اولترافیلتراسیون یک فرایند پیشرفته تصفیه آب است که از غشاهای نیمه نفوذپذیر برای حذف ذرات معلق، باکتری‌ها، ویروس‌ها و مواد محلول با وزن مولکولی بالا استفاده می‌کند. این فناوری، میکروفیلتر و نانوفیلتراسیون را دربرمی‌گیرد و ذرات با اندازه 0.1 تا 0.01 میکرون را از آب حذف می‌کند. در صنعت تصفیه آب، اولترافیلتراسیون با کاهش نیاز به انرژی، بهبود کیفیت آب را تضمین کرده و از عدم استفاده از مواد شیمیایی تصفیه آب نیز بهره می‌برد. در این مقاله از خلیج فارس، توضیح می‌دهیم که اولترافیلتراسیون چیست و کاربرد آن را در صنعت تصفیه آب، بررسی می‌کنیم.
UF یا همان اولترافیلتراسیون چیست؟
همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، اولترافیلتراسیون (ULTRA FILTRATION) یک فرآیند پیشرفته تصفیه آب است که معمولاً در میانه میکروفیلتر و نانوفیلتراسیون قرار می‌گیرد. این فرایند با استفاده از غشاهای نیمه نفوذپذیر، بخش قابل توجهی از آلاینده‌های حل شده یا معلق در آب را حذف می‌کند. ذرات با ابعاد 0.1 تا 0.01 میکرون، شامل انواع میکروارگانیسم‌ها، باکتری‌ها، ویروس‌ها، املاح، ذرات معلق، پروتئین، آنزیم‌ها و مواد دیگر، توسط آنتصفیه می‌شوند.
یکی از مزایای استفاده از فیلترهای ULTRA FILTRATION، عدم استفاده از مواد شیمیایی پالایش‌کننده مانند کلر است، که موجب حذف 90 تا 95 درصد از آرسنیک‌ها در آب می‌شود. از دید دیگر، با توجه به ایجاد فشار بهینه، استفاده از اولترافیلتراسیون می‌تواند به کاهش هزینه‌های واحدهای تصفیه آب کمک کند. مقاومت بالای این فیلترها در برابر عناصر شیمیایی و قابلیت شستشوی آسان آنها، عمر طولانی و کارآمدی آنها را در پروژه‌های مختلف صنعتی و شهری تضمین می‌کند.
برای تهیه دستگاه تصفیه آب با کیفیت بالا به صفحه قيمت دستگاه تصفیه آب مراجعه کنید.
مراحل و مکانیزم انجام اولترافیلتراسیون در تصفیه آب صنعتی
فیلترها و مراحل تصفیه آب توسط دستگاه‌های اولترافیلتراسیون (UF) از ۳ تا ۶ فیلتر مختلف تشکیل شده و این مراحل، مؤثر در بهبود کیفیت آب مصرفی است. هرچه تعداد فیلترها و مراحل بیشتر باشد، تصفیه آب بهتر و در نتیجه، آلاینده‌های بیشتری از آب حذف می‌شوند.
یک دستگاه سه مرحله‌ای اولترافیلتراسیون به این صورت عمل می‌کند:
- فیلتر پروپیلن: حذف املاح درشت به اندازه ۵ میکرون و بیشتر، شامل گل، لای، شن و ماسه از آب.
- فیلتر کربن اکتیو: حذف کلر و مواد جانبی آن از آب، که در ریزش مو و خشکی پوست مؤثر است.
- فیلتر کربن بلاک: بهبود بو و مزه آب و مکمل فیلتر قبلی.
دستگاه‌های اولترافیلتراسیون با 3 فیلتر به مراتب مؤثرتر از دیگر دستگاه‌های تصفیه آب محسوب می‌شوند. این تجهیزات از فیلترهای اضافه تر و فرایندهای بیشتری استفاده می‌کنند، از جمله:
- فیلتر UF: این فیلتر با غشای میان تهی از پروپیلن، به تصفیه آب می‌پردازد و تا ۹۰٪ از میکروارگانیسم‌ها، باکتری‌ها و سموم کشاورزی را حذف می‌کند.
- فیلتر پست کربن: بهبود طعم و مزه آب.
- فیلتر مینرال: بازیابی مواد معدنی مفید مانند کلسیم و پتاسیم به آب.
این مراحل ترکیبی از فناوری‌های مختلف، بهبود چشمگیری در کیفیت و مزه آب ایجاد می‌شود. که در ادامه مراحل فیلتراسیون در سیستم غشایی اولترافیلتراسیون را مورد بررسی قرار داده‌ایم.
فرایند پیش تصفیه غشایی در چهار دسته فعالیت طبقه‌بندی می‌شود:
- فرایند جریان (Processing): جریان مستقیم: تمام آب از غشاها عبور می‌کند و MWCO از آن جدا می‌شود. ممکن است این سوال برایتان پیش بیاید که MWCO چیست؟ در جواب این سوال باید بگوییم که MWCO یک اختصار است که به معنای “حداکثر وزن مولکولی قابل عبور” است. این مفهوم در زمینه فیلتراسیون و تصفیه آب، به ویژه در فرآیند‌های استفاده از غشاها، به کار می‌رود.
