اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون(UF) یکی از فرایندهای فیلتراسیون غشایی صنعت تصفیه آب است. غشاهای اسمز معکوس در دو نوع اسپیرال و هالو فایبر ساخته می شوند. این فرایند برای حذف ذرات معلق نامحلول و کدورت آب، خصوصاً در پیش تصفیه واحدهای اسمز معکوس مورد استفاده قرار می گیرد.

اولترافیلتراسیون ، یک فرآیند فیلتراسیون با استفاده از ممبران است که بر مبنای غشای نیمه تراوا جهت جداسازی ذرات با سایز یک دهم تا یک صدم میکرون به کار می رود. غشاهای این فیلتر از عبور ذرات با وزن مولکولی بالا، ذرات کلوییدی، مولکول پلیمرهای آلی و غیر آلی و تمامی ذرات با سایز بالاتر از ۲۰-۱۰ نانومتر از جمله گرده ها، جلبکها، باکتریها، ویروسها و میکروبها ممانعت می کند. سیستم اولترافیلتراسیون در فیلتراسیون محلولهای حاوی ذرات جامد معلق، باکتریها، و غلظت بالای ماکرو مولکولها مانند جداسازی مخلوط آب در روغن، آب میوه ها، صنایع شیر و لبنیات، صنایع دارویی، صنایع تولیدآب آشامیدنی و تصفیه پساب نسبت به سایر سیستمهای مشابه در فیلتراسیون ارجحیت دارد.

اولترافیلتراسیون

ممبرانهای hollow fiber پر کاربردترین نوع ممبرانهای اولترافیلتراسیون در تصفیه آب به شمار می روند. زیرا دارای سطح فیلتراسیون بالا در واحد حجم هستند و فضای محدودی را اشغال می کنند. این ممبرانها از تعداد زیادی تیوب با قطر ۰٫۶ تا ۲ میلیمتر تشکیل شده اند که در داخل هوزینگ معمولاً از جنس PVC به صورت یکپارچه قرار گرفته اند. آب ورودی به دو صورت “خارج به داخل”(Outside-in) یا “داخل به خارج”(Inside-out) به ممبرانها وارد می شود. آب خروجی فیلتر شده در هوزینگ ممبران UF تجمیع شده و به لوله اصلی آب فیلتر شده هدایت و با جریان خروجی هوزینگ های دیگر تجمیع و به لوله خروجی هدایت می شود. شستشوی  اتوماتیک(فلاشینگ) ،شستشوی معکوس همراه هوا و شستشوی شیمیای در دوره های زمانی مشخص(یا در صورت فولینگ) از ملزومات اصلی کارکرد سیستم اولترافیلتراسیون است.

به طور معمول در ممبرانهای هشت اینچ UF ، فلاکس فیلتراسیون حداکثر ۱۲۰ LMH می باشد. فلاکس شستشوی معکوس حداقل ۲۰ درصد بالاتر جریان نرمال ورودی به ممبرانها انتخاب می شود و برای ممبرانهای ۸ اینچ از ۱۰۰ LMH تا ۱۸۰ LMH انتخاب می شوند. برنامه زمان بندی شستشو نیز به طور منظم و همینطور براساس اختلاف فشار جریان ورودی و خروجی به ممبرانها انجام می شود.

ممبرانهای Hollow fiber حتماً نیازمند پیش تصفیه مناسب برای جلوگیری از آسیب به ممبرانها می باشند. ذرات معلق بالای ۲۰۰ میکرومتر، مقادیر TSS بالاتر از ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر، مقادیر COD بالاتر از ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر منجر به آسیب دیدگی ممبرانها حتی در کوتاه مدت می شود. البته خروجی ممبرانهای UF آب با کیفیت برای ورود به ممبرانهای اسمز معکوس است. مقادیر SDI کمتر از ۲٫۵ و کدورت کمتر از ۰٫۱ NTU در خروجی پکیج اولترافیلتراسیون قابل دسترس بوده که نرخ فولینگ ممبرانهای RO را به شدت کاهش می دهد.

