اولترافيلتراسيون 

UF طي يك فرآيند فيزيكي ذرات جامد را براساس اندازه آن ها از مايع جداسازي مي كند.

(Ultrafiltration (UF يك فرآيند فيلتراسيون غشايي شبيه به اسمز معكوس Reverse Osmosis ميباشد كه با استفاده از فشار هيدرواستاتيك آب را از ميان يك غشاي نيمه نفوذپذير عبور مي دهند. اندازه منافذ غشاي اولترافيلتراسيون معمولاً 103 – 106 دالتون است. اولترافيلتراسيون (UF) يك مانع تحت فشار براي جامدات معلق ، باكتري ها ، ويروس ها ، اندوتوكسين ها و ساير عوامل بيماري زا براي توليد آب با خلوص بسيار بالا و چگالي لجن پايين است.

اولترافيلتراسيون (UF) نوعي فيلتراسيون غشايي است كه در آن فشار هيدرواستاتيك مايع را بر روي يك غشاي نيمه نفوذ پذير عبور مي دهد. مواد جامد معلق و املاح با وزن مولكولي بالا حفظ مي شوند ، در حالي كه آب و املاح كم وزن مولكولي از غشاء عبور مي كنند. اولترافيلتراسيون اساساً با اسمز معكوس ( آب شيرين كن صنعتي ) ، ميكروفيلتراسيون يا نانوفيلتراسيون متفاوت نيست ، مگر از نظر اندازه مولكولهايي كه آن را حفظ مي كند.

نحوه عملكرد اولترافيلتراسيون 

اولترافيلتراسيون از الياف توخالي مواد غشايي استفاده مي كند و آب خوراك يا درون پوسته يا در لامپ الياف جريان مي يابد. مواد جامد معلق و املاح با وزن مولكولي بالا حفظ مي شوند ، در حالي كه آب و املاح كم وزن مولكولي از غشاء عبور مي كنند. اولترافيلتراسيون اساساً با اسمز معكوس ، ميكروفيلتراسيون يا نانوفيلتراسيون متفاوت نيست ، مگر از نظر اندازه مولكولي كه آن را حفظ مي كند. هنگامي كه از لحاظ استراتژيك با ساير فن آوري هاي تصفيه در يك سيستم آب كامل تركيب مي شود ، UF براي از بين بردن كلوئيدها ، پروتئين ها ، باكتري ها ، پيروژن ها ، پروتئين ها و ماكرومولكول هاي بزرگتر از اندازه منافذ غشاء از آب ايده آل است.

مزايا

• عدم نياز به مواد شيميايي (منعقد كننده ها ، لخته ها ، ضد عفوني كننده ها ، تنظيم pH)
• فيلتراسيون ذرات براساس اندازه ذرات آن ها
• كيفيت خوب و ثابت آب تصفيه شده از نظر حذف ذرات و ميكروب ها
• فضاي اشغالي اندك
• اتوماسيون ساده
• سازگار با محيط زيست

الترافيلتراسيون چه تركيباتي را حذف مي كند؟

• اندوتوكسين ها
• پلاستيك
• پروتئين ها
• سيليس
• سيل
• دود
• ويروس ها

نگهداري و بهره برداري

سيستم هاي اولترافيلتراسيون داراي فيلترهاي غشايي بسيار ريز ميباشند كه بايد به درستي تميز شوند. فرآيند تميز كردن مورد استفاده بستگي به اين دارد كه آيا از سيستم UF براي از بين بردن آلاينده هاي آلي يا معدني يا حتي هر دو استفاده مي شود. براي از بين بردن آلاينده هاي آلي پروتكل تميز كردن كلي براي تميز كردن غشاهاي لوله اي استفاده از مواد شوينده قليايي متوسط با فوم كم در 0.6٪ تا 1٪ براي حداكثر 40 تا 60 دقيقه است. براي از بين بردن آلاينده هاي غير آلي بهترين روش شست و شو با اسيد سيتريك با غلظت حداكثر 3.0٪ است. اسيد بايد به مدت 1 تا 3 ساعت گردش كند. از اسيد هيدروكلريك نيز مي توان براي تميز كردن غشاها استفاده كرد ، همانطور كه مي تواند اسيد اگزاليك ، سولفوريك و نيتريك باشد.

