[سیستم های تصفیه آب] - اولترافیلتراسیون

[Honey.ChEng]

اولترافیلتراسیون

اولترافيلتراسيون (UF) فرآيند غشائي تصفيه آب، جهت حذف ذرات معلق، باكتريها، ويروسها، اندوتوكسين و ديگر پاتوژنهاي موجود، جهت توليد آب با خلوص بالا و SDIپايين مي باشد. در طي اين فرايند،جريان سيال ورودي بصورت مماسي از سطح ممبران عبور داده شده و به دو فاز آب تصفیه شده (Permeate) و آب تغلیظ یا پساب (Concentrate ) تقسیم میشود.

قطر حفرات روی سطح غشاء قادر به حذف ذرات معلق تا قطر 0/01 میکرون می‌باشد، از این رو 99/99% از میکروارگانیزم ‌ها، باکتری ‌ها و ذرات معلق توسط این غشاها به صورت فیزیکی حذف گشته و NTU آب خروجی به کمتر از 0/02 مي رسد. فشار عملكردي فیلترهای UF پايين و در حدود 0/5 تا 1 بار مي باشد. با توجه به قابليتهاي بالاي اين سيستمها، امروزه از اولترافيلترها به عنوان تکنولوژی جایگزین سیستمهای متداول نظیر فيلترهاي شني، UV وBagfilter در پيش تصفيه آبهاي سطحي، آب دريا و نيز پيش تصفيه سيستمهاي اسمز معكوس و ديگر سيستمهاي غشائي بكار برده مي شوند.


راندمان حذف آلاينده ها توسط سيستم الترافيلتراسيون





اولترافيلتراسيون (UF) قادر به حذف کلوئيدها، باکتريها، ويروس ها و ترکيبات آلي با وزن مولکولي زياد است در نتيجه اين غشاها مستعد گرفتگي هستند. غشاهاي اولترافيلتراسيون (UF) از دو لايه تشکيل مي شوند. يک لاية بسيار نازک (1 تا mµ 5) و يک پرده متخلخل ريز با ضخامت (25 تا mµ 50) و يک لايه زيرين بسيار متخلخل، دبي فرآيند فيلتراسيون با مواد جامد معلق و غلظت ناشي از پلاريزاسيون کاهش مي يابد و سبب پس زدن ناخالصي ها مي شود.

 

[Honey.ChEng]

تصوير ميکروسکوپي غشاء اولترافيلتر
​

فرآيند اولترافيلتراسيون (UF) در پزشکي نيز براي جداسازي پلاسماي خون به کار مي رود و همچنين در صنعت نيز کاربردهاي زير را دارد :
غليظ سازي سوسپانسيون ماکرومولکول ها (يعني الکل پلي وينيل)، بازيافت عناصر خاص از فاضلاب و غليظ سازي امولسيون.
الترافیلترها (Ultrafilter) به شکل ساختار لوله اي مو مانند ميان تهي نازک هستند که به آن فيبر گفته مي شود . فيبر به شکل U پيچ داده مي شود . هزاران عدد ازاين فيبرهاي U مانند به شکل دسته اي از فيبر در آمده و در داخل آوندهاي لوله اي تحت فشار قرار داده مي شوند که اين کار باعث افزايش بيش از حد سطح صاف سازي مي شود ، اين آوندها تحت فشار (لوله ها) باعث مي شوند تا سيستم غشايي فيبر ميان تهي بسيار فشرده و کارآمد شود. آب از ميان غشاء عبور کرده و قسمت تغليظ شدة (باقيمانده يا زائد) آن در قسمت ورودي بر جا مانده و قسمت ديگر اين آب که آب که آب صاف شده است و به آن آب تراوشي هم گفته مي شود به سمت ديگر غشاء راه مي يابد.

 

[Honey.ChEng]

جريان آب در غشاء مي تواند از داخل به بيرون و يا از بيرون به داخل باشد . در صورتي که جهت جريان از سمت داخل به بيرون غشلء باشد به آن جريان عرضي گفته مي شود و اگر جهت جريان از سمت بيرون به داخل غشاء باشد به آن جريان متقاطع گفته مي شود.
در نوع جريان عرضي ، قسمت تغليظ شده در سمت داخل بوده و بخش نفوذي در قسمت بيروني غشاء است در حاليکه در نوع جريان متقاطع عکس اين حالت برقرار است يعني بخش تغليظ شده در قسمت بيروني و قسمت نفوذي در سمت داخلي غشاء مي باشد .
استفاده از سيستم غشايي فيبر ميان تهي نازک رايج بوده و معمول ترين شکل غشاهاست که در تصفيه خانه ها استفاده مي شود.