جایگزینی فرایندهای متداول پیش تصفیه واحدهای اسمز معکوس با فرایند اولترافیلتراسیون نیازمند توجه به ملاجظات فنی متعدد است. فرایندهای سنتی پیش تصفیه نظیر فیلترهای شنی و کربنی اگرچه فیلتراسیون بسیار ضعیف تری نسبت به دستگاه های UF دارند ولی در مقایسه با اولترافیلتراسیون نسبت به تغییرات کیفیت آب ورودی بسیار مقاوم هستند. به عنوان مثال افزایش ناگهانی کدورت و ذرات معلق نامحلول در آب ورودی به دلایل مختلف، توانایی آسیب قابل توجه به فرایندهای سنتی را ندارد. لیکن افزایش ناگهانی آلودگی های فیزیکی آب ورودی به UF می تواند منجر به خسارات سنگینی به ممبرانهای آن شود. با توجه به قیمت بالای ممبرانهای UF ، توجه به ریسک ناشی از خسارات در شرایط پیش بینی نشده آب دریا نظیر کشند قرمز، شکوفایی جلبکی، جریانهای آشفته در دریا و افزایش قابل توجه فعالیت میکروارگانیسم های زنده ضروری است.

به طور خلاصه می توان گفت که در صورت توجیه اقتصادی استفاده از پکیج UF در واحدهای آب شیرین کن اسمز معکوس یا دستگاه های تصفیه آب صنعتی، این روش کارآمدترین و مدرن ترین روش پیش تصفیه در دنیا است. کیفیت بالای آب خروجی اولترافیلتراسیون ضامن کارکرد مداوم و کم هزینه در بخش شیرین سازی به روش RO می باشد.

شرکت مهندسی فران توانایی طراحی و تامین پکیجهای کامل اولترافیلتراسیون به عنوان یک سیستم تصفیه غشایی مقرون به صرفه با نصب سریع و سهولت در استفاده و همچنین به روز رسانی سیستمهای موجود با در نظر گرفتن مدولهای جدید و یا تغییر تنظیمات سیستم را داراست.

مزایای استفاده از سیستم اولترافیلتراسیون

  • نصب راحت و آسان
  • فضای اندک مورد نیاز جهت نصباولترافیلتراسیون
  • توانایی بالای حذف ویروس و باکتری
  • عدم نیاز به تزریق منعقد و کمک منعقد کننده ها جهت کاهش کدورت
  • کاهش مصرف مواد شیمیایی
  • ارتقاء آسان سیستم
  • حداقل نیاز به اپراتور
  • طول عمر بالای ممبران
  • کاهش هزینه در سیستم اسمز معکوس
  • کاهش دفعات شستشوی معکوس سیستم اسمز معکوس
  • کیفیت بالای آب خروجی(SDI کمتر ار ۲٫۵)

معایب فرایند اولترافیلتراسیون

  • هزینه بالای سرمایه گذاری اولیه
  • نیازمندی به اپراتور متخصص
  • آسیب پذیری بالای غشاهای هالوفایبر نسبت به فولینگ بیولوژیکی
  • عدم امکان جایگزینی تیوبهای معیوب در یک وسل
  • نیازمندی به پیش تصفیه اولیه جهت جلوگیری از ورود ذرات بزرگتر از ۱۰۰ میکرومتر
  • عدم امکان استفاده برای فیلتراسیون آب با کدورت بالا
  • عیب یابی نسبتاً دشوار ممبرانها
  • آسیب پذیر نسبت به وجود COD بالا در آب ورودی
  • آسیب پذیر نسبت به پدیده کشند قرمز و شکوفایی جلبکی در خلیج فارس

