اولترافيلتراسيون (UF) Ultrafiltration

اولترافيلتراسيون (UF) Ultrafiltration ، از اين نوع غشاء براي جداسازي ماكرو مولكول هايي با اندازه بين 20 تا 1000 انگستروم به كار مي رود. تمام نمك های حل شده و مولكول های كوچكتر از اين محدوده عبور مي كنند.

در اين روش كلوئيدها، پروتئين ها، مواد ميكروبي بيماري زا و مولكول های آلي بزرگ كه وزن مولكولي آن بين 1000 تا 100000 است به كار گرفته مي شود. اولترافيلتراسيون از غشاهايي با اندازه حفره هاي بسيار کوچک تر از (mµ) 1/0 استفاده مي کنند و به فشار رانش از 10 تا psi 90 (69 تا kpa 720 يا 7/0 تا kg / cm²  6) نياز دارند.


     


اولترافيلتراسيون (UF) قادر به حذف کلوئيدها، باکتری ها، ويروس ها و ترکيبات آلي با وزن مولکولي زياد است در نتيجه اين غشاها مستعد گرفتگي هستند. غشاهای 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 اولترافيلتراسيون با مواد جامد معلق و غلظت ناشي از پلاريزاسيون کاهش مي يابد و سبب پس زدن ناخالصي ها می شود.


 
حذف ذرات توسط الترافیلترها


فرآيند اولترافيلتراسيون (UF) در پزشکي نيز براي جداسازي پلاسمای 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.

اولترافيلتراسيون يکي از روش هاي مدرن تصفيه به کمک ممبران مي باشد که قابليت جداسازی و حذف جامدات معلق، پروتئين ها، باکتري ها، ويروس ها، کلوئيدها و لجن از محلول ورودي با راندمان مناسب را دارد. جداسازي در اين روش بر اساس اندازه مولکولي ذرات مي باشد که توسط قطر منافذ ممبران UF تعيين مي گردد. محلول آبي با فشار از درون اين ممبران ها عبور کرده و مولکول هاي درشت و ذرات معلق جامد از آن جدا مي شوند و محصول خروجي شامل دو بخش آب پاک و محلول تغليظ شده مي باشد.



از اين روش به تنهايی و يا به همراه سيستم اسمز معکوس (R.O.)  مي توان براي تهيه آب آشاميدنی با کيفيت مناسب استفاده نمود. از ديگر کاربردهاي صنعتي اين روش مي توان به صنايع توليد نوشيدني ها، داروسازی ها، صنايع لبني، بيوتکنولوژی و نيمه رساناها، تغليظ محلول ها و تصفيه و بازيافت پساب ها اشاره نمود.


از اين نوع غشاء براي جداسازي ماكرو مولكول هايي با اندازه بين 20 تا 1000 انگستروم به كار مي رود. تمام نمك های حل شده و مولكول های كوچكتر از اين محدوده عبور مي كنند. در اين روش كلوئيدها، پروتئين ها، مواد ميكروبي بيماری زا و مولكول های آلي بزرگ كه وزن مولكولي آن بين 1000 تا 100000 است به كار گرفته می شود.


پكيج UF با استفاده از غشاءهای ميان تهی از جنس PVDF (Hollow fiber membrane) عمل خالص سازي آب را انجام داده و آن را آماده ورود به ممبران مي‌نمايد. قطر حفرات روي سطح غشاء قادر به حذف ذرات معلق تا قطر 01/0 ميکرون مي‌باشد، از اين رو 99/99% از ميکرو ارگانيزم ‌ها، باکتري ‌ها و ذرات معلق توسط اين غشاها به صورت فيزيکي حذف مي‌گردند و NTU آب خروجي کمتر از 02/0 خواهد بود. با توجه به کاهش فوق العاده SDI، در صورت استفاده به عنوان پيش تصفيه سيستم  RO، گرفتگي ممبران ها 50% کاهش مي يابد و عمر مفيد کار براي ممبران‌ها افزايش مي يابد.



- مکانيسم عملکردی و مباني طراحي سيستم اولترافيلتراسيون

مكانيسم عملكردي الترافيلترها بر اين اساس است كه در اين سيستم ها، آب با ورود به ممبران ها 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 ضدعفونی نهائي به مخزن ذخيره هدايت مي شود. بطور كلي عملكرد سيستم های UF مشتمل بر دو سيكل پيوسته فيلتراسيون آب و سپس شستشوی فيلترها مي باشد. به طور معمول چهار حالت شستشو براي اين UF ها در نظر گرفته مي شود. به نحوي كه برای جهت حذف ذرات ته نشين شده بر روي سطوح خارجي ممبران ها، ابتدا عمليات پاكسازی با فشار هوا صورت گرفته و جريان تغليظ از بخش بالاي مدول تخليه مي شود. 20 تا 30 ثانيه پس از پاكسازي با هوا، جهت خروج ذرات ريز، شسشوي ثقلي مدول انجام مي گيرد.

در مرحله بعد، ابتدا سيستم تحت پروسه Top drain backwash قرار گرفته تا آلودگي هاي به دام افتاده در بخش های بالائي حذف شود و سپس Bottom drain backwash انجام مي گيرد تا آلاينده هاي بخش های عمقي مدول خارج گردند. بسته ميزان گرفتگي فيلتر، اين دو پروسه مي توانند به تكرار صورت پذيرند. پس از آن و پيش از آغاز سيكل فيلتراسيون، فيلترها با جريان سريع آب (Forward Flushing) شستشو مي گردند تا حباب های ريز به دام افتاده در ميان فيلتر و نيز مواد شيميايي بجا مانده حذف گردند.

     


لازم به توضيح است در ابتداي راه اندازي اولترافيلتراسيون UF، نيز لازم است تا فيلترها تحتtartup Forward Flushing قرار گيرند. همچنين هر 2000 ساعت يکبار بر اساس نوع گرفتگی تشخيص داده شده، شستشو با مواد شيميايي از طريق واحد CIP صورت مي گيرد.

 

نمونه ای از پارامترهای طراحي سيستم اولترافيلتراسيون شرکت DOW آمریکا (مدول های UF)