اولترافیلتراسیون در تصفیه آب رودخانه ها، چاه ها، آب دریا، پساب تصفیه شده و کلیه منابع آبی که دارای کدورت، TSS و همچنین میکروارگانیزم (اعم از باکتری، ویروس و انگل) می باشند به کار می رود و با حذف حدود 99 درصدی کلیه عوامل آلودگی به منظور مصارف مختلف اعم از آشامیدنی، تصفیه آب کشاورزی و صنعتی به کار می رود.
شرکت فنی مهندسی طرح و کار در زمینه طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی انواع تصفیه آب صنعتی به روش اولترافیلتراسیون از میان برندهای معتبر بین المللی از قبیل DOW, Hydranautics, MB, Inge, Koch در صنایع گوناگونی چون تصفیه پیشرفته پساب، تولید آب کشاورزی، تصفیه آب دریا، آب آشامیدنی، آب چاه های عمیق و رودخانه ها به منظور حذف کدورت و TSS و میکروارگانیزم ها مشغول به فعالیت می باشد.
تفاوت این سیستم با سیستم های RO در قیمت بسیار پایین و نگهداری و راهبری آسان می باشد.
آب استفاده شده برای شستشوی معکوس، قبل از خاموش شدن دستگاه، نباید دارای مواد شیمیایی باشد. هرگونه تزریق مواد شیمیایی به آب خوراک و آب شستشوی معکوس باید قبل از آخرین شستشو و خاموش شدن، متوقف گردد.
در صورت نیاز به خاموش نمودن سیستم، به موارد زیر توجه کنید:
- ممبران های اولترافیلتراسیون نباید خشک شوند، فیبرهای خشک ممبرین همواره به گونه ای برگشت ناپذیر دچار افت شدت جریان عبوری می شوند.
- سیستم باید به اندازه کافی در برابر رشد میکروبیولوژیکی حفاظت شود، 20 تا 30 دقیقه در روز آن را مورد شستشوی سریع قرار دهید یا هر 24 ساعت یکبار از آن استفاده نمایید.
- سیستم باید در برابر تغییرات ناگهانی دما حفاظت شود. در این صورت پکیج UF می تواند به مدت 48 ساعت بدون افزودن محلول محافظ و انجام مراحل پیشگیری از ایجاد رسوب میکروبیولوژیکی، خاموش بماند.
- اگر سیستم بیش از 48 ساعت خاموش است باید محلول شیمیایی محافظ را به سیستم اضافه نمایید.
- پیش از خاموش نمودن پکیج برای مدت طولانی حتما عملیات ضدعفونی (disinfection) با محلول مناسب حداقل به مدت 40 دقیقه انجام شود و پس از آن ممبران ها با آب فیلتر شده شستشوی معکوس گردند.
موارد اصلی کاربرد سیستم های اولترافیلتراسیون (UF):
- پیش تصفیه سیستم های RO و NF و حذف SDI
- حذف رنگ از آب آشامیدنی
- تهیه آب آشامیدنی با کیفیت مناسب
- حذف آلاینده های آلی از آب
- پالایش و حذف باکتری 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
- گندزدایی آب های سطحی و زیر زمینی
- ممبران های UF خانگی
- پیش تصفیه سیستم اسمز معکوس (RO)
- 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
- تهیه آب مورد نیاز جهت صنایع تولید نوشیدنی ها، داروسازی ها، صنایع لبنی، بیوتکنولوژی و نیمه رساناها
شرح فرآیند اولترافیلتراسیون
اولترافیلتراسیون با استفاده از غشاءهای میان تهی از جنس PEMS (Hollow fiber membrane) یا PVDF عمل تصفیه آب صنعتی را انجام می دهد. قطر حفرات روی سطح غشاء قادر به حذف ذرات معلق تا قطر 0.2 میکرون میباشد، از این رو 99% از میکروارگانیزم ها، باکتری ها و ذرات معلق توسط این غشاها به صورت فیزیکی حذف میگردند و کدورت آب خروجی کمتر از 0.1NTU خواهد بود. در نتیجه این روش در مقایسه با میکروفیلتراسیون راندمان بسیار بالاتری دارد.
