اولترافیلتراسیون (ULTRA FILTERATION) گونه ای از ممبرانهای غشایی برای امور تصفیه آب است که معمولاَ بین میکروفیلتر و نانوفیلتراسیون قرار میگیرد و توانایی دفع بخش مهمی از آلایندگی‌های محلول یا معلق در آب را خواهد داشت. آلایندگی‌های با اندازه 0.1 الی 0.01 میکرون که توسط اولترافیلتراسیون ها گرفته میشود، میتواند شامل انواع میکرو ارگانیسم‌ها، باکتریها و ویروسها، املاح، ذرات معلق، پروتئین، آنزیم‌ها و… باشد.
عدم استفاده از مواد شیمیایی پالایش‌کننده همانند کلر، یکی دیگر از مزایای تصفیه با فیلترهای UF خواهد بود. بطوریکه به تنهایی قادر به حذف 90 الی 95 درصد از آرسنیک‌های موجود در آب هستند. همچنین با توجه به اختلاف فشار بهینه‌ای که ایجاد میکنند، استفاده از اولترافیلتراسیون به کاهش هزینه‌های واحدهای تصفیه آب کمک میکند. مقاومت مناسب آنها در برابر عناصر شیمیایی و قابلیت شستشوی راحتشان، عمر طولانی این فیلترها را نیز برای پروژه‌های مختلف صنعتی/شهری تضمین می‌نماید.
اولترافیلتراسیون چیست؟
اولترا فیلتراسیون از مهمترین انواع غشاهای نیمه‌تراوا محسوب میشود که کمک شایان توجهی به ارزانتر شدن فرآیندهای تصفیه آب نموده است و بلحاظ شکلی، در انواع مختلفی تولید میشوند. اندازه منفذهای (حفره‌های) روی غشای اولترا فیلتراسیون، میتواند بین 0.1-0.01 micron باشد. اما نکته‌ی جالبتر اینجاست که نه تنها ذرات با اندازه‌ی بزرگتر از 0.1-0.01 نمیتوانند از این غشاها عبور کنند. بلکه با ایجاد فشارهای هیدرواستاتیکی، ذرات/املاح با وزن مولکولی بالا نیز در پشت دیواره‌ی غشا گیر میکنند.
در ادامه به نحوه دقیق فعالیت آنها در امور تصفیه آب، خواهیم پرداخت.
تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون
طی فرآیند تصفیه آب توسط غشای اولترافیلتراسیون UF، انواع آلاینده‌هایی نظیر:
- پاتوژنها،
- Micro organisms،
- کلوئیدها،
- عوامل باکتریایی،
- میکروبها، تخم میکروبها و برخی از انواع ویروس،
- گونه‌های مختلف قارچ محلول،
- املاح اضافه و ذرات معلق و…
از آب حذف و دفع خواهند شد. به‌همین دلیل است که استفاده از غشاهای نیمه تراوا برای امور تصفیه، با تقاضاهای زیادی روبرو بوده است. اگرچه که برای نابودی کامل رنگ، بو و طعم شور یا ناخوشایند آب، بایستی از سیستمهای اسمز معکوس کمک گرفت. یکی از ویژگیهای بکارگیری سیستم تصفیه اولترافیلتراسیون، اشغال فضای بسیار کمتر توسط آنهاست. بطوریکه تا پنجاه درصد کمتر از سیستمهای سنتی تصفیه آب، به فضای فیزیکی برای استقرار نیاز دارند. بیاد داشته باشید که:
اگرچه آب در مراحل پیش تصفیه و در فیلترهای شنی، از روی بسترهای ترکیب‌شده از شن‌ریزه و سیلیس عبور داده میشود. اما در مراحل بعد و به کمک تصفیه آب توسط اولترا فیلتراسیون، «سیلیس و پلیمرهای موجود در آب» گرفته میشود.
سم‌های آندوتوکس و عناصر اضافه‌شده بوسیله‌ی علف‌کش‌ها نیز، به کمک غشای UF از آب پاکسازی میشوند. نهایتاَ نیز نوبت به حذف مضرات بجای مانده از دودها بر روی آب می‌رسد؛ که این کار نیز توسط فیلترهای اولترا (UF) انجام میشود.
نکته: بسیاری از فیلترهای UF تصفیه آب، فاقد مخزن نگهداری آب هستند. بنابراین چنین غشاهایی، هیچگونه محدودیتی برای امر پالایش آب نخواهند داشت.
