اولترافیلتراسیون

در اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration) فشار هیدرواستاتیکی یک مایع را وادار به عبور از یک غشای نیمه تراوا می کند. 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. اولترافیلتراسیون تفاوت اساسی با اسمز معکوس، میکروفیلتراسیون یا نانوفیلتراسیون ندارد، مگر از نظر اندازه مولکول هایی که در خود نگه می دارد.

غشاء یا به عبارت دقیق تر، غشای نیمه تراوا، لایه نازکی از مواد است که قادر به جداسازی مواد با اعمال نیروی محرکه در سراسر غشا است. زمانی که یک فناوری قابل اجرا فقط برای نمک‌ زدایی در نظر گرفته می ‌شد، فرآیندهای غشایی به طور فزاینده ‌ای برای حذف باکتری ‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ ها، ذرات معلق و مواد آلی طبیعی استفاده می‌ شوند. این مواد می توانند رنگ، مزه و بوی آب را تغییر دهند و پس از واکنش با مواد ضدعفونی کننده محصولات جانبی ضدعفونی را ایجاد می کنند. با پیشرفت در تولید غشاء و طراحی ماژول، هزینه های ناشی از سرمایه و عملیاتی همچنان کاهش می یابد.

اولترافیلتراسیون (UF) برای اولین بار در پایان قرن 19 مطرح شد، اما شروع عملی استفاده از این فرآیند به عنوان یک فرآیند جداسازی در سال 1963، پس از کشف غشای اسمز معکوس سلولز استات نامتقارن در دهه 1950 و کشف پلی الکترولیت توسط MIT و هیدروژل های پیچیده در آغاز دهه 1960 انجام شد.

کاربردهای اولترافیلتراسیون (UF)

آماده‌سازی آب آشامیدنی: اولترافیلتراسیون برای حذف ذرات، ویروس‌ها، باکتری‌ها و انگل‌ها از آب‌ های شهری یا دیگر منابع مورد استفاده در آب آشامیدنی یا تولید نوشیدنی و معمولاً به عنوان منبع تامین کننده آب درون دستگاه اسمز معکوس استفاده می ‌شود.

تولید آب فوق خالص (نیمه هادی): UF به عنوان پیش تصفیه برای اسمز معکوس، به عنوان مرحله پرداخت در تامین آب فوق خالص یا برای بازیابی آب فرآیند استفاده می شود. اولترا فیلتراسیون هنگامی که به عنوان یک مانع نهایی عمل می کند، می تواند ذرات ریز (> 0.03μ) و میکروارگانیسم ها را از آب حذف کند.

تولید آب آشامیدنی: اولترافیلتراسیون در مراحل پایانی زلال سازی به عنوان فیلتر نهایی برای آب های سطحی مورد استفاده بسیاری از شهرداری ها برای آب آشامیدنی استفاده می شود. کدورت را به کمتر از 0.1 NTU کاهش می دهد و ویروس ها، انگل ها و باکتری ها را از بین می برد.

استفاده از اولترافیلتراسیون بمنظور نمک زدایی:  اولترا فیلتراسیون قبل از غشاهای اسمز معکوس نمک زدایی به عنوان یک فیلتر خوب عمل می کند و در نتیجه از غشاها محافظت می کند و عمر قابل استفاده آنها را افزایش می دهد. بازیابی در خود عملیات اولترا فیلتراسیون معمولاً بالاتر از 95٪ است.

استفاده در فرآیند بازیافت آب: اولترا فیلتراسیون می ‌تواند بیشتر ذرات را از آب‌ های شستشوی قابل بازیافت، آب‌ های فرآوری‌ شده و آب‌ های آبیاری حذف کند و منابع قابل استفاده‌ای آب غیر شرب برای کارفرما فراهم کند. در همه موارد، پیش غربالگری با فیلتر 100-300 میکرون باید ارائه شود. اگر قرار باشد مواد محلول نیز حذف شوند، فرآیند انعقاد یا اکسیداسیون لازم است.

مزایای اولترافیلتراسیون (UF)

فناوری اولترافیلتراسیون قادر است تا در فضای کمتر نسبت به فرآیندهای قدیمی کار بیشتری انجام دهد، به همین دلیل است که پیش تصفیه UF به عنوان تجهیزات استاندارد برای تمام واحدهای آب شیرین کن صنعتی مدولار آب دریا و آب شور انتخاب می شود.

