روش فیلتراسیون غشایی | شرکت شاران صنعت

روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب شامل جداسازی یا حذف مواد دانه ای و کلوئیدی از فاز مایع است. فرآیند فیلتراسیون غشایی درتصفیه فاضلاب بخشی از مواد محلول با اندازه بین ۱/۰- /۰۰۰۱ میکرون را نیز در بر می گیرد. غشاء بعنوان مانعی بین فازهای مختلف عمل کرده و برخی مواد را از خود عبور داده و عبور برخی دیگر را محدود می کند.

روش فیلتراسیون غشایی به منظور جداسازی گونه های مولکولی و یونی در تصفیه فاضلاب کاربرد دارد. نکته حائز اهمیت در این واحد این است که قبل از استفاده از فرآیند های جداسازی غشایی می بایست به منظور دستیابی به راندمان بالاتر و کیفیت مورد نظر، عملیات پیش تصفیه به درستی انجام گیرد.

انواع روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

فرایند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب به میکروفیلتراسیونMF، اولترافیلتراسیونUF، نانوفیلتراسیونNF، اسمز معکوس RO و دیالیز و الکترودیالیز ED طبقه بندی می شود. همچنین می توان فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب را برمبنای (۱) نوع مواد سازنده غشاء، (۲) نیروی محرک، (۳) مکانیزم جداسازی و (۴) اندازه اسمی جداسازی صورت گرفته طبقه بندی کرد.

میکروفیلتراسیون : میکروفیلتراسیون یکی از فرآیند های غشایی متداول می باشد، هدف کلی از سیستم میکروفیلتر حذف ذرات به قطر بیش از ۰/۵ میکرومتر می باشد. یکی از مصارف این نوع فیلترها در جدا کردن باکتری های کلیفرمی از آب و جدا نمودن مواد جامد معلق آب است از مصرف دیگر آن می توان به  ژنراتورهای ازن با تغذیه هوا اشاره کرد. این میکروفیلترها در فیلتر های کارتریج تصفیه آب قرار می گیرند و دارای یک سیستم شست وشوی خودکارمعکوس می باشند. توجه کنید پیش از اینکه آب وارد این واحد شود می بایست وارد سیستم پیش تصفیه گردد تا در ابتدا ذرات درشت تر جداسازی شوند و درنتیجه بازده سیستم کاهش نیابد.

الترافیلتراسیون : یکی دیگر از فرآیند های غشایی الترافیلتراسیون است که به منظور حذف ذرات با بیش از ۰/۱ میکرومتر استفاده می شود و به فشار رانش از psi 10 تا psi 90  احتیاج دارد. اما عمدتا در تصفیه آب از غشای با حفره های ۰/۰۱ تا ۰/۰۲ میکرومتر استفاده می شود و فشار لازم به مقدار psi 10 تا psi 40 می رسد. در این فرآیند ذراتی چون کلوئید ها، باکتری ها، ویروس ها و ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا حذف می گردند. غشاهای سیستم الترافیلتراسیون  از دو لایه (شامل یک لایه نازک و یک پرده متخلخل ریز) تشکیل می شوند که بسیار مستعد برای گرفتگی و تشکیل رسوب می باشند.

نانو فیلتراسیون : نانو فیلتراسیون از دیگر فرآیند های مورد استفاده در تصفیه آب می باشد که در آن اندازه حفره های غشا بین الترفیلتراسیون و اسمز معکوس می باشد. از این نوع سیستم برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می گردد و ذرات بزرگتر از ۰/۰۰۱ تا ۰/۰۰۲ را به خوبی حذف می نماید. توجه نمایید این فرآیند می تواند یک روش مناسب برای حذف محصولات جانبی تشکیل یافته در واحد گند زدایی که پیشتر توضیح داده شد، باشد. حذف میکروبی نیز در این روش تا حد قابل توجهی انجام می شود در نتیجه احتمال رسوب میکروارگانیسم های زنده در این غشاها نیز وجود دارد.

اسمز معکوس : امروزه فرایند اسمز معکوس یکی از روش های پیشرفته تصفیه آب محسوب می شود که در صنعت به سرعت مورد توجه قرارگرفته است. در این روش مقادیر بسیار زیادی از میکروارگانیسم ها حذف می گردد در نتیجه آب تصفیه شده توسط این روش کیفیت بسیار خوبی دارد. این واحد نیز نیازمند یک پیش تصفیه متناسب با کیفیت آب خام ورودی به سیستم می باشد و توجه نمایید که قبل از ورود آب به این سیستم می بایست کیفیت آب ورودی از لحاظ میزان کلر و … کنترل گردد.