در سیستم اولترا فلیتراسیون، آب خام که دارای کدورت بالایی می باشد، از طریق پمپ خوراک (Feed pump) وارد پیش تصفیه می شود. در پیش تصفیه ذرات درشت در حدود 100~150µm و یا بزرگتر، از آب جدا می شوند. سپس آب وارد اولترا فیلتراسیون شده و ذرات بزرگتر از 1nm که عوامل تشکیل دهنده کدورت و TSS و میکروارگانیزم ها می باشند در آن به طور کامل بر روی صفحات اولترا فیلتر باقی می مانند. پس از حدود 1 ساعت و یا کمتر، اولترافیلتراسیون نیاز به شستشوی معکوس دارد، زیرا همانطور که گفته شده کلیه ذرات معلق بر روی ممبران ها باقی مانده است.
سیکل شستشوی معکوس به طور مستقیم به میزان کدورت آب بستگی دارد. در فرآیند شستشوی معکوس مراحل ذیل انجام می گیرد:
1- هوادهی داخلی اولترافیلتراسیون و تخلیه محفظه ها.
2- شستشو و شستشوی معکوس جهت ضدعفونی با مواد گندزدا (مانند کلر)
3- شستشو و شستشوی معکوس با مواد شیمایی (با توجه به آنالیز آب) جهت جلوگیری از ایجاد رسوب.
4- آماده سازی جهت استفاده مجدد از اولترافیلتراسیون به وسیله آب خام.
علاوه بر موارد فوق از سیستم شستشوی در محل (CIP) به صورت دوره ای جهت جلوگیری از رسوب و اشباع شدن مواد معلق و محلول، استفاده می گردد.
کیفیت آب ورودی به اولترافیلتراسیون UF جهت کاهش کدورت و TSS
تمامی سازندگان ممبران های اولترافیلتراسیون میزان حداکثر کدورت، TSS و همچنین COD ورودی به این قبیل دستگاههای تصفیه آب را ارائه داده اند تا در هنگام طراحی یک واحد تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون مورد توجه طراح این واحدها قرار بگیرد.
1- میزان کدورت (turbidity) حداکثر 300NTU باشد.
2- کل اکسیژن خواهی شیمیایی یا همان COD بایستی کمتر از 60mg/lit باشد.
4- روغن و گریس (Oil & Grease) باید کمتر از 2mg/lit باشد.
5- میزان کل ذرات معلق جامد (TSS) باید کمتر از 100mg/lit باشد.
5- رنج مجاز pH بایستی بین 2 الی 11 واحد باشد.
میزان روغن و گریس و همچنین COD مجاز ورودی به سیستم اولترافیلتراسیون بایستی در طراحی واحدهای تصفیه فاضلاب صنعتی که در خروجی تصفیه خانه های فاضلاب طراحی و نصب می گردند حتما مد نظر قرار بگیرد.
شستشوی واحد اولترافیلتراسیون UF
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 (UF) 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 ممبران 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.
کنترل اولترافیلتراسیون UF
همانطور که ذکر شد اولترافیلتراسیون در یک سیکل تولید آب تصفیه شده، نیاز به عملیات شستشو و ضد عفونی دارد. به عنوان نمونه هر واحد اولترافیلتراسیون به مدت 45 دقیقه آب تصفیه شده تولید می نماید و به مدت 5 الی 7 دقیقه شستشو و آماده سرویس در مرحله بعد می باشد. به هر روی راندمان واحد اولترافیلتراسیون بالاتر از 80 درصد می باشد.