اسمزمعكوس 

اسمزمعكوس (Reverse Osmosis) فرايند تصفيه آبي است كه در آن از فشار براي معكوس نمودن جريان اسمزي آب از درون يك غشاي نيمه‌تراوا براي توليد آب خالص و حذف يون‌ها، مولكول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده مي‌شود. اگر يك غشاي نيمه‌تراوا بين دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گيرد آب به صورت طبيعي و تحت خاصيت اسمزي از غلظت پايين‌تر به غلظت بالاتر جريان پيدا ميكند. اين پديده تا هنگامي كه پتانسيل‌هاي شيميايي دو طرف برابر گردند ادامه دارد. در حالت تعادل اختلاف فشار بين دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزي است. اگر فشاري برابر با اختلاف فشار اسمزي به محلول غليظ‌تر اعمال گردد جريان آب قطع ميشود. در صورتي‌كه فشار اعمال شده بيشتر از فشار اسمزي باشد، جهت جريان طبيعي آب، معكوس ميگردد.

در اين روش آب با فشار از ميان غشايي گذرانده مي‌شود كه نيترات و ساير مواد معدني و بسياري از مواد شيميايي و ميكروارگانيسم‌ها (عمدتاً باكتري‌ها) را حذف مي‌كند. نيم تا دو سوم آب پشت اين غشا باقي مي‌ماند كه به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ريخته مي‌شود. مي‌توان پسماند خروجي را مجدداً به سيستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جويي به عمل آيد. اگر پسآب خروجي كه نيم تا دو سوم آب را تشكيل مي‌دهد در يك سيكل چرخشي وارد شود مي‌توان راندمان سيستم را افزايش داد.

همچنين بهترين روش نمك زدائي از آب‌هاي شور استفاده از فرايند اسمزمعكوس مي‌باشد، زيرا سيستم پيچيده‌اي نداشته و راهبري آن قابليت كنترل بيشتري از ديگر روش‌ها دارا مي‌باشد و با توجه به توسعه روش‌هاي پيشرفته توليد غشاهاي پليمري، به‌كارگيري اين روش، توجيه بيشتري دارد.

كارخانه آب شيرين كني به روش اسمز معكوس

صنايع امروز براي تصفيه آب مورد استفاده در بخش‌هاي توليد بخار و فرايند خود از سيستم اسمز معكوس به فراواني استفاده مي‌كنند. اساس كار اين دستگاه‌ها بر عبور مولكول‌هاي غير يوني مثل آب از يك غشاء با روزنه‌هاي بسيار ريز بنا شده‌است. اين غشاءها به صورتي ساخته شده‌اند كه مولكول‌هاي خنثي را به راحتي از خود عبور مي‌دهند. به همين دليل آب ورودي به سيستم، كه داراي املاح مختلف است به آب تقريباً خالص تبديل مي‌گردد. در سيستم اسمز معكوس، جريان ورودي يا خوراك (Feed) به دو جريان آب تصفيه شده (Permeate) و پساب غليظ (Concentrate) يا (Brine) تبديل مي‌شود. سيستم اسمز معكوس كه به واسطه فيلتري كه به آن ممبران يا غشاء گفته مي‌شود عمليات جداسازي مولكول را انجام مي‌دهد. به اين صورت كه غشاء يا لايه‌هاي به هم تابيده شده به دور يك لوله استوانه اي كه بيشتر از جنس پلاستيك است با روزنه‌هايي كه اندازه آن‌ها از يك ده هزارم ميكرون كوچكتر هستند آلاينده‌هاي آب را جداسازي مي‌كند. اين آلاينده‌هاي آب شامل نيترات، انگل، باكتري، قارچ، سموم كشاورزي، نمك و ساير املاح محلول آلوده‌كننده مي‌باشند.

اساس كار اسمزمعكوس

اگر يك غشاء نيمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بين دو محلول با غلظت هاي متفاوت قرار گيرد، مقداري از حلال (رقيق) از يك طرف غشاء به طرف ديگر منتقل مي شود. غشاء معمولا از جنس استات سلولوز و يا پلي آميد است. البته امروزه غشاء را از مخلوط استات سلولوز و تري استات سلولوز مي سازند.جهت طبيعي حركت حلال به گونه اي است كه محلول غليظ تر، رقيق مي شود.