تمام سیستم های دارای غشا به شست و شو نیاز دارند دراین سیستم نیز با توجه به کیفیت آب ورودی می بایست عملیات شست و شو را به منظور کاهش ریسک رسوب گذاری و در نتیجه کاهش بازده سیستم، انجام داد. عمدتا عمر مفید این غشاهای مصرفی در این واحد بین ۵-۳ سال می باشد. نحوه عملکرد پکیج های اسمز معکوس در قسمت محصولات به تفصیل بیان شده است. سیستم های تصفیه آب، با توجه به کیفیت و کمیت آب ورودی و محصول (مورد نظر کارفرما) شامل فرایندهای منحصر به فردی می باشد که به صورت دقیق توسط کارشناسان طراحی گشته و به فروش می رسد.

مشخصات کلی انواع فرآیند فیلتراسیون غشایی در جدول ۱ تشریح شده است.

غشاها از مواد مختلف آلی و غیرآلی مانند پلی¬پروپیلن، استات سلولز، پلی¬آمیدهای آروماتیک و ترکیبات لایه نازک (TFC ) ساخته می شود. نوع غشاء و شکل سیستم روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب برمبنای به حداقل رساندن گرفتگی و تخریب غشاء انتخاب می شود. اندازه اسمی حفرات و وزن مولکولی (MWAC ) توانایی حذف غشاء را تعیین می کنند.

اندازه، شکل ذرات، بارالکتریکی و قطبیت آلاینده نیز بر میزان حذف آن در فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب موثر است. مقایسه اندازه ذرات آلاینده موجود در فاضلاب و دامنه بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب در شکل زیر ارایه شده است.. جداسازی ذرات در MF و UF از طریق سرند شدن صورت می گیرد. در NF و RO ذرات ریز توسط لایه آب جذب شده بر سطح غشاء (غشاء متراکم) دفع می شوند. گونه های یونی می توانند با انتشار از میان حفرات از غشاء عبور کنند.

شکل ۱.

بهره برداری سیستم فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب از پمپی جهت ایجاد فشار در محلول تغذیه و چرخش آن استفاده می کند. فشار جریان تغلیظی نیز توسط شیری حفظ می شود و جریان نفوذی در فشار اتمسفر تخلیه می شود. با تجمع آلاینده ها بر روی غشاء و گرفتگی غشاء ، فشار در سمت تغذیه افزایش، شار عبوری کاهش و درصد دفع نیز کاهش می یابد.

با کاهش عملکرد فرآیند فیلتراسیون غشایی به سطح مشخص، مدول غشاء از دور خارج شده و تحت Backwash و یا پاکسازی شیمیایی قرار می گیرد. در شکل زیر مدول های معمول بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب را نشان می دهند که شامل مدول معمول بهره برداری از فرآیند فیلتراسیون غشایی: (a) نانوفیلتراسیون، (b) فرآیند ترکیبی MF، UF و RO می باشد.

مزایای روش فیلتراسیون غشایی

حذف مواد جامد بدون ماده منعقد کننده و تا کدورت NTU 200

تولید آب فیلتر شده قابل اطمینان

حذف مقادیر زیادی از ترکیبات ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم

فضای مورد استفاده کمتر در مقایسه با واحد های تصفیه متعارف

مطابقت با قوانین آب شرب

جمع آوری ساده و خودکار سیستم

معایب روش فیلتراسیون غشایی

تشکیل رسوب در غشاها

پسآب ها قبل از دفع نیاز به شست وشو دارند.

آب با کیفیت پایین نیاز به پیش تصفیه دارد که به طور مثال می توان از سیستم ازن زنی و یا جذب سطحی برای کنترل طعم و بو استفاده نمود.

کاربردهای فرایند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

در سال های اخیر کاربرد روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب افزایش چشمگیری داشته است. جدول ۲ کاربردهای معمول فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب را ارائه می کند. شکل ۳ توانایی غشاهای مختلف در حذف مواد را مقایسه می کنند.

میکروفیلتراسیون: غشاء میکروفیلتراسیون پرکاربردترین و ارزانترین روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب محسوب می شود. در حال حاضر استفاده از این فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه بیولوژیک و در فرآیندهای MBR از اهمیت بالایی برخوردار است. از میکروفیلتراسیون به منظور کاهش کدورت، حذف مواد معلق باقیمانده و کاهش میکروارگانیسم ها پیش از واحد گندزدایی و در مرحله پیش تصفیه غشاء اسمز معکوس استفاده می شود.

اولترافیلتراسیون: کاربردهای غشاء اولترافیلتراسیون بسیار مشابه میکروفیلتراسیون است. البته این فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب قادر به حذف برخی ترکیبات با وزن مولکولی بالا مانند کلوئیدها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها است، اما قادر به حذف شکر و نمک نمی باشد. بزرگترین اختلاف UF و MF در توانایی غشاء اولترافیلتراسیون در حذف ویروس ها است. اصلی ترین کاربرد فرآیند فیلتراسیون غشایی اولترافیلتراسیون در صنعت، تولید آب فرآیند شستشو با خلوص بالاست.