کنترل شیرآلات مربوط به جریانهای ورودی و خروجی و همچنین مسیر شستشو و هوادهی، با توجه به زمان بندی حساس و دقیق سیکل تولید و شستشوی اولترافیلتراسیون بایستی به صورت تمام اتوماتیک و با کمک PLC صورت بگیرد. به زبان دیگر اپراتور بهره بردار هیچ نقشی در فرآیند شستشو و ضد عفونی ندارد و تمام این مراحل توسط سیستم PLC صورت می گیرد.
نتایج استفاده از پکیج تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون UF
نتایج عمده استفاده از اولترافیلتراسیون شامل این موارد می باشد:
1- کاهش TSS یا همان ذرات جامد معلق.
2- کاهش کدورت و رنگ آب یا پساب.
3- از بین بردن کلیه عوامل میکروبی، ارگانیزم ها و میکروب و ویروس ها.
5- کاهش یونهای دو ظرفیتی مانند کلسیم، منیزم و سولفات
6 – حذف فلزات سنگین غیر محلول مانند آهن، کبالت، روی و نیکل.
7- کاهش اکسیژن خواهی شیمیایی یا همان COD پساب یا فاضلاب.
8- کاهش اکسیژن خواهی بیولوژیکی یا همان BOD پساب یا فاضلاب.
کاربردهای روش اولترافیلتراسیون در تصفیه آب صنعتی
از اولترافیلتراسیون می توان در زمینه های مختلف و وسیعی از صنعت آب و فاضلاب استفاده نمود که برخی از مهمترین این موارد شامل:
1- تصفیه آب های سطحی مانند آب رودخانه ها، آب پشت سد ها و آب برکه ها که دارای رنگ و کدورت و TSS بالایی هستند.
2- تصفیه آب های آلوده به میکروارگانیزم ها مانند گنداب ها و یا آب های آلوده به فاضلاب.
3- پیش تصفیه واحدهای اسمز معکوس (RO) به ویژه در تصفیه آب دریا.
4- تصفیه پیشرفته پساب و فاضلاب خروجی تصفیه خانه های بیولوژیکی فاضلاب.
مزایای استفاده پکیج تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون UF
استفاده از روش اولترافیلتراسیون به دلیل راندمان بسیار بالایی که در حذف کدورت و TSS و همچنین حذف کامل باکتری و ارگانیزم ها دارد به عنوان یک روش مطمئن در پیش تصفیه اسمز معکوس (RO) به کار می رود. از آنجایی که ممبران های واحد اسمز معکوس به شدت به کدورت و آلودگی های میکروبی حساس هستند، بنابراین استفاده از اولترافیلتراسیون به ویژه در مقاطعی که کدورت آب ورودی بالا می باشد، اطمینان خاطر ویژه ای در خصوص بهره وری و طول عمر ممبران های اسمز معکوس به همراه خواهد داشت.
از دیگر مزیت های روش اولترافیلتراسیون کاربرد گسترده آن در حذف میکروارگانیزم و باکتری و ویروس در خروجی تصفیه خانه های فاضلاب و پساب می باشد. به نحوی که استفاده از این سیستم علاوه بر کاهش اکسیژن خواهی شیمیایی (COD) منجر به حذف کامل ارگانیزم ها شده و راندمان آبیاری کشاورزی به وسیله پساب را افزایش می دهد.
نگاهی به آینده با روش اولترافیلتراسیون UF
امروزه با کاهش جدی منابع آب زیر زمینی، کاهش نرخ بارش های سالانه و افزایش جمعیت در کشورمان با کمبود جدی آب مواجه هستیم. بدون شک یکی از راهکارهایی که در اغلب کشورهای دنیا به منظور مدیریت منابع آب استفاده می شود، بازگرداندن فاضلاب و پساب های تصفیه شده به چرخه تولید و استفاده مجدد از آن می باشد.
در این بین با توجه به کارایی بالای اولترافیلتراسیون در تصفیه پیشرفته پساب و فاضلاب، امکان بازگرداندن آب به چرخه تولید وجود دارد و لذا باید مورد توجه جدی قرار بگیرد.
