تصفیه آب به روش اولترا فیلتراسیون UF

چه زمانی از الترافیلتر (Ultrafilter) استفاده کنیم؟

زمان آن فرا رسیده است که کاربران صنعتی سیستم های اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتر (NF)، هزینه و مزایای عملیاتی میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) را به عنوان پیش تصفیه RO ارزیابی کنند. این امر به ویژه در هنگام مواجهه با نیاز به تصفیه یک منبع آب ورودی به سیستم با رسوب بالا مانند آب های سطحی، فاضلاب یا برداشت آب دریا از طریق آبگیر باز صادق است. سیستمی که با یک سیستم غشایی MF/UF قبل از یک سیستم RO طراحی شده است، به عنوان یک سیستم غشایی یکپارچه (Integrated Membrane System: IMS) نامیده می شود. رویکرد طراحی IMS برای سیستم های تصفیه آب دارای مزایای قابل توجهی نسبت به سیستم های RO طراحی شده با پیش تصفیه معمولی است:
• بار رسوب کلوئیدی به RO با SDI (شاخص چگالی سیلت) و کدورت به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
• کیفیت فیلتر MF/UF بسیار ثابت می ماند زیرا یک مانع غشایی مطلق است. این امر حتی برای آن دسته از منابع آب سطحی یا فاضلابی که به دلیل کیفیت، به سرعت در حال نوسان هستند نیز صادق است.
• تواتر تمیز کردن RO به دلیل رسوب کلوئیدی کاهش می یابد.
• سیستم های MF/UF نسبت به برخی از فرآیندهای فیلتراسیون معمولی، به ویژه آنهایی که مستعد اختلالات سیستم هستند، به زمان کمتری نیاز دارند و کارکرد آنها آسان تر است.
• دفع ضایعات متمرکز MF/UF نسبت به فرآیندهای پیش تصفیه مرسوم بهبود یافته از نظر شیمیایی آسان تر است.
• مساحت مورد نیاز کمتر است، گاهی اوقات برای سیستم های بزرگ این عدد به ۵ برابر می رسد.
• طراحی جهت قابلیت توسعه آینده آسان تر است.
• هزینه های عملیاتی رقابتی و در برخی از طرح ها کمتر است.

لزوم پیش تصفیه قبل از پلانت RO

غشاهای RO نسبت به مواد رسوب‌دهنده مانند کلوئیدها، رسوب معدنی و توسعه بیوفیلم (بیوفیلینگ) بسیار حساس هستند. شاخص چگالی سیلت (SDI مطابق با ASTM) ابزار مفیدی برای ارزیابی ذرات و به طور گسترده، رسوب غشایی (SDI گسترش یافته) است. تامین کنندگان غشاهای RO معمولاً نیاز دارند که SDI15 آب ورودی به دستگاه کمتر از ۵ باشد و در واقع به طور کلی توصیه می کنند که SDI15 باید کمتر از ۳ باشد (DOW، Hydranautics، Toray spec.)
اگر این پارامتر برای تعیین کمیت ذرات و NOM در برخی موارد به خوبی شناخته شود، متأسفانه SDI پارامتر کافی برای توصیف رفتار RO در یک آب معین نیست. پیش تصفیه همچنین باید بار مواد آلی را کاهش دهد تا هم جذب ( رسوب ) و هم رشد باکتری ( رسوب زیستی ) کاهش یابد.