نانوفیلتراسیون: نانوفیلتراسیون که به RO فشار پایین نیز مشهور است، قادر به حذف ذراتی با اندازه ۰/۰۰۱ میکرون است. این غشاء جهت حذف مواد محلولی مانند یون های چند ظرفیتی عامل سختی بکار می رود. مزیت این روش فیلتراسیون غشایی زدودن سختی آهکی، تولید آبی است که الزامات سختگیرانه کیفیتی آب جهت استفاده در تصفیه فاضلاب مجدد را برآورده می کند. به دلیل حذف مواد آلی و معدنی، باکتری ها و ویروس ها، مقدار ماده گندزدای مورد استفاده به حداقل می رسد.
اسمز معکوس: روش فیلتراسیون غشایی اسمز معکوس بطور گسترده در نمک زدایی کاربرد دارد. در تصفیه فاضلاب، RO به منظور حذف مواد محلول موجود در پساب تصفیه پیشرفته پس از فیلتراسیون عمقی و میکروفیلتراسیون بکار گرفته می شود. روش اسمز معکوس قادر به حذف یون ها است، اما به منظور یون زدایی از آب به فشار بالایی نیازمند است.

در جدول زیر کاربردهای روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب ارایه شده است.

مقایسه مواد عبوری از انواع مختلف فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب در شکل زیر ارایه شده است.

الکترودیالیز: الکترودیالیز فرآیند فیلتراسیون غشایی جداسازی الکتروشیمیایی است که در آن نمک های معدنی و یون ها از میان غشاهای گزینش یونی از محلولی به محلول دیگر منتقل می شوند. نیروی محرکه این روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب پتانسیل الکتریکی جریان مستقیم (DC) است. نکته کلیدی الکترودیالیز، غشاهای گزینش یونی است که از جنس رزین های تبادل یونی ساخته می شوند. غشاهای تبادل یونی که اجازه عبور یون های مثبتی مانند سدیم و پتاسیم را می دهند غشاء کاتیونی و غشاهای تبادل یونی که اجازه عبور یون های منفی مانند کلر و فسفات را می دهند غشاء آنیونی می نامند.

در الکترودیالیز غشاهای کاتیونی و آنیونی بطور متناوب درون یک مجموعه قرار می گیرند. الکترود مثبت (آنود) در یک سمت و الکترود منفی (کاتد) در سمت دیگر آن تعبیه می شود. با اعمال جریان مستقیم، پتانسیل الکتریکی ایجاد شده به نیروی محرکه حرکت یون ها تبدیل می شود درحالی که غشاها مانع عبور یون هایی با بار مخالف هستند. بنابراین آنیون هایی که به سمت آند حرکت می کنند از غشاهای آنیونی عبور می کنند اما در اولین برخورد با غشاء کاتیونی متوقف می شوند.

به همین ترتیب کاتیون هایی که به سمت کاتد در حرکت اند از غشاهای کاتدی عبور کرده اما پشت اولین غشا آنیونی متوقف می شوند. به این ترتیب، غشاها بخش های رقیق یونی و تغلیظ یونی را شکل می دهند. مقدار جامدات حذف شده بر اساس (۱) دمای فاضلاب، (۲) جریان الکتریکی عبوری، (۳) نوع و مقدار یون ها، (۴) نفوذ گزینشی غشاء، (۵) پتانسیل گرفتگی و پوسته شدن فاضلاب، (۶) نرخ جریان فاضلاب و (۷) تعداد و شکل مراحل روش فیلتراسیون غشایی، متغیر است.

بخشی از جریان تغلیظی بمنظور حفظ نرخ جریان و فشار بر هر دو سطح غشاء به این سیستم بازگردانده می شود. همچنین جهت حفظ pH پایین و به حداقل رساندن پدیده پوسته شدگی، به جریان تغلیظی بازگشتی اسید سولفوریک اضافه می شود. همچنین جهت شستشوی دائم غشا به اضافه کردن حدود ۱۰ درصد آب به جریان ورودی نیاز است.

در روش فیلتراسیون غشایی الکترودیالیز معکوس با تغییر دوره ای قطب ها، جریان تغلیظی و رقیق جایگزین یکدیگر می شوند. به این ترتیب فرآیند پیوسته پاکسازی ایجاد خواهد شد و با عبور آب پاک از بخش هایی از سیستم فیلتراسیون غشایی که پیشتر با فاضلاب تغلیظی پر شده بودند، کلیه گرفتگی ها و پوسیدگی ها برطرف می گردد. تخلیه آب پاک از این روش فیلتراسیون غشایی برای مدت کوتاهی پس از هر عمل معکوس سازی متوقف می شود. این روش در حذف پوسته ها، لجن و سایر مواد تجمع یافته مناسب است.