تصفیه آب با روش اولترافیلتراسیون

تصفیه آب برای مصارف کشاورزی یا تصفیه فاضلاب های صنعتی، بهداشتی و خانگی با استفاده از روش های مختلفی انجام می گیرد. یکی از روش های تصفیه آب، تصفیه به روش اولترافیلتراسیون است که امکان حذف ویروس ها و باکتری ها را هم فراهم آورده است. روش های تصفیه آب می تواند فیزیکی، شیمیایی و یا بیولوژیکی و یا تلفیقی از این سه روش باشد. در تصفیه به روش اولترافیلتراسیون از روش فیزیکی برای تصفیه استفاده می شود.

اولترافیلتراسیون چیست؟

به طور کلی فیلتراسیون یک روش تصفیه آب غشایی است که ذرات نامحلول و معلق در آب را طی فرایند تصفیه از آن جدا می کند. هرچه منافذ فیلتر تصفیه کوچکتر باشد توانایی حذف ذرات کوچکتری دارد. در گذشته فیلترهای شنی و ماسه ای مرسوم بوده اند اما با پیشرفت روزافزون فناوری، فیلترهای جدیدی مثل فیلترهای کربنی و نانو فیلترها و اولترافیلترها روی کار آمدند که سبب افزایش بازدهی تصفیه و حذف آلاینده های میکروبی آن می شوند.

در اولترافیلتراسیون از یک غشای نازک با منافذ بسیار بسیار ریز (با قطر چند نانومتر) برای تصفیه آب استفاده می شود. فشار هیدرواستاتیک آب نیروی محرکه این فرایند است. غشای اولترافیلتراسیون یک غشای نیمه تراوا است و تمام ذرات نامحلول و حتی باکتری ها و ویروس ها در پشت آن به دام می افتند. بنابراین بهترین گزینه برای گندزدایی آب است.

توانایی سیستم تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون

غشایی که در سیستم های اولترافیلتراسیون مورد استفاده قرار می گیرد UF (فرا فیلتر) نام دارد و از نی های توخالی از جنس پلی‌پروپیلن یا پلی‌آمید تشکیل شده است. منافذ این غشاء، قطری با اندازه 20 تا 200 نانومتر دارند یعنی کمتر از اندازه ویروس ها و باکتری ها (کوچکترین ویروس حدود 20 نانومتر و کوچکترین باکتری حدود 200 نانومتر قطر دارد). در نتیجه این غشا مانع عبور 99 درصد از عوامل بیماری زا می شود.

بنابراین روش اولترافیلتراسیون را می توان به عنوان یک روش ضدعفونی کننده آب در کنار روش های کلرزنی، تابش اشعه فرابنفش و تزریق گاز ازن قرار داد. در روش های غیر از اولترافیلتراسیون، گندزدایی باعث از بین رفتن و تجزیه موجودات زنده می شود اما لاشه ی آنها در آب باقی می ماند که می تواند خود بعدا مشکل ساز شود؛ ولی اولترافیلتراسیون هیچ گونه اثری از موجودات زنده در آب تصفیه شده بر جای نمی گذارد.

به علاوه روش های دیگر می تواند مضراتی داشته باشد مثلا باقیمانده های کلر برای انسان مضر است و باعث:

• ریزش مو
• حساسیت
• و حتی سرطان می شود

 

اما در گندزدایی با اولترافیلتراسیون هیچ گونه عارضه ای وجود نخواهد داشت. کدورت آب تصفیه شده با روش اولترافیلتراسیون بسیار ناچیز است و حداکثر به 300 NTU می رسد. زمانی که در تصفیه به روش اسمز معکوس از اولترافیلتراسیون در مرحله پیش تصفیه استفاده می شود، نیاز به عمل گندزدایی با کلر یا ازن از بین می رود و در نتیجه غشاهای دستگاه تصفیه آسیب نمی بیند. به علاوه، عمر غشاء افزایش می یابد و به شستشوی کمتری هم نیاز دارد.