پیش تصفیه UF می تواند عمر غشاهای اسمز معکوس را در تصفیه آب با شاخص چگالی سیلت بالا (SDI) افزایش دهد و نیاز به سرمایه گذاری کمتری دارند، هزینه های عملیاتی کمتری را در پی دارند و از منعقد کننده ها استفاده نمی کنند و به استفاده کمی از مواد شیمیایی نیاز دارند.

واحدهای فلوئنس اولترافیلتراسیون مستقل از جنس استیل برای مصارف مختلف مانند پیش تصفیه اسمز معکوس (RO)، شفاف سازی آب های سطحی، تصفیه آب های زیرزمینی با SDI بالا، پیش تصفیه آب دریا، حذف آرسنیک، تصفیه اولیه و ثانویه پساب ها مورد استفاده قرار می گیرند و همچنین در جهت استفاده مجدد و تصفیه باکتریولوژیکی تولید آب معدنی.

به طور خلاصه مزایای اولترا فیلتراسیون شامل موارد زیر است:

• سیستم تصفیه آب در فشار کم کار می کند
• باکتری ها و ویروس ها را از بین می برد
• مواد معدنی ضروری را در آب نگه می دارد
• سریع و آسان نصب می شود
• فاضلاب تولید نمی کند (بر عکس دستگاه RO که بخش قابل توجهی پساب تولید می کند.)

معایب اولترافیلتراسیون

• بسته به کیفیت آب تغذیه، UF ممکن است به شستشوی معکوس و تمیز کردن مکرر نیاز داشته باشد.
• نشتی در فیبر توخالی نیاز به آزمایش یکپارچگی و تعمیر لوله معیوب دارد (معمولاً آن را مسدود می کنند)
• غشاهای UF عمر مفیدی بین 5 تا 7 سال دارند اما نیاز به تعویض دوره ای دارند.
• یک فیلتر کیسه ای یا فیلتر صفحه نمایش خودکار (100 تا 300 میکرون) باید جلوتر از UF استفاده شود تا از ورود ذرات بزرگ به آن جلوگیری شود.

استفاده از اولترافیلتراسیون در صنعت

صنایعی که حجم زیادی از آب مصرف می کنند یا پساب های بسیار سمی را تخلیه می کنند، کاندیدای استفاده از اولترافیلتراسیون برای استفاده مجدد از آب هستند. این صنایع شامل مواد شیمیایی، فولاد، پلاستیک و رزین، کاغذ و خمیر کاغذ، صنایع دارویی و مواد غذایی و آشامیدنی، از جمله نوشابه ‌ها و غذاهای کنسرو شده، و همچنین نیروگاه‌ های تصفیه آب و فاضلاب و غیره است.

اولترافیلتراسیون برای بازیافت جریان پساب یا کاهش انتقال آلایندگی به محصولات بعدی و موارد دیگر استفاده می شود. در بسیاری از موارد از اولترافیلتراسیون برای پیش فیلتراسیون در کارخانه های اسمز معکوس برای محافظت از فرآیند اسمز معکوس استفاده می شود. اولتر افیلتراسیون وسیله ای موثر برای کاهش شاخص چگالی سیلت آب و حذف ذرات است که می توانند غشاهای اسمز معکوس را آلوده کنند. اولترافیلتراسیون اغلب برای پیش تصفیه آب های سطحی، آب دریا و آب شهری تصفیه شده بیولوژیکی در بالادست واحد اسمز معکوس استفاده می شود.

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 تقویت کننده برای افزایش جریان آب نیاز دارد.

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

سیستم های اولترافیلتراسیون چگونه کار می کنند؟

سیستم های اولترافیلتراسیون (UF) دارای فیلترهای غشایی متنوعی هستند که در آن فشار هیدرواستاتیکی حلال ها را به سمت غشای بسیار ریز فشار می دهد. غشا ذرات معلق و جامدات بزرگ را مسدود می کند در حالی که آب و املاح با وزن مولکولی کمتر اجازه عبور از غشاء را دارند.

در صنعت و کارهای تحقیقاتی از این فرآیند تصفیه برای خالص سازی و تغلیظ محلول های ماکرومولکولی (103 – 106 Da) استفاده می کنند که معمولاً محلول های پروتئینی هستند. اولترافیلتراسیون مشابه میکروفیلتراسیون، نانوفیلتراسیون یا جداسازی گاز است، با این تفاوت که در اندازه مولکولی که مسدود می کند متفاوت است.