الترافیلتراسیون (UF)
اولترافیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پایین است بنابراین انرژی مصرفی آنها کم است. سیستم های UF عمدتا برای تصفیه آب آشامیدنی و یا پیش تصفیه قبل از اسمز معکوس به منظور حذف کدورت، جامدات معلق، ویروس، رنگ و برخی مواد آلی به کار برده می شود. مخصوصا در مواردی که کدورت و SDI آب زیاد و به صورت ذرات کلوئیدی است و صرفا با فیلتر شنی و فیلتر میکرونی به تنهایی ، قابل حذف و کاهش ، جهت ورود به ممبرانهای RO نمی باشد .
اولترافيلتراسيون تكنولوژي جداسازي توسط ممبران است كه بر مبناي غشاء نيمه تراوا جهت جداسازي محلول هاي حاوي تركيبات مفيد و غير مفيد به كار برده مي شود. اختلاف فشار، نيروي محرك جريان، جهت عبور از ميان غشاي ممبران مي باشد. ساختار نامتقارن ممبران هاي UF باعث جدا شدن ذرات بزرگتر از وزن مولكولي ممبران و باقي ماندن آنها در سطح ممبران ميشود در حاليكه ذرات كوچكتر از ميان ساختار ممبران عبور ميكنند. فيلتراسيون، پالايش، جداسازي و تغليظ محلول زماني كه غلظت مواد باقيمانده بر سطح ممبران افزايش پيدا ميكند به پايان ميرسد. ممبرانهاي (PVDF) UF ممبرانهايي جديد با بافت تو خالي جهت جداسازي، فيلتراسيون و تغليظ مواد ميباشند. قطر داخلي بافتها تقريباً mm 0.8-0.7 و قطر خارجي آن هاmm 1.3-1.1 است. ميزان وزن جداكننده مولكولي از dalton 100000-1000 و بافت هاي ممبران پوشيده شده توسط پوشش رزيني اپوكسي (pack ) می باشد. در اين روش كلوئيدها، پروتئينها، مواد ميكروبي بيماريزا و مولكولهاي آلي بزرگ جداسازي مي شوند. همچنين از اين فرآيند در عمليات تصفيه، تغليظ و تفكيك مي توان استفاده كرد ..
کاربردها:
زلال سازی و حذف کدورت آب های سطحی
حذف رنگ از آب آشاميدني
تهيه آب آشاميدني با كيفيت مناسب
تصفیه پسابهاي صنعتي و کشاورزی
حذف آلاینده های آلی از آب
گند زدايي آبهاي سطحي و زيرزميني
پیش تصفيه سیستم اسمز معکوس (R.O )
تهيه آب مورد نياز جهت صنايع توليد نوشيدنيها، داروسازيها، صنايع لبني، بيوتكنولوژي و نيمه رساناها
ظرفیت دستگاه بین 1 تا 10000 متر مكعب در شبانه روز
واحد پيش تصفیه شامل هيدرو سيكلون / فيلتر نوكس / فيلترهاي شني و كربن اكتيو از جنس استيل/ فايبر گلاس / كربن استيل
واحد تزریق مواد شيميايي شامل تزريق مواد ضد رسوب ، كلر و …
واحد اصلي تصفيه شامل پمپهاي مربوطه، فیلترهای الترا فيلتراسيو (UF )، محفظه تحت فشار از جنس FRP
اجزاء كنترل هيدروليكي و الكترونيكي شامل فشار سنج، جريان سنج، كنترل اتوماتيك (PLC ) و …
لوله كشيها از جنس PVC-U
شاسي استنلس استيل / كربن استيل پوشیده شده با رنگ اپوكسي
صفیه آب به روش اولترافیلتراسیون