تصفیه آب با اسمز معکوس و فیلتر UF
اولترا فیلتراسیون غالباَ بعنوان یک فرآیند پیش تصفیه، برای سیستم اسمز معکوس در نظر گرفته میشود. باتوجه به دقت ذرات/املاح گیری اولترافیلتراسیون ها، معمولاَ پس از میکروفیلتراسیون و قبل از نانو فیلتراسیون قرار می‌گیرند. گاهاَ نیز کارفرمایان به دلیل:
- مصرف انرژی زیاد؛
- و هزینه‌های بالای راه اندازی و نگهداری
سیستمهای اسمز معکوس، تنها به استفاده از غشای UF و NF بسنده میکنند. نکته‌ی قابل اهمیت، حمایت جانبی هریک از فیلترها از فیلتراسیون بعدی است. چنانکه با نصب فیلتر شنی، میتوان به افزایش عمر مفید اولترافیلتراسیون و میکرو فیلتراسیون کمک نمود؛ و همچنین نصب UF نیز، به افزایش عمر کارکردی سیستمهای اسمز معکوس کمک خواهد کرد.
مهمترین مزایای اولترافیلتراسیون UF
انواع غشای اولترا فیلتراسیون UF دارای ویژگی‌ها و مزیت‌های جالب توجهی هستند که از مهمترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره داشت:
- قادر به از بین بردن لایه‌های روغنی از آب هستند.
- هماهنگی مناسب با سیستمهای RO به‌جهت تصفیه آب
- اشغال فضای کمتر؛ در قیاس با سیستمهای پالایشگر سنتی آب
- آبی مناسب را پس از تصفیه، تحویل میدهند.
- موجب کاهش فشار به سیستمهای اسمزمعکوس و دستگاه آب شیرین کن صنعتی میشوند.
- هیچگونه احتیاجی به بهره‌گیری از مواد لخته‌ساز در فرآیند تصفیه آب، احساس نمیشود. (گاهاَ درصد کمی از مواد شیمیایی مورد استفاد قرار میگیرد)
- فرآیند مقرون بصرفه
- PH سیال را دستخوش تغییر نمی‌کند. (امکان کنترل)
- امکان حذف بیش از نود درصد از پاتوژنها و عوامل باکتریایی
- قابلیت نابودسازی بسیاری از میکروبها را دارند.
- نحوه نصب و کار غیرپیچیده‌ای دارند.
- قابلیت جریاندهی پرفشار به آب برای عبور از منافذ غشای UF (اولترا فیلتر)
- هیچ اثر مخربی بر روی طبیعت ندارند.
- سختی آبها را تا حدود بسیار زیادی حذف میکنند.
- بیشتر امور فرآیند تصفیه آب توسط اولترافیلتراسیون UF، بصورت خودکار و نیمه-خودکار انجام میشود. (کاهش دخالت پرسنل)
- دستگاه اولترا فیلتراسیون را به‌سادگی میتوانید ارتقا دهید.
- میزان مصرف انرژی بهینه‌تری دارند. (بدلیل اعمال فشار کمتر نسبت به سیستمهای RO)
- چه در مدلهای استیل و چه در مدلهای پلیمری، دچار زنگ زدگی نخواهند شد.
- امکان تمیزسازی بصورت Backwash
- نابودسازی عناصر کلوئیدی، آرسنیک‌ها و سیلیس‌ها از آب
- در برابر حرارت‌های نسبی، دچار اضمحلال نمی‌شوند.
- کاهش نیاز به نیروی انسانی
- بدلیل ساختار خاصشان، کمتر از میکروفیلتراسیون ها دچار انسداد میشوند.
- دارای ضریب SDI پایین
- عملیاتهای تصفیه آب به روش اولترا فیلتر UF با فشار پایین صورت می‌پذیرد.
- تقسیم آب به دو فاز غلظ و غیرغلیظ.
موارد کاربرد اولترافیلتراسیون
موارد استفاده از ممبرانهای اولترافیلتراسیون UF بسیار گسترده است. در واقع ویژگیهای جذاب، کارآمد و متعدد فیلترهای UF موجب شده تا روز به روز به کاربردهای آنها افزوده شود. از مهمترین موارد کاربرد اولترا فیلتر میتوان به نمونه‌های زیر اشاره داشت:
- استفاده برای نیازهای خانگی تأمین آب
- حذف فلزات شیمیایی سنگین و عناصر روغنی برای صنایع نفت و پالایشگاه‌های پتروشیمی
- تصفیه آب به روش اولترا فیلتراسیون UF در تأسیسات شهری آب و فاضلاب
- صنایع گاز
- تفکیک و دفع لایه‌های گریس و روغن برای کارخانجات تولیدات لبنی و غذایی
- بکارگیری جانبی در واحدهای تصفیه صنعتی آب دریا
- ممانعت از واردشدن عناصر معلق دریاها و لکه‌های OIL به مخازن مصرف آب آشامیدنی
- سیستمهای پالایش پساب/فاضلاب بیوراکتورهای غشایی
- صنعت دارویی
- کارخانه‌های نورد فولاد
- به‌کار گیری در فرآیندهای پیش‌تصفیه برای تولید آب مقطر. (کمک برای فشار کمتر به دستگاه دیونایزر)
- ریکاوری و سختی‌گیری آبهای در جریان در فرآیندهای خنک کنندگی سیستمهای کولینگ
- نمک زدایی و املاح گیری آبهای معدنی
- نصب در دستگاه‌های پالایش آب کارخانجات تولید کفش، رنگسازی، تولید کاغذهای صنعتی و کارخانجات نساجی
- واحدهای تولید نوشیدنی. (گرفتن املاح و ذرات معلق میوه‌ها)
- پالایش و ضدعفونی سازی آبهای سطحی و منابع آب زیرزمینی.