برای برآوردن معیارهای تخلیه حیاتی، سیستم های اولترافیلتراسیون نیاز به زلال سازها و فیلتراسیون آب چندرسانه ای را حذف می کنند. سیستم‌های اولترافیلتراسیون از غشاهایی استفاده می ‌کنند که می ‌توانند غوطه‌ ور شوند و قابلیت شستشو با هوا را دارند. غشاهای اولترا فیلتراسیون مارپیچی عملکرد عالی را برای شفاف سازی آب فرآیند و فاضلاب ارائه می دهند.

اولترا فیلتراسیون در تصفیه آب

سیستم های اولترافیلتراسیون از الیاف غشایی توخالی برای حذف جامدات معلق، باکتری ها، ویروس ها و عوامل بیماری زا از آب ورودی به سیستم استفاده می کنند. پمپ ها آب تصفیه شده را از طریق منافذ میکروسکوپی می فرستند، که به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کند. صافی های اولترا فیلتراسیون برای حذف مواد جامد مانند علف های هرز و پلاستیک از آب تصفیه شده قبل از ورود به سیستم UF استفاده می شود. دستگاه های اولترافیلتراسیون با ارائه مداوم نتایج عالی در تصفیه آب و فاضلاب بسیار مفید بوده اند. پس از تصفیه UF، آب را می توان برای تصفیه بیشتر به سیستم اسمز معکوس فرستاد یا می توان مستقیما از آن استفاده نمود.

عوامل تاثیر گذار بر قیمت سیستم اولترافیلتراسیون

خصوصیات آب: عامل اصلی که هزینه سیستم اولترافیلتراسیون را بالا و پایین می‌ کند، مشخصات آب ورودی به سیستم است. تفاوتی ندارد آب سطحی باشد یا آب چاه مساله اصلی میزان آلودگی آب است.

اگر از آب رودخانه ای که آلوده است استفاده کنید، ممکن است مجبور شوید از پیش تصفیه استفاده نمائید تا به سطح معقول برسید. در کاربردهای اولترا فیلتراسیون در سیستم تصفیه فاضلاب، اگر فاضلاب شما دارای مقدار زیادی مواد جامد معلق باشد، ممکن است نیاز به طراحی لوله ‌ای در مقابل فیبر توخالی داشته باشید.

نرخ جریان: یکی دیگر از عواملی که باعث تفاوت در قیمت یا اندازه سیستم UF می شود، نرخ جریان است. به طور معمول یک سیستم اولترافیلتراسیون با سرعت جریان پیوسته بر اساس تعداد معینی گالن در روز کار می کند. آب خروجی به یک مخزن نگهدارنده می رود و بسته به سرعتی که می خواهید از آن استفاده کنید، آن آب در صورت تقاضا به نقاط استفاده پمپ می شود.

به عنوان مثال، یک کارخانه تولید مواد غذایی و نوشیدنی ممکن است به حدود 100 هزار گالن آب در روز نیاز داشته باشد، اما به دلیل استفاده از آن در طول دو شیفت، سرعت متوسط ​​جریان در روز ممکن است 100 هزار گالن باشد، اما زمانی که تاسیسات در 16 ساعت از آن استفاده می کند، میزان تقاضا بیشتر است. اگر می خواهید 10٪ جریان بیشتر داشته باشید، به 10٪ ماژول های بیشتر نیاز دارید که می تواند تأثیر زیادی در قیمت دستگاه اولترافیلتراسیون داشته باشد.

متریال مورد استفاده در ساخت دستگاه اولترافیلتراسیون: آخرین عاملی که بر هزینه سیستم اولترا فیلتراسیون تأثیر می گذارد، جنس متریال مورد استفاده در  سیستم است. در یک برنامه شهری که در آن از لوله‌های پی وی سی استفاده می ‌شود، هزینه کمتری نسبت به کاربردهای صنعتی، پزشکی خواهد داشت که در آن تمام لوله ‌های فولادی ضد زنگ مقدار قابل توجهی به هزینه اضافه می ‌کنند. در حقیقت وقتی الزام به استفاده از مصالح گرانبها وجود دارد هزینه راه اندازی سیستم مزبور شدیدا بالا می رود.