یکی از روش های تصفیه آب استفاده از فیلتر UF می باشد. این روش تصفیه اولترافیلتراسیون نامیده می شود. در تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون ابتدا توسط فیلترهای پیش تصفیه کلیه گل و لای و ذرات بزرگ مانند شن و ماسه حذف می شوند. این مرحله بر کیفیت غشای فیلتر UF برای تصفیه آب تاثیر می گذارد. سپس تکنولوژی بکار رفته در فیلترهای UF به گونه ای است که آب باید از روزنه هایی به قطر ۰٫۱ میکرون عبور کند. در این فیلتر لوله هایی با قطر ۰٫۱ میکرون قرار داده شده است که به هنگام عبور آب از آنها ذرات کوچکتر از ۰٫۱ میکرون از آن عبور کرده اما ذراتی مانند کلوئید ها , عوامل بیماری زا , آلایندهای شیمیای و … نمی توانند عبور کنند. روزنه های این فیلتر بعد از مدتی دچار گرفتگی می شوند بنابراین هر چند وقت یکبار باید باز شود تا مواد انباشته شده از روزنه های فیلتر کنار رود. فیلترهای UF جایگزین مناسبی برای روش های لخته سازی یا انعقاد هستند. یکی از مزایای این روش این است که با جریان طبیعی آب فرآیند تصفیه آب را انجام می دهد. روش اولترافیلتراسیون برای تصفیه آب به گونه ای است که تمام ناخالصی ها و آلاینده های شیمیایی که از آب جدا شده اند را به فاضلاب منتقل می کند.
مزایای استفاده از فیلتر UF
- این فیلتر برای از بین بردن مولکول و ذرات سنگین و لخته شده در آب بسیار موثر است
- این روش را می توان برای فرآیند لخته سازی و انعقاد برای تصفیه آب یا به صورت ترکیبی با روش های دیگر استفاده کرد.
- در سیستم های صنعتی و پیشرفته قبل از دستگاه اصلی برای کاهش فشار واستفاده بهینه از دستگاه به کار می رود.
- برای محافطت از فیلتر ممبران از این فیلتر استفاده می شود به دلیل اینکه حجم ذرات ورودی به فیلتر ممبران را کاهش می دهد.
- برخی از سیستم های با تکنولوژی اولترافیلتراسیون به گونه ای طراحی شده اند که در ساعات معینی از روز سیستم به طور خودکار شسته و تمیز می شود.
- سیستم UF این قابلیت را دارد که ناخالصی های جدا شده از آب را به فاضلاب منتقل می کند.
- دستگاه تصفیه آب به روش UF فضای کمی را اشغال می کند به دلیل اینکه نیازی به مخزن تصفیه آب ندارد.
- در مرحله پیش تصفیه آب خانگی نیازی به کلر آب و یا ازن نمی باشد بنابراین آسیبی به فیلتر ممبران وارد نمی شود.
- مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی دارد.
تفاوت اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون
در روش اولترافیلتراسیون نیازی به فشار بالای آب نیست بنابراین نیازی به مخزن ذخیره سازی آب نمی باشد. همچنین دقت این فیلتر ها در حد ۰٫۰۱ میکرون است اما در حالی که دقت فیلتر ممبران برای اسمز معکوس یک ده هزارم میکرون است بنابراین آب ورودی به ممبران باید فشار زیادی داشته باشد به همین دلیل برای تامین فشار آب ورودی نیاز به پمپ تصفیه آب دارد. منافذ غشای فیلتر UF نسبت به ممبران فرآیند اسمزمعکوس برزرگتر است بنابراین فیلتر UF قادر است مواد جامد بزرگتر موجود در آب را حذف کند. علاوه براین در فرآیند اسمزمعکوس علاوه بر پمپ به مخزن ذخیره آب هم نیاز است. اما لازم به ذکر است که از فیلتر UF در دستگاه تصفیه آب به عنوان محافظ فیلتر ممبران استفاده می شود به دلیل اینکه کلیه میکرو ارگانیسم های آب را حذف می کند. بنابراین روشی مطمئن برای پیش تصفیه فرآیند اسمزمعکوس به شمار می رود.