- جریان برگشتی: بخشی از جریان خروجی به سیستم خوراک برگشت داده می‌شود. این سیستم نیازمند شستشوی دوره‌ای است و از کنترل فشار روی ممبران (TMP) و بررسی جریان فلوک‌های خروجی استفاده می‌کند.
- جریان غشایی (شار غشایی) که نشان‌دهنده میزان آب فیلتر شده توسط غشا است و شار غشایی برای پیش تصفیه بین 40 تا 80 Lmh طراحی می‌شود. با افزایش شار عبوری از غشاء و تجمع مواد جامد، گرفتگی منافذ غشاء افزایش می‌یابد. در فشار غشاء (TMP) نیز اختلاف فشار ورودی و خروجی روی غشاء است و فشار غشا بر رسو بگذاری غشاء و دوره کارکرد فیلتراسیون تأثیرگذار است. TMP نیز برای سیستم‌های پیش تصفیه بین 0.2 تا 1 بار است.
- نفوذپذیری غشا نیز ضریب برای فیلترهای UF حدود 75 Lmh/bar 500 یا 5 gfd/Psi 20 است و اندازه‌گیری در 25 Lmh/bar یا 1 gfd/psi انجام می‌شود.
بیشتر بخوانید: حذف بو در تصفیه خانه فاضلاب
جنس ممبران های اولترافیلتراسیون
جنس ممبران‌های اولترافیلتراسیون معمولاً از موادی مانند پلی اترسولفون (PES)، پلی وینیلیدین دی فلوراید (PVDF) و پلی سولفون (PS) است. PES به عنوان یک ماده آبدوست، سریعاً مرطوب می‌شود و قابلیت نفوذ آن افزایش می‌یابد. این ماده دو مزیت اصلی دارد: اولاسرعت مرطوب شدن سریع و افزایش نفوذ؛ دوماً، مقاومت بیشتر در برابر گسستگی از خود نشان می‌دهد.
PVDF و PES از جمله مواد غشایی متداول هستند. عموماً PES دارای نفوذپذیری بالاتر است، اما مقاومت کمتری در برابر کلر دارد. به عبارت دیگر، PVDF دارای مقاومت بیشتری است. انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر فشار ویژگی‌های مهمی در غشاها هستند، به ویژه در شرایط شستشو با هوا که با شوک برروی الیاف غشاء همراه است. غشاهای PES تحت شستشو با هوا ممکن است به شکست فیبر غشاء و ایجاد حفرات گلدانی در سطح غشاء منجر شوند، بنابراین تنها با آب باید شسته شوند.
سیستم‌های پیش تصفیه باید با توجه به فشارهای بالا طراحی شوند و تحمل فشار بالا از 2.7 تا 5 بار را داشته باشند. در صورت استفاده از غشاهای PES، احتمال شکست مکرر سطح غشاء وجود دارد (به دلیل تغییرات فشار در فرآیند اسمز معکوس تا 5 بار). به همین دلیل، از غشاهای PVDF به دلیل مقاومت بیشتر استفاده می‌شود. هرچند هزینه غشاهای PVDF بیشتر است، اما به دلیل مقاومت بیشتر و کیفیت آب خروجی بالاتر، در مواقعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تجربه نشان داده است که غشاهای PVDF برای تصفیه آب‌های شور با پتانسیل رسوب گذاری بالا و تشکیل بیوفیلم، مناسب‌تر هستند.
افزایش بازدهی دستگاه اولترافیلتراسیون
اگر کنجکاو هستید بدانید که اهمیت افزایش بازدهی دستگاه اولترافیلتراسیون چیست؟ باید بگوییم که کمک بزرگی در بهبود عملکرد و بهره‌وری سیستم می‌کند و این امر در صنعت تصفیه آب دارد. از این رو در ادامه، چندین راهبرد برای افزایش بازدهی دستگاه اولترافیلتراسیون را مرور خواهیم کرد:
- انتخاب ممبران با جنس و خصوصیات مناسب برای شرایط خاص آب و فرایند، می‌تواند بهبود قابل توجهی در بازدهی دستگاه داشته باشد. بهینه‌سازی جنس ممبران (مانند PVDF یا PES) و نحوه تنظیم فشار درونی ممبران نقش مهمی در این بخش دارد.
- تنظیم بهینه فشارها، سرعت عبور آب از ممبران (شار) و زمان‌های شستشو و بازسازی می‌تواند در بهبود بازدهی کمک کند. شناخت دقیقتر فرایند و شرایط محیطی می‌تواند در این زمینه موثر باشد.
- ممکن است غشاها به رسوبات یا بیوفیلم متصل شوند، اعمال شستشوهای شیمیایی پیشرفته می‌تواند به حفظ کارایی آنها کمک کند.
- اطلاعات بهبود یافته در مورد مدیریت بیوفیلم و جلوگیری از تشکیل آن می‌تواند در افزایش بازدهی و ایجاد شرایط بهینه برای ممبران‌ها مؤثر باشد.
