیر و آب معدنی
– جداسازی و پالایش پروتئین ها، آنزیم ها و کربوهیدرات های شیر
– تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی
– تصفیه پساب های صنعتی و کشاورزی
– پالایش روغن موجود در سیکل آب برگشتی
– بازیافت و تصفیه آب تبرید و تصفیه بیشتر آب در صنایع گوناگون
– استفاده در مجتمع های مسکونی ، اقامت گاه های تفریحی دائم یا موقت
– فیلتراسیون آب شهری، رودخانه و دریا
– حذف اکسیژن کربن از مایعات
– عمومیت کاربرد سریع در سایر زمینه ها نظیر شیمیایی برق، مواد غذایی، نفت و نساجی

چالش های پیش رو در زمینه استفاده از غشا در اولترافیلتراسیون

یکی از مواد مهمی که در هنگام استفاده از اولترافیلتراسیون می بایست مورد توجه قرار گیرد، این است که افزایش ناگهانی آلودگی های فیزیکی به آب ورودی UF ، مانند موجودات کشنده قرمز، جلبک ها و …می تواند خسارات جبران ناپذیری به آنها وارد کند ، لذا توجیه اقتصادی استفاده از این روش حائز اهمیت می باشد.

روش های افزایش کارایی اولترافیلتراسیون

شستشو در واحد های UF به صورت فلاشینگ ، معکوس همراه با هوا و شستشوی شیمیایی دوره ای می باشد. برنامه ریزی برای شستشو بر اساس اختلاف فشار مانیتور شده بین جریان ورودی به و یا خروجی از ممبران تعیین می شود.

مراحل شستشو به شرح ذیل می باشد.
1) شستشوی مستقیم:
برای کاهش آلودکی غشایی و کاهش مقاومت در برابر شستشوی معکوس به مدت ده الی سی ثانیه در فواصل زمانی معین انجام می شود.فواصل زمانی به کیفیت آب ورودی بستگی دارد.

2) شستشوی معکوس:
آب در خلاف جهت تصفیه غشایی از خروجی آب تصفیه شده به غشاها وارد شده و پس از شستشوی غشایی از محل خروج آب پر غلظت تصفیه نشده خارج می گردد. دبی جریان معکوس از دبی آب کار فیلتراسیون بیشتر می باشد . جریان آب شستشو از پایین به بالا و بالعکس می باشد. شار شستشوی معکوس حداقل ۲۰ درصد بیشتر از شار جریان ورودی به غشاها می باشد.

3) شستشوی معکوس شیمیایی:
در این مرحله ترکیبات اسیدی یا کلریدی جهت حذف آلاینده های معدنی و بیولپژیکی با همان روش (2) به مدت یک الی سه دقیقه ممبران را میشویند.

4) شستشوی شیمیایی CIP :
در فاصله زمانی یک الی سه ماه برای جلوگیری از گرفتگی غشایی بیولوژیکی و رسوب های فلزی انجام می شود. مراحل آن عبارتند از: سشتشوی مستقیم، معکوس، سیرکولاسیون، خیساندن و تخلیه در اولترافیلتراسیون، علاوه بر سیکل شستشوی معکوس و شستشو با مواد شیمیایی نیاز به شستشوی در محل یا همان CIP می باشد. این شستشو به مدت 1 الی 2 روز به طول می انجامد و پس از 3 الی 4 ماه کارکرد پکیج اولترافیلتراسیون انجام می گیرد.
هدف از انجام شستشوی در محل CIP اولترافیلتراسیون پاک کردن سطح ممبران ها از کلیه رسوبات املاح می باشد که در طول زمان به صورت یک لایه اشباع سطح غشا ها را گرفته اند. با انجام این عملیات شستشوی در محل می توان از طول عمر ممبران ها اطمینان حاصل نمود.
مراحل شستشوی در محل یا همان CIP در تصفیه آب صنعتی به روش اولترافیلتراسیون شامل شستشو با مواد بازی و pH=11 و سپس شستشو با آب خالص در مرحله اول و سپس شستشو با مواد اسیدی و pH= 2 و در انتهای آن شستشو با آب خالص به عنوان مرحله دوم می باشد.

مقایسه اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس در تصفیه آب

بسیاری از سیستم های اولترافیلتراسیون از یک غشای فیبر توخالی استفاده می کنند که آب را از داخل به بیرون فیلتر می کند. این کار یک سطح بزرگ برای چسبیدن ذرات فراهم می کند. غشاهای دیگر، مانند غشای مارپیچی اسمز معکوس، عمل فیلتراسیون را از بیرون به داخل انجام می دهند. غشای فیبر توخالی مقاومت شیمیایی بالایی در برابر اکسیدان‌ها و کلر دارد، اما غشای اسمز معکوس نمی ‌تواند هیچ مقدار کلری را تحمل کند.

یک سیستم اسمز معکوس بیشترین میزان فیلتراسیون را فراهم می کند زیرا غشای RO دارای کوچکترین اندازه منافذ است، اما این سطح از فیلتراسیون همیشه ضروری نیست و یا ترجیح داده نمی شود. یک سیستم UF مواد معدنی مفیدی را که یک سیستم RO حذف می کند، حفظ می کند. با این حال، این بدان معنی است که یک سیستم اولترافیلتراسیون نمک، فلوراید، یا TDS محلول در آب را حذف نمی کند. یک سیستم اولترافیلتراسیون با فشار کم آب نیز کار می کند، اما یک سیستم اسمز معکوس به یک پمپ فشار قوی برای افزایش جریان آب نیاز دارد.

تفاوت بین هر چهار نوع فیلتراسیون غشایی اعم از اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون در اندازه منافذ غشا یا اندازه ذرات کاهش یافته است. روش مورد استفاده توسط شما بستگی به سطح کیفیت آب مورد نیازتان خواهد داشت.