اگر به سيستم اجازه رسيدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمك ( آب حاوي ناخالصي ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. اين اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزي مي گويند. در واقع تنها مولكولهاي آب قادر به عبور از غشاء نيمه تراوا هستند.

تكنولوژي اسمز معكوس در دستگاه هاي تصفيه آب خانگي

هر دستگاه تصفيه آب اسمزمعكوس ( خانگي و يا صنعتي ) به صورت ساده شامل قسمتهاي زير است:

• غشاء نيمه تراوا ( ممبرين )
• پمپي كه بتواند فشار لازم آب ورودي به سيستم را تامين كند.
• خروجي پساب ( فاضلاب )

در دستگاههاي اسمزمعكوس خانگي ، آب خام ( تصفيه نشده ) پس از عبور از سه فيلتر اوليه ( پيش فيلتر ها ) و انجام تصفيه اوليه ، با فشار پمپ وارد محفظه اي كه حاوي ممبرين RO است مي شود. ممبرين از چندين لايه غشاء نيمه تراوا كه به دور يك لوله مركزي پيچيده شده اند تشكيل شده است.

سختي گير 

سختي آب

وجود كاتيون هاي چند ظرفيتي به ويژه يون هاي كلسيم و منيزيم در آب باعث بوجود آمدن ويژگي به نام سختي مي گردد. در مواردي كه به غير از كلسيم و منيزيم، مقادير ساير كاتيون هاي دو يا چند ظرفيتي نيز در آب قابل توجه باشد، در محاسبه سختي آب بايد آنها را در نظر بگيريم. اين مورد به كيفيت آب منطقه (به خصوص در مورد آب چاه ها) و به ويژه به كيفيت خاك منطقه و املاح موجود در خاك آن ناحيه مربوط مي باشد. به طور عمومي ميزان سختي آب هاي سطحي نظير رودخانه ها كمتر از ميزان سختي آب هاي زيرزميني بوده.
برخي از كاتيون ها را مي توان در كنار كلسيم و منيزيم در سختي آب وارد نمود مانند: آهن، آلومينيوم، منگنز، استرانيوم، روي و يون هاي Hمثبت (Hydrogen Ions).

سختي گير رزيني چيست؟

سختي آب ناشي از وجود كاتيون هاي دو يا چند ظرفيتي، خصوصا يون هاي كلسيم و منيزيم محلول در آب بوده كه موجب بروز مشكلاتي مانند رسوب و توليد كف مي شود. بالا بودن سختي آب (Hardness) موجب بروز مشكلاتي شامل موارد زير ميشود:

- تشكيل رسوب بر روي دستگاه هاي حرارتي مانند ديگ هاي بخار، برج هاي خنك كننده، چيلر و لوله ها كه موجب مسدود شدن مسير لوله ها و شيرآلات، و كاهش بازدهي انتقال حرارت و افزايش مصرف سوخت مي شود.

- نامحلول شدن و رسوب دادن مواد صابوني در هنگام تركيب با سختي آب و در نتيجه كاهش بازدهي شوينده ها به دليل مصرف بيشتر مواد شوينده در تماس با آب سخت

- تشكيل كف حاصل از واكنش بين يون هاي سختي در آب و صابون و در نتيجه ايجاد لك بر روي سطوح شيشه اي، فلزي، بطري ها و لوازم خانگي

سختي گير رزيني متداول ترين دستگاه جهت كاهش پارامتر سختي آب بوده كه با استفاده از روش تعويض يوني و به كمك رزين هاي كاتيوني، كلسيم و منيزيم محلول در آب را از آن جدا مي كند. اين رزين ها عملا كلسيم و منيزيم (سختي موقت) را با سديم (نمك طعام) تعويض نموده و آب سخت (Hard water) را به آب نرم (Soft water) تبديل مي نمايند.

كاربردهاي سختي گير رزيني

در تمامي واحدهاي صنعتي و خانگي كه ميزان سختي آب بالاتر از حد مجاز براي مصارف بهداشتي و صنعتي باشد، براي سختي گيري آب و جلوگيري از بروز مشكلات تشكيل رسوب، توليد كف و ايجاد بيماري هاي گوارشي و كليوي مي توان از سختي گيرهاي رزيني استفاده نمود.