 

[Honey.ChEng]

نمودار جريان در يک سيستم اولترافيلتر


​

مقايسه فيلتراسيون آب در سيستم التراسيون به روشهایinside-outوoutside-in
​

 

[Honey.ChEng]

مقايسه نحوه فيلتراسيون آب در دو مدلDead-end FlowوCross-flow
​

مكانيسم عملكردي الترافيلترها بر اين اساس است كه در اين سيستمها، آب با ورود به ممبرانها به دو فاز، آب تصفيه شده (Permeate) و آب تغليظ شده يا پساب (Concentrate) تقسيم مي شود. سپس آب تغليظ شده وارد لوله اصلي پساب و آب تصفيه شده جهت ضدعفوني نهائي به مخزن ذخيره هدايت مي شود. بطور كلي عملكرد سيستمهاي UF مشتمل بر دو سيكل پيوسته فيلتراسيون آب و سپس شستشوي فيلترها مي باشد.

نحوه شستشوي معکوس سيستم اولترافيلتر
​

 

[Honey.ChEng]

مزاياي استفاده ازسيستمهاياولترا فيلتراسيون:
• حذف بسيار موثر ذرات معلق، پاتوژنها، ميكروارگانيسمها، باكتريها، ويروسها و ذرات كلوئيدي
• عملكرد بسيار بالاي فيلتراسيون
• نرخ پايين گرفتگي ممبران
• مقاومت بالا در برابر حرارت، مواد شيميايي و عوامل اكسيد كننده
• قابليت شستشوي معكوس دوره اي جهت بهبود عملكرد سيستم
• سرعت جریان بالاتر (flux ) و مقاومت بهتر در برابر آلودگی
• تأمين آب با كيفيت بسيار بالا با كمترين ميزان انرژي
• افزایش طول عمرممبرانهاي سيستم RO به سبب کاهش ميزان بالاي ذرات ورودی به سيستم

كاربرد سيستم اولترافيلتراسيون در تصفيه آب و فاضلاب
• پیش تصفیه سیستم های RO و NF
• گندزدائي و زلال سازي آب آشامیدنی
• پيش تصفيه آبهاي سطحي و آب دريا
• تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی
• صنايع نفت و گاز و پتروشيمي
• صنايع لبني
• صنايع توليد مواد غذايي و نوشيدني
• صنايع داروسازي
• دياليز و ديگر سيستمهاي تصفيه خون
• آب سرد كن ها و مكانهاي شرب عمومي
• فروشگاهها، بيمارستانها، مدارس، ادارات و رستورانها
• پالایش روغن موجود در سیکل آب برگشتی
• بازیافت و تصفیه آب تبرید
• صنايع نساجي




ارزيابي نتايج عملکردي سيستم الترافیلتراسیون در طول دوره 4 ساله حاکي از كاهش کدورت آب خروجي از واحد Ultrafiltration در 90% مواقع به ميزان کمتر از NTU0.2تا0.5 و SDI کمتر از 2 مي باشد، همچنين نتيجه بررسي راندمان کارکرد سيستم هاي اصلي تصفيه خانه نشانگر حذف 99 درصد از املاح محلول (TDS) آب خام ورودي به تصفيه خانه توسط سيستم اسمز معکوس و کاهش تقريبي 98 درصد از سختي آب توسط سيستم نانوفيلتراسيون مي باشد.
با توجه به نتايج فوق و بررسي راندمان 95-90% حذف کدورت در آزمايش جار جهت اين نمونه ها می توان نتیجه گرفت، سيستم اولترافيلتراسيون مي تواند با توجه به سهولت در راهبري و کارکرد بهينه در شرايط متغيير آب خام ورودي به سيستم از آنجاييکه منجر به کاهش گرفتگی و تخريب ممبرانها وافزايش بازدهی وطول عمر آنها و کاهش شستشوي دوره اي (CIP)سيستم های اسمزمعکوس و نانوفيلتر (RO/NF)به کمتر از 7 ماه يکبار و در نتيجه کاهش هزينه شستشو،زمان توقف وعملکرد ازدسترفته سيستم به ويژه در صنايعي که در آنها ميزان آب مصرفي بالا بوده و با کمبود فضا مواجه هستند، مناسبترين روش پيش تصفيه باشد.
با توجه به اينکه نتايج فوق در شرايط متغيير آب خام ورودي به سيستم حاصل شده است، مي توان استنباط کرد که تغييرات کيفيت و شرايط آب خام بر راندمان حذف کدورت توسط سيستم الترافيلتراسيون (Ultrafiltration)تاثير چنداني نخواهد داشت.