کاربردهای اولترافیلتراسیون در تصفیه آب

اولترافیلتراسیون آب می تواند گل و لای و کدورت آن را حذف کند و آب تصفیه شده را برای مصارف صنعتی مثل صنایع فولاد مناسب سازد. در صنایع فولاد حذف کدورت آب به افزایش کیفیت محصولات تولیدی کمک خواهد کرد. در تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون تمام ذرات جامد معلق، تمام میکروارگانیسم ها، ذرات کلوئیدی و پروتئین ها و ملکول های بزرگتر از 10 نانومتر، از آب جدا می شوند. آب تصفیه شده با روش اولترافیلتراسیون را می توان برای صنایع غذایی و صنایع دارویی به کار برد.

منافذ ریز موجود در غشای UF باعث می شود ذرات روغن و گریس به راحتی پشت این فیلتر به دام بیفتد بنابراین برای تصفیه فاضلاب های صنعتی یا غذایی که حاوی مواد روغنی است و نیز برای تصفیه فاضلاب های صنایع نفت و پتروشیمی بسیار مناسب خواهد بود.

• برای تهیه آب آشامیدنی با کیفیت بالا از اولترافیلتراسیون استفاده می شود.

اولترافیلتراسیون آلاینده های آلی و رنگ و کدورت آب آشامیدنی را بین می برد. در خروجی تصفیه خانه های فاضلاب از اولترافیلتراسیون برای حذف کامل کدورت و میکروارگانیسم ها استفاده می شود. از این آب عاری از میکروارگانیسم به راحتی می توان برای آبیاری زمین های کشاورزی استفاده کرد.

برای تصفیه آب های زیر زمینی و آب های سطحی می توان از اولترافیلتراسیون استفاده کرد.

در صنایع کاغذسازی می توان برای حذف “لیگنین” از “اولترافیلتراسیون” استفاده کرد. با حذف لیگنین از خمیر کاغذسازی، کیفیت کاغذ ساخته شده و استحکام آن بالا می رود.

سایر کاربردهای اولترافیلتراسیون

1. در صنایع غذایی برای تغلیظ پروتئین شیر و نیز شفاف سازی آبمیوه ها از اولترافیلتراسیون استفاده می شود.
2. در صنایع غذایی و دارویی از اولترافیلتراسیون برای حذف آنزیم ها، هورمون ها، آمینو اسیدها و انسولین استفاده می گردد.
3. در صنایع نساجی برای حذف رنگ ها از پساب این صنایع از اولترافیلتراسیون استفاده می شود. وجود رنگ در پساب برای محیط زیست خطر دارد.

در فرایند تصفیه آب می توان پس از مرحله لخته سازی از اولترافیلتراسیون استفاده کرد و ذرات جامد لخته شده یا ته نشین شده را از آب حذف کرد. به طور کلی اولترافیلتراسیون یک مرحله از مراحل تصفیه آب است. اولترافیلتراسیون می تواند به عنوان مرحله پیش تصفیه انجام بگیرد و یا این که در مرحله نهایی تصفیه مثلا بعد از تصفیه با روش اسمز معکوس، برای رسیدن به آب با کیفیت بالاتر در کاربردها و صنایع خاص، و یا برای ضدعفونی کردن آب، از اولترافیلتراسیون استفاده می شود.

در تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون به چه مواردی باید دقت کرد؟

با توجه به این که تمام ذرات و میکروارگانیسم ها در پشت فیلتر می مانند، لازم است هر چند وقت یک بار این فرا فیلتر شسته شود. هر بار شستشوی در محل فیلتر به یک تا دو روز زمان نیاز دارد و فاصله میان شستشوها باید یک تا سه ماه باشد. شستشو به این صورت است که ابتدا فیلتر با محلول بازی شسته می شود، سپس با آب خالص؛ در مرحله بعد، فیلترها با محلول اسیدی شسته می شود و دوباره این کار با آب خالص تکرار می گردد. البته قبل از شستشو باید چند بار  شستشوی معکوس انجام شود سپس دستگاه خاموش شود.