فن آوری های پیش تصفیه

با نگاهی به فن آوری های پیش تصفیه موجود برای زلال سازی آب دریا قبل از RO، یک طبقه بندی سریع و آسان موارد زیر را به دست می دهد:
– پیش تصفیه مرسوم با استفاده از فیلتراسیون مستقیم: طراحی پیش تصفیه مرسوم (ضدعفونی، انعقاد/لخته سازی، ته نشینی، فیلترهای چند بستری و کارتریج) به طور گسترده در پلانت های RO آب دریا برای حذف کدورت اضافی و مواد جامد معلق و برای رعایت استانداردهای سختگیرانه برای غشاء استفاده شده است. کیفیت آب خوراک، برحسب SDI مشخص شده است.
– پیش زلال سازی توسط غشاء: اولترافیلتراسیون (UF) و میکروفیلتراسیون (MF) با غشاهای داخل یا خارج و سیستم های غوطه ور یا تحت فشار. این فناوری ها در زلال سازی آب برای آب آشامیدنی یا تولید آب فرآیندی به خوبی شناخته شده اند. در مورد حذف ذرات، راندمان برای هر دو فناوری UF و MF تقریباً ۱۰۰٪ است. این مربوط به کدورت، TSS و جلبک است.
کارایی در مورد ترکیبات محلول مانند NOM بسیار محدودتر است، با نرخ حذف در محدوده ۵٪ و عمدتاً مربوط به بزرگترین مولکول ها است. از نظر طراحی و کنترل رسوب غشایی، UF و MF همیشه توسط یک آشغالگیر با مش از ۵۰۰ تا ۵۰ میکرومتر مطابق با مشخصات غشا محافظت می شوند.
برای تصفیه آب با کیفیت بسیار بد، برای بهبود کیفیت آب تغذیه کننده RO یا بهینه سازی طراحی (افزایش شار فیلتراسیون و کاهش سطح غشاء، کاهش فرکانس تمیز کردن، عمر غشا)، می‌توان یک انعقاد/ته‌نشینی شناور اضافه کرد.
– انعقاد و ته نشینی: به عنوان “یک پیش تصفیه برای پیش تصفیه بعدی” در نظر گرفته می شود که قبل از یک فیلتراسیون بستر عمیق قرار دارد، این فرآیند در آب شور به خوبی شناخته شده است اما برای آب دریا به دلیل توسعه آبگیری سطحی، تعداد کمی در مقیاس کامل بهره برداری وجود دارد.
علاوه بر این، جایگزینی فناوری ته نشینی با یک مرحله شناورسازی می تواند جالب باشد. در هر دو مورد، انعقاد کامل اجازه حذف بهتر NOM را می دهد و می تواند با کیفیت بد آب دریا، کدورت بالا، تعداد جلبک ها (کشند قرمز و شکوفه ها)، آلودگی های هیدروکربنی مواجه شود.
ته نشینی و شناورسازی را می توان با فیلتراسیون بستر عمیق یا UF/MF دنبال کرد. در آخرین مورد، شناورسازی، که بدون کمک لخته‌کننده عمل می‌کند، یک مزیت قطعی برای کنترل رسوب‌زدگی غشای زلال‌ساز ارائه می‌دهد.

غشای اولترافیلتراسیون

غشاهای اولترافیلتراسیون قادر به جداسازی مواد بزرگتر مانند کلوئیدها، ذرات، چربی ها، باکتری ها و پروتئین ها هستند و در عین حال به قندها و سایر مولکول های با وزن مولکولی کم اجازه عبور از غشا را می دهند. با محدوده اندازه منافذ بین ۰.۰۱ و ۰.۱ میکرومتر، اندازه منافذ غشای اولترافیلتراسیون بین نانوفیلتراسیون و میکروفیلتراسیون قرار می‌گیرد.
غشاهای UF معمولاً بین ۵۰ تا ۱۲۰ PSI (4/3 تا ۸.۳ بار) کار می کنند و برای هدایت فرآیند جداسازی به فشار غشایی وابسته هستند. فرآیندهای غشایی با استفاده از اولترافیلتراسیون (UF) در احیای فاضلاب و آب آشامیدنی برای حذف میکرو آلاینده ها و مواد آلی طبیعی استفاده می شود. مطالعات متعدد حذف ریزآلاینده های معمولی مانند آفت کش ها، آلکیل فتالات ها و مواد آلی طبیعی NOM را توسط غشاهای UF نشان داده اند (Piai et al., 2019).