 

[P O U R I A]

اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون تکنولوژی جداسازی توسط ممبرین است که بر مبنای غشای نیمه تراوا جهت جداسازی محلول های حاوی ترکیبات مفید و غیرمفید به کار برده می شود. اختلاف فشار، نیروی محرک جریان، جهت عبور از میان غشای ممبرین می باشد. ساختار نامتقارن ممبرین های UF باعث جدا شدن ذرات بزرگتر از وزن مولکولی ممبرین و باقی ماندن آن ها در سطح ممبرین می شود در حالیکه ذرات کوچکتر از میان ساختار ممبرین عبور می کنند. فیلتراسیون، پالایش، جداسازی و تغلیظ محلول زمانی که غلظت مواد باقیمانده بر سطح ممبرین افزایش پیدا می کند به پایان می رسد. ممبرین های (PVDF UF) ممبرین هایی جدید با بافت تو خالی جهت جداسازی، فیلتراسیون و تغلیظ مواد می باشند. قطر داخلی بافت ها تقریباًmm0.8-0.7 و قطر خارجی آن ها mm1.3-1.1 است. میزان وزن جداکننده مولکولی از 100000-5000 dalton و بافت های ممبرین پوشیده شده توسط پوشش رزینی اپوکسی پوشیده (pack) شده است.
در غشاهای اولترافیلتراسیون، علاوه بر اندازه مولکول ها، جاذبه های بین اجزاء و غشا در فرآیند تاثیرگذار است. اختلاف فشار اسمزی در دو طرف غشا با توجه به عبور نمک ها و یون ها از غشا خیلی زیاد نیست و بنابراین فشار لازم برای انجام اولترافیلتراسیون در حدود 2 تا 7 بار می باشد که نسبت به فشار اعمالی در فرآیند نانوفیلتراسیون فشار کمتری است. شار به دست آمده در اولترافیلتراسیون با توجه به اندازه حفره های غشا بیش از نانوفیلتراسیون و اسمزمعکوس و کمتر از میکروفیلتراسیون است. با توجه به خصوصیات شمرده شده از این فرآیند، می توان در عملیات تصفیه، تغلیظ و تفکیک استفاده نمود.




به طور کلی کاربرهای غشا اولترافیلتراسیون شامل موارد زیر است:

1- کاربرد اولترافیلتراسیون برای آب فوق خالص
- خالص سازی اولیه آب های صنعتی با اولترافیلتراسیون
- پیش تصفیه آب فوق خالص
- پیش تصفیه برای نمکزدایی آب دریا
- پس تصفیه برای آب های فوق خالص

2- کاربرد اولترافیلتراسیون در صنایع زیست محیطی
- تصفیه پساب های صنعتی با اولترافیلتراسیون

3- کاربرد اولترافیلتراسیون در صنایع غذایی و نوشیدنی
- تصفیه آب های معدنی
- خالص سازی و تصفیه آبمیوه
- حذف پروتئین و آنزیم


4- کاربرد اولترافیلتراسیون در صنایع مختلف
- صنایع لبنی ( تغلیظ شیر و پنیر)
- صنایع داروسازی (آنزیم ها، آنتی بیوتیک ها )
- صنایع نساجی
- صنایع شیمیایی
- صنایع کاغذسازی
- صنایع چرم


مزایای فرایند اولترافیلتراسیون
- کیفیت بالای محصول فیلتر شده
- حذف باکتری و ویروس
- فشار پایین عملیاتی
- بازده بالا
- کاهش نیاز به مواد شیمیایی
- هزینه عملیاتی پایین
- کاهش کدورت تا NTU 1/ 0
- شستشوی راحت
اگرچه اکثر ممبرین های اولترافیلتراسیون به شکل فیبر توخالی (Hollow Fiber) می باشند، شرکت CSM توانسته است ممبرین های UF به شکل حلزونی (Spiral-Wound) نیز تولید کند. ممبرین های UF از جنس های مختلفی می باشند که از آن جمله می توان به پلی پروپیلن (PP)، پلی وینیلیدن فلوراید.