بهره برداری از ماشین یا دستگاه اولترافیلتراسیون

ماشین یا دستگاه اولترافیلتراسیون به پکیج یا مجموعه ای کامل مشتمل از ممبرانهای UF، سیستم کنترل، لوله های ارتباطی، شیرهای کنترلی و مخازن مرتبط گفته می شود که به صورت اتوماتیک عملیات مربوط به فیلتراسیون غشایی آب ورودی را انجام می دهد. حفظ کارایی و عملکرد ممبرانهای اولترافیلتراسیون مستلزم بکارگیری سیستم کنترل مبتنی بر اصول بهره برداری ممبرانهای UF و رعایت کامل اصول راهبری از دستگاه است. به طور معمول حفظ کارایی ممبرانها منوط به انجام صحیح عملیاتهای مختلف ذیل است:

شستشوی مستقیم(Forward Flush)

عملیات شستشوی مستقیم برای کاهش آلودگیهای تجمع یافته روی سطح غشا و با هدف کاهش مقاومت در برابر شستشوی معکوس و کاهش مصرف آب به مدت ۱۰ تا ۳۰ ثانیه در فواصل زمانی مشخص به صورت اتوماتیک انجام می شد. تنظیم فواصل شستشوی مستقیم وابسته به کیفیت آب ورودی به دستگاه اولترافیلتراسیون متغیر است. در این عملیات شیر جریان permeate  بسته شده و آب ورودی پس از شستشوی ممیران از خط concentrate خارج می شود.

شستشوی معکوس(Backwash)

عملیات شستشوی معکوس برای جداسازی ذرات معلق در بافت و سطح ممبران با هدف پاکسازی ممبران انجام می شود. شستشوی معکوس با استفاده از آب فیلتر شده جمع آوری شده در مخزن permeate انجام می شود. در این عملیات آب به صورت معکوس از خط permeate وارد ممبران شده و پس از شستشوی معکوس ممبران اولترافیلتراسیون از خط آب خام ورودی یا خط concentrate خارج می شود. این عملیات با دبی بالاتز از کارکرد معمول دستگاه UF انجام می شود. به طور معمول زمان بندی عملیات شستشوی معکوس به صورت منظم یا براساس افت فشار ممبران هر کدام که زودتر فرابرسد، انجام می شود. امکان انجام عملیات شستشوی معکوس به سه صورت شستشوی بالا، پایین و همزمان با توجه به دستورالعمل های بهره برداری و کیفیت آب خام ورودی با توجه به بسته یا باز بودن خطوط آب خام و concentrate وجود دارد.

شستشوی معکوس شیمیایی(CEB)

در عملیات شستشوی معکوس شیمیایی (Chemical Enhanced Backwash) از مواد شیمیایی در حین عملیات شستشوی معکوس استفاده می شود. استفاده از مواد اکسید کننده کلری یا اسید در حین این عملیات، پتانسیل رشد بیولوژیکی و ترسیب ترکیبات فلزی نظیر ترکیبات آهن را روی ممبران کاهش می دهد. برای افزایش میزان اثر بخشی پاکسازی عملیات، ممبرانها به مدت ۱ تا ۳ دقیقه با محلول آب حاوی مواد شیمیایی خیسانده(Soak) می شوند. در حالت خیساندن، پمپ آب شستشوی معکوس خاموش شده و با بسته شدن شیرهای خروجی آب حاوی محلول کلر یا اسید به مدت مشخص در محفظه ممبران باقی می ماند.

شستشوی شیمیایی (CIP)

شتشوی شیمیایی(Chemical In Place) با هدف جلوگیری از فولینگ بیولوژیکی و رسوبهای فلزی در فواصل زمانی یک تا سه ماه انجام می شود. در این عملیات ممبرانها به واسطه محلولهای مواد شیمیایی قلیایی و اسیدی با غلظت و دمای مشخص پاکسازی می شود. عملیات CIP به صورت دستی انجام شده و با توالی مشخص شامل عملیات شستشوی مستقیم، معکوس، سیر کولاسیون، خیساندن و تخلیه می شود.

 

شرکت مهندسی فران طراح و سازنده ماشین های اولترافیلتراسیون آب با ظرفیتهای مختلف، آماده ارائه خدمات به مشتریان محترم است.