کاربرد اولترافیلترهای UF در صنایع لبنی
فرآیندهای تصفیه آب در صنایع لبنی با استفاده از اولترا فیلتراسیون، نانوفیلتراسیون‌ها و البته سیستمهای RO صورت می‌پذیرد. با استفاده از این فیلتر UF، امکان تفکیک و دفع عناصری نظیر:
- هورمون‌ها،
- پروتئین،
- آلبومین‌ها،
- Amino acid،
- انسولین‌ها
- و انواع آنزیم
از فرآورده‌های لبنی، آبها و پسابها فراهم میشود. جداسازی قدرتمند چنین عناصری توسط غشای اولترافیلتراسیون UF، شرایط استفاده از این فیلترها را در صنایع دارویی و آزمایشگاهی گسترش داده است. یکی دیگر از کاربردهای اولترا فیلترها، امکان کم‌نمودن شاخص چگالی سیلت سیال می‌باشد.
نحوه عملکرد غشای اولترا فیلتراسیون UF
غشای اولترافیلتراسیون UF عملکردی شبیه به میکروفیلتر و نانوفیلترها دارد. بطوریکه همانند آنها با فشار پمپ آب، تحت فشار قرار گرفته و جریان آب را از منافذ خود عبور میدهد. اما ذرات ماکرومول (با جرم مولکولی بالا) در پشت دیواره‌ی غشا گیر می‌افتند. درنتیجه تنها ذرات با اندازه ۲/۰ N.T.U به مراحل بعدی پالایش راه می‌یابند. میزان اختلاف فشارهای ایجادشده در واحدهای بهره گیرنده از اولترافیلتراسیون UF در حدود نیم الی ده BAR می‌باشد. برخی از فیلترهای UF نیز بسته به مدل ساخت، بین 0.3 الی 7.5 بار اختلاف فشار ایجاد میکنند. درواقع همین:
- اختلاف فشار؛
- و وجود منافذ ریز غشای UF
است که موجب به تله افتادن ذرات، املاح و لخته‌ها و عبور راحت آب خواهد بود.
جداسازی فازهای مختلف آب توسط اولترافیلتراسیون
معمولاَ سیستمهای تصفیه آب مجهز به اولترا فیلتراسیون، مجهز به شیرآلاتی هستند که پس از فرآیند پیش‌تصفیه، امکان تفکیک آب به 2 فاز:
- آبهای تصفیه‌شده یا Permeate (ترکیب سیال (آب)، املاح و لاکتوزهای محلول)؛ و
- آبهای پرغلظت یا Concentrate (آب، عناصر FAT، لاکتوز، پروتئینها و سایر املاحات)
را بوجود می‌آورد. تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون، همچنین بلحاظ عدم استفاده از کلر/اوزون دارای دو نکته‌ی مثبت است. یعنی از یکسو بواسطه‌ی عدم برخورد با کلر، از طول عمر فیلتر UF کاسته نمیشود. و از سوی دیگر از واردآمدن اثرات مخرب کلر بر آب، اجتناب خواهد شد.
تفاوت اولترافیلتراسیون لوله ای و توخالی
انواع غشاهای اولترا فیلتراسیون تصفیه آب معمولاَ در اشکال مختلف:
- مارپیچی،
- تو خالی؛ و
- UF لوله ای
طراحی و تولید میگردند. در اولترافیلتراسیون توخالی از توده‌های فیبرهای کاور شده با رزین پلیمری PU استفاده شده و حالت مادولار دارند. اینگونه غشاهای نیمه تراوا اگرچه به آبهای شور دریایی حساسیت دارند. اما بکواش آسانتری داشته و افت فشار پایینتری در آنها رخ می دهد. همچنین آبهای با دبی زیاد را برای تصفیه پوشش خواهند داد. ضمناَ مساحت سطح بیشتری را نیز نسبت به حجم خود ارائه میدهند.