كاربردهاي سختي گيري رزيني شامل موارد زير است:

- كاهش سختي آب آشاميدني در مناطقي كه مقدار يون هاي كلسيم و منيزيم بالاتر از حد مجاز و استاندارد براي سلامتي انسان مي باشد.

- حذف و يا كاهش سختي آب در ديگ هاي بخار

- حذف و يا كاهش سختي آب در سيستم هاي گرمايشيو سرمايشي مانند مبدل هاي حرارتي، برج هاي خنك كننده

- حذف و يا كاهش سختي آب در صنايع نساجي و رنگرزي

سختي گير رزيني چيست؟

سختي آب عبارت است از مجموع يون هاي كلسيم و منيزيم كه عامل تشكيل رسوب در مبدل هاي حرارتي، ديگ هاي بخار، برج هاي خنك كننده مي باشد كه اين رسوب سبب كاهش عمر دستگاه، مشكل در امر شستشو مي شود. اين دستگاه داراي مخزني عمودي ميباشد كه با استفاده از رزين هاي كاتيوني سختي آب را از بين برده و احياي رزينها با محلول آب نمك صورت مي گيرد. نحوه عملكرد سيستم بدين صورت است كه آب سخت با عبور از بستر رزين املاح كلسيم و منيزيم خود را با سديم مبادله نموده و آب بدون سختي از سيستم جمع آوري مي شود. پيش از اشباع كامل ظرفيت رزين عمليات احيا سازي با محلول كلريد سديم انجام مي شود كه شامل مراحل شستشوي معكوس، مكش آب نمك و آبكشي مي باشد.

كاربرد سختي گير

- نرم كردن آب مصرفي صنايع نساجي و رنگرزي
- پيش تصفيه آب ورودي به RO , UF, NF…
- نرم كردن آب نيروگاه هاي صنايع شيميايي، ديگ هاي بخار و...

فيلترشني

فيلتر شني در تصفيه آب يكي از متداولترين و پركاربردترين دستگاه ها بوده. اساس كار اين فيلترها، از طبيعت الهام گرفته شده است. در طبيعت، آب با عبور از لايه هاي مختلف خاك تصفيه مي گردد كه نهايتاً به صورت چشمه يا چاه توسط انسان برداشت مي گردد. در عمودي، آب با عبور از بستر فيلتر كه معمولاً از جنس سيليس (گراول) مي باشد، ذرات معلق خود را در لابلاي حفره هاي موجود در بستر جا گذاشته و آب زلال از پايين فيلتر جمع آوري مي گردد.
بدنه فلزي صافي تحت فشار، استوانه اي شكل است كه بستري از شن را در بر مي گيرد. آبي كه بايد تصفيه شود، وارد قسمت بالايي صافي مي شود، از بستر صافي عبور مي كند و سپس در قسمت پايين صافي جمع آوري شده و به مصرف مي رسد. تجمع ذرات معلق در بستر صافي، عامل افزايش افت فشار آب طي عبور از صافي مي باشد. هرگاه افت فشار بيش از حد معين شد، صافي از مسير تصفيه خارج و شستشو مي شود. براي شستشوي صافي جريان آب معكوس مي گردد، تا ضمن منبسط شدن بستر، آلودگي هاي صافي زدوده شود.
در صورتي كه كدورت و مواد معلق آب زياد باشد، توصيه مي شود قبل از صافي شني، آلودگي هاي آب منعقد و در حوضچه هاي مناسب ته نشين شوند. سپس سرريز آب اين حوضچه ها از صافي شني عبور داده شود.
بايستي توجه داشت كه فيلتراسيون در فيلترهاي شني عمودي صرفاً يك فرايند فيزيكي بوده و تنها ميتواند باعث حذف كدورت (Turbidity) ناشي از حضور مواد معلق (SS) در آب گردد.