اولترافیلتراسیون برای ذرات جامد و معلق

فرا فیلتراسیون برای مواردی مناسب است که فشار آب ورودی به دستگاه تصفیه آب صنعتی کم باشد. هر چه فشار آب پایین تر باشد، فرایند اولترافیلتراسیون بهتر انجام می گیرد. اولترافیلتراسیون برای ذرات جامد و معلق و نیز ذرات محلولی است که اندازه ای بیشتر از 20 نانومتر داشته باشند. مواد محلول و ملکولی های کوچکتر از غشای اولترافیلتراسیون عبور می کنند بنابراین لازم است در مواردی که سختی و میزان املاح آب اهمیت دارد از روش های دیگری نیز برای ارزیابی و کنترل میزان املاح و فلزات سنگین استفاده شود.

اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس

معمولا برای افزایش کیفیت آب، از هر دو روش استفاده می شود. ابتدا آب خام با استفاده از اولترافیلتراسیون تصفیه می شود و سپس آب خروجی از دستگاه اولترافیلتراسیون وارد دستگاه تصفیه به روش اسمز معکوس می شود. در نهایت آب خالصی به دست می آید که هم آلودگی های میکروبی آن گرفته شده است و هم سختی آن از بین رفته است. اولترافیلتراسیون ابتدایی آب، سبب افزایش عمر غشاهای اسمز معکوس می شود.

عمر غشاهای UF معمولا بین 3 تا 5 سال است و پس از این مدت باید غشا تعویض شود. البته با رعایت موارد ذکر شده و شستشوی به موقع می توان عمر غشا را افزایش داد؛ اما باید کارایی غشاء تحت نظر باشد چون عملکرد اولترافیلتراسیون وابسته به عملکرد غشای آن است. افزایش ضخامت غشاء به افزایش مقاومت و طول عمر آن کمک می کند.

دستگاه اولترافیلتراسیون چگونه کار می کند؟

در سیستم تصفیه اولترافیلتراسیون، آب خام یا ورودی با استفاده از پمپ خوراک (feed pump) وارد سیستم می شود. ابتدا قبل از رسیدن به غشای UF پیش تصفیه انجام می شود و با استفاده از فیلتر میکرونی ذرات درشت آب حذف می شود. سپس آب به غشای اولترافیلتراسیون می رسد و تمام ذرات بزرگتر از 0.02 میکرون محلول و نامحلول در آب حذف می شود. ضخامت بیشتر غشا به افزایش استحکام آن کمک می کند. ساختار غشا در مواردی متقارن و گاهی نیز نامتقارن است.

چون ذرات کلوئیدی و ملکول های درشت را می توان با این روش از آب جدا کرد، شفافیت آب از دیگر روش های تصفیه خیلی بیشتر خواهد بود. جریان حرکت آب می تواند از بیرون به داخل و یا در جهت معکوس یعنی از داخل به بیرون باشد. پس از تصفیه آب با اولترافیلتراسیون، دو نوع آب داریم، آب تصفیه شده و آب تغلیظ شده که آب تصفیه شده برای ادامه مراحل کار وارد مخزن تصفیه می شود. آب تغلیظ شده هم وارد لوله پساب می شود.

دستگاه اولترافیلتراسیون

دستگاه اولترافیلتراسیون به طور خودکار کار می کند و به همین خاطر کار با آن راحت است. بهتر است دستگاه اولترافیلتراسیون به طور پیوسته کار کند تا عملکرد و عمر بیشتری داشته باشد. اگر به دلایل مختلف دستگاه خاموش شد یا به این که به طور دوره ای کار می کرد باید دقت داشت که فیلترهای آن خشک نشوند. برای این کار لازم است فیلترها را در داخل محلول های خاصی مثل SMBS یک درصد قرار داد.