- رصد و نظارت مداوم بر شرایط عملیاتی، فشارها، و کیفیت خروجی ضروری است تا مشکلات به سرعت تشخیص داده شده و راهکارهای بهینه‌سازی اعمال شوند.
- کارکنان آموزش دیده و با آگاهی از شرایط فرآیند بهتر می‌توانند در بهینه‌سازی عملکرد و جلوگیری از مشکلات کمک کنند.
- به‌روزرسانی دستگاه به وسیله تکنولوژی‌های نوین و نرم‌افزارهای هوشمند می‌تواند در افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها مؤثر باشد.
- بهینه‌سازی سیستم انرژی مصرفی نیز می‌تواند به افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌ها کمک کند.
هر کدام از این اقدامات ممکن است به تنهایی یا به ترکیب با یکدیگر، بهبود مستمری در عملکرد دستگاه اولترافیلتراسیون را فراهم کنند.
مزایای استفاده از اولترافیلتراسیون
استفاده از فناوری اولترافیلتراسیون در پالایش آب برخی مزایا و افتراقات مهم در مقایسه با روش‌های دیگر ارائه می‌دهد. این مزایا عبارت‌اند از:
- استفاده از اولترافیلتراسیون امکان پالایش آب بدون نیاز به مواد شیمیایی پیش تصفیه، مانند پلیمر، را فراهم می‌کند. این موضوع باعث کاهش هزینه‌های مرتبط با تهیه و استفاده از این مواد می‌شود.
- در صورت استفاده از اولترافیلتراسیون قبل از فیلتر اسمز معکوس، رسوبات در غشاهای اسمز معکوس به شدت کاهش می‌یابد. این امر باعث افزایش عمر مفید این غشاها می‌شود.
- با استفاده از اولترافیلتراسیون، نیاز به دفعات مکرر رسوب‌زدایی شیمیایی از فیلتر اسمز معکوس کاهش می‌یابد، که این امر به کاهش هزینه‌های مرتبط با این فرآیند منجر می‌شود.
- اولترافیلتراسیون به دلیل توانایی خود در حذف ذرات کمیاب و حفظ کیفیت آب، بازدهی بالایی دارد. این ویژگی از اهمیت زیادی برخوردار است.
- سیستم‌های اولترافیلتراسیون با مصرف انرژی کم و هزینه‌های بهره‌وری مناسبی همراه هستند که به بهینه‌سازی هزینه‌های عملیاتی کمک می‌کند.
- این فناوری به صورت اتوماتیک و با اینترفیس کاربری ساده کار می‌کند، که نیاز به حضور مداوم اپراتور را کاهش می‌دهد.
- فرایند اولترافیلتراسیون باعث حذف کامل یاکلیه ذرات معلق، ویروس‌ها، باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا از آب می‌شود.
- در اولترافیلتراسیون، گرفتگی و رسوب‌گذاری در خود فیلتر تصفیه آب به حداقل ممکن می‌رسد.
بهترین راه برای بهتره بردن از سیتم اولترافیلتراسیون، تهیه تصفیه آب با قیمت مناسب است. به همین منظور می توانید به صفحه قیمت فیلتر تصفیه آب مراجعه و مدل مورد نظر را انتخاب کنید.
با روش اولترافیلتراسیون آب چه مواد و آلاینده‌هایی از داخل آب حذف می‌شوند؟
در فرایند تصفیه آب با استفاده از غشای اولترافیلتراسیون UF، اقدام به حذف انواع آلاینده‌ها از جمله پاتوژن‌ها، میکروارگانیسم‌ها، کلوئیدها، عوامل باکتریایی، میکروب‌ها، تخم میکروب‌ها، انواع ویروس‌ها، گونه‌های مختلف قارچ محلول، املاح اضافه، ذرات معلق، و سایر آلاینده‌ها می‌شود. استفاده از این روش تصفیه به‌خصوص با غشاهای نیمه تراوا، به دلیل کارایی بالا و کاهش چشمگیر فضای مورد نیاز برای نصب، جلب توجه زیادی دارد.
با این وجود، برای دستیابی به حذف کامل رنگ، بو، طعم ناخوشایند آب و حتی انتقال سیستم به سطوح بالاتر تصفیه، استفاده از سیستم‌های اسمز معکوس همچنان ضروری است. یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد استفاده از تصفیه اولترافیلتراسیون، اشغال فضای بسیار کمتر توسط این سیستم‌هاست، به‌طوری‌که نسبت به سیستم‌های سنتی تا پنجاه درصد کمتر به فضای فیزیکی نیاز دارند.
جمع‌بندی
در این مقاله از خلیج فارس توضیح دادیم که اولترافیلتراسیون چیست و ضمن بررسی مراحل و مکانیزم انجام اولترافیلتراسیون در تصفیه آب صنعتی، در مورد مزایا و کاربردهای آن نیز صبحت کردیم. امیدواریم که این مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. از اینکه تا انتها همراه ما بودید، سپاسگزاریم.