بكواش چيست؟پس از گذشت مدت معين از عملكرد فيلتر، فيلترهاي شني نيازمند عمل شستشوي معكوس (Back Wash) مي باشند تا با عبور برعكس آب از فيلتر ، مواد معلق حذف شده در فيلتر از بستر شسته شده و بستر آماده استفاده مجدد گردد. عمل بكواش معمولاً به صورت دستي يا اتوماتيك بر حسب تعريف زماني ياتعريف اختلاف فشار توسط اپراتور به طور خودكار صورت مي گيرد. در صورتيكه بجاي يك نوع بستر، از دو يا چند نوع بستر استفاده شود، مثلاً تركيب سيليس و آنتراسيت يا سيليس و آنتراسيت و گارنت ، به اين فيلترها به ترتيب Dual Media Filter و Multi Media Filter گفته ميشود.

كاربردهاي فيلتر شني

- پيش تصفيه واحدهاي تكميلي تصفيه آب نظير آب شرب، آب كولينگ تاورها، نيروگاهها و...
- تصفيه آب خام يا منبع چاه يا رودخانه
- تصفيه آب استخرهاي پرورش ماهي
- استفاده در شفاف سازي آب استخرها

ساختمان و بدنه فيلتر شني

هر فيلتر فشاري شامل: مخزن استوانه اي شكل فولادي كه بوسيله بستر دانه بندي شده، كه بر روي يك مجموعه داخلي تجهيز گرديده مي باشد. آب ورودي از قسمت فوقاني بر روي بستر فيلتر وارد و پس از گذر از بستر صافي بطرف پايين منتقل و بوسيله سيستم جمع آوري آب تصفيه شده داخلي بطرف خط مصرف انتقال مي يابد.
در مواقع لزوم با استفاده از سيكل معكوس فوق ميتوان بستر فيلتر شني را از مواد معلق انباشته شده تميز نمود.
فيلتر هاي فشاري در مقايسه با فيلتر هاي ثقلي در ظرفيت هاي مشابه بصرفه تر و اقتصادي تر مي باشند.
همچنين فيلتر هاي شني عمودي فشاري بخاطر آنكه در تمام راستاي ارتفاع آنها عمل تصفيه فيزيكي انجام مي گيرد بر فيلتر هاي شني افقي فشاري ارجحيت دارند.
فيلتر هاي شني عمودي به شكل ايستاده نصب و معمولا تا قطر حداكثر 4 متر و ارتفاع تا چند متر ساخته مي شوند سهولت حمل، كم حجم بودن و استفاده در تصفيه خانه هاي كوچك از جمله مزاياي اين صافي ها مي باشند.

بسته به نوع كاربرد فيلتر هاي شني فشاري،بستر صافي نيز بوسيله مواد مختلف داراي قابليت استفاده بهداشتي و صنعتي ميگردد:

1) بستر سيليس: جهت حذف كدورت و ذرات معلق آب استفاده و سيليس هاي بكار رفته از نوع طبيعي با درجه خلوص بالاي 98 درصد بوده و با دانه بندي ترتيبي و به صورت لايه اي در فيلتر هاي شني استفاده و معمولاٌ با سايز محدود بين 0.5 تا 10 ميلي متر مي باشند.

2) بستر كربن اكتيو (ذغال فعال):جهت حذف طعم، بوي نامطبوع، رنگ و جذب فنل و كلر محلول و مشتقات مشابه استفاده و بستر بر روي يك لايه سيليس در كف آن تشكيل مي يابد دانه بندي مطلوب بين 0.8 تا يك ميلي متر مي باشد

3-بستر اكسيدان: جهت اكسيداسيون آهن، منگنز و رسوب اين تركيبات بروي بستر بكار رفته و ظرفيت اشباع شده اكسيداسيون بستر بوسيله استفاده مداوم از پر منگنات پتاسيم جايگزين مي گردد.

4-بستر خنثي كننده: جهت تنظيم ميزان PH آب هاي اسيدي استفاده و بستر خنثي كننده از مواد مخصوص تشكيل و آب اسيدي به آن وارد مي شود. بستر مذكور گاز CO2 را كه باعث كاهش PH در آب مي گردد را بصورت كربنات كلسيم تبديل و خاصيت خورندگي آب را از بين مي برد.

5-بستر پودر فسيلي: عموماً جهت تصفيه و زلال سازي آب استخر هاي شنا استفاده و بستر فيلتر از تريق پودر فسيلي دياتوميت بروي صافي هاي پارچه اي تشكيل مي يابد.