در مدت خاموش بودن دستگاه، باید هر روز دستگاه 20 تا 30 دقیقه شستشو شود یا این که هر 24 ساعت یک بار از آن استفاده شود. این کار باعث حفاظت از دستگاه در برابر آلودگی های میکروبی می شود. در صورتی که خاموشی سیستم بیشتر از دو روز طول بکشد لازم است محلول شیمیایی محافظ به آن بزنید.

• اگر دستگاه بیش از 7 روز خاموش بود، برای راه اندازی مجدد آن با شرکت سازنده دستگاه مشورت کنید و دستورالعمل های لازم برای شروع کار مجدد دستگاه را از شرکت بگیرید و کاملا رعایت کنید تا مشکلی برای فیلترها و بازدهی دستگاه پیش نیاید.

شستشوی دستگاه اولترافیلتراسیون

شستشوی دستگاه اولترافیلتراسیون، کنترل جریان آب در آن و نیز کنترل مسیرهای هوادهی آن همه با استفاده از سیستم PLC  انجام می گیرد. بعضی دستگاه های اولترافیلتراسیون به گونه ای طراحی و ساخته شده اند که سیستم در ساعات خاصی از روز به طور خودکار فیلترها را شستشو می دهد.

1. مدت زمان کار یک دستگاه اولترافیلتراسیون برای تصفیه آب تنها 45 دقیقه است.

غشاهای UF  می­تواند انواع مختلفی داشته باشد، غشاء می تواند از لوله های توخالی نی مانند یا از لوله های توخالی مارپیچی تشکیل شده باشد و یا این که حلزونی، صفحه ای و یا قاب دار باشد.

مزایای استفاده از اولترافیلتراسیون در تصفیه آب

نصب و راه اندازی سیستم اولترافیلتراسیون آسان است و هزینه زیادی هم ندارد؛ تعمیر و نگهداری دستگاه آسان است و بازدهی تصفیه بیش از 98% است. فشار آب ورودی به دستگاه اولترافیلتراسیون باید کم باشد، بنابراین برای کارکرد دستگاه تصفیه آب صنعتی اولترافیلتراسیون به انرژی کمی برای پمپاژ آب نیاز است و این روش باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

آلودگی های میکروبی و حتی ویروسی در اولترافیلتراسیون از آب جدا می شود و حتی لاشه ی آنها هم دیگر در  آب تصفیه شده وجود ندارد. لاشه میکروارگانیسم ها در آب تصفیه شده می تواند باعث بروز آلودگی های ثانویه در آب تصفیه شده شود چون لاشه آنها می تواند به عنوان یک منبع تغذیه خوب برای میکروب ها و موجودات ریز عمل کند.

1. مقاومت دستگاه و سیستم اولترافیلتراسیون در برابر اسیدی و بازی بودن آب بالا است و محدوده گسترده ای از pH را می توان تحمل کند.
2. دستگاه اولترافیلتراسیون ظرفیت بالایی برای تصفیه آب دارد. چون به ذخیره سازی آب نیاز ندارد و آب فقط باید از فیلترهای آن عبور کند.
3. غشاهای اولترافیلتراسیون مقاومت شیمیایی و مکانیکی بالایی دارند.

دستگاه تصفیه آب خانگی به روش اولترافیلتراسیون

دستگاه های تصفیه آب به روش اولترافیلتراسیون برای مصارف خانگی هم ساخته شده اند.

چون این دستگاه برای کار کردن نیاز به فشار بالایی ندارد به راحتی می توان از آن استفاده نمود. در مناطقی که آب آشامیدنی کیفیت خوبی ندارد و یا آب شرب وجود ندارد می توان از این دستگاه برای تولید آب شرب و حذف آلودگی های میکروبی آن استفاده کرد البته این دستگاه قادر به حذف نیترات و فلزات سنگین نیست و برای مناطقی که سختی آب زیاد است بهتر است از دستگاه های خانگی تصفیه آب به روش اسمز معکوس استفاده نمود.