درمقابل اولترافیلتراسیون‌های لوله ای، از قطر درونی بالاتری بهره می برند. درنتیجه در برابر ذرات معلق و جامدات مقاومت بیشتری داشته و آب را بهتر پالایش میکنند. همچنین سرعت جریان بالاتری را ارائه داده و فرآیند تصفیه را تسریع می بخشند.
نگهداری و شستشوی اولترا فیلتر UF
احیای غشای اولترا فیلتراسیون، یکی از امور مهمیست که برای تداوم فرآیندهای تصفیه آب لازم و ضروریست. استفاده از WATERJET، ازمهمترین راهکارها برای شستشوی بافشار منافذ غشای UF می‌باشد. منافذی که توسط توده‌های املاح‌های انباشته شده، دچار انسداد و گرفتگی شده‌اند. مواد شیمیایی تمیزکننده نیز میتوانند بسته به میزان آلایندگی آبی که مورد تصفیه قرار گرفته است، استفاده شوند. البته اولترافیلتراسیون ها همانند فیلترهای نانو و میکرو، دارای واحد بکواش می‌باشند.
لازم به‌ذکر است که چنانچه غشاهای UF بطور مداوم مورد شستشو و احیا قرار نگیرند، ممکن است تغییرات مخرب زیر در آنها رخ دهد:
- پوسته‌پوسته‌شدن
- رسوبگیری
- تجزیه به مرور زمان.
نکته‌ی پراهمیت اینجاست که به هنگام تمیزکاری غشای اولترافیلتراسیون UF، بایستی بدانید که میخواهید چه توده‌هایی را تمیز کنید. بنابراین توجه داشته باشید که:
- سرویس مواد آلی گیر کرده روی غشا:
چنانچه با فیلتر UF لوله‌ای روبرو باشیم، بهتر است از تمیزکننده‌های قلیایی با میزان کف غیرزیاد (0.6%-1%) استفاده نمایید. مدت زمان شستشو بسته به ضخامت توده‌های کثیف روی غشا، بین 35 دقیقه تا 1 ساعت باشد.
- سرویس غشاهای درگیر با مواد غیرآلی:
اسیدشویی با استفاده از citric acid با غلظت کمتر از 4%. (طی یک الی سه ساعت)
- شستشوی اولترافیلتراسیون درگیر با مواد آلی و غیرآلی:
اسیدشویی با اسیدهای سولفوریک و NITRIC ACID.
قیمت اولترافیلتراسیون
به‌جهت تعیین قیمت اولترا فیلتراسیون ها (UF) میتوان به فرآیند قیمتگذاری نانوفیلترها و میکروفیلترها نیز رجوع نمود. زیرا تمامی این فیلترها بلحاظ کارکرد، نسبتاَ شبیه به‌هم بوده و بیشتر در بحث «اندازه‌ی املاح‌گیری» متفاوت می‌باشند. اصلی‌ترین پارامترهای موثر بر قیمت گذاری غشای اولترا فیلتراسیون UF عبارتست از:
- میزان دقت در تصفیه آب
- متریال بکاررفته برای هوزینگ. (میتواند از استیل یا پی وی سی باشد که در برابر اشعه‌های فرابنفش خورشیدی مقاوم می‌باشند و هرگونه احتیاج به پرشروسل را از بین می برند)
- وجود/عدم وجود مخزن آب در طراحی
- سایز اولترا فیلتر UF
- شکل غشا (مارپیچی، فیبری تو خالی، پایپی)
- قطر داخلی فیبر غشای UF توخالی؛ بین 0.5 الی 1.5 mm (مدلهای ارزان تر)
- قطر داخلی غشاهای uf لوله ای؛ بین 1 الی 2.5 cm. (مدلهای گرانتری که لوله‌ها در آن با steel یا grp تقویت میگردند)
- برند تولید کننده
- محدوده‌ی اختلاف فشاری که برای عبور سیال، میتواند ایجاد شود.
- وجود شیر تفکیک کننده‌ی فازهای آب
- متریال شاسی دستگاه های مربوطه (غالباَ از شاسی‌های فولادی استفاده میشود)
- کیفیت طراحی و تولید و جنس قطعات مکانیکال/الکتریکال مورد استفاده و غیره.
با تمام موارد عنوان شده، باز هم توصیه میکنیم جهت دریافت قیمت دقیق غشای اولترا فیلتراسیون، با کارشناسان واحد فروش و مشاوره مجموعه سازآب تماس حاصل نمایید.
