استفاده از فناوری غشایی اولترافیلتراسیون به منظور تصفیه آب و پساب

روش های گوناگونی به منظور حذف انواع عوامل بیماری زا از آب وجود دارد؛ برخی از این روش ها عبارتند از:

1-  ازن زنی

2- کلر زنی

3- استفاده از اشعه ماورا بنفش

4- استفاده از فناوری غشایی اولترافیلتراسیون

سه روش ابتدایی تنها می توانند باعث غیرفعال کردن عوامل بیماری زا موجود در آب شوند و قادر به حذف لاشه این عوامل و نیز کدورت موجود در آب نمی باشند. به عبارت بهتر روش های ازن زنی، کلرزنی و اشعه ماورا بنفش به صورت شیمیایی عوامل بیماری زا را می کشد و بقایای این عوامل در آب باقی می ماند که در صورت باقی ماندن آب به صورت طولانی مدت خود می تواند عامل آلودگی مجدد آب شود. به علاوه روش هایی همچون کلرزنی که بوسیله افزودن ماده شیمیایی، آب را ضدعفونی می کنند می توانند باعث ایجاد رایحه نامطلوب در آب شوند و لذا به منظور استفاده در تولید آب های بسته بندی مناسب نمی باشند. همچنین افزودن مواد شیمیایی همچون کلر به آب می تواند باعث ایجاد ترکیبات سمی همچون THMها در آب شود.

یکی از جدیدترین و کاراترین روش های موجود در این زمینه فناوری غشایی اولترافیلتراسیون می باشد.

فناوری غشایی اولترافیلتراسیون

در این روش به منظور تصفیه آب از غشاهای اولترافیلتراسیون استفاده می شود. غشاهای اولترافیلتراسیون با داشتن اندازه حفراتی در محدوده  20-200 nm می تواند تمامی عوامل بیماری زا اعم از میکروب، باکتری، ویروس، انگل و ... را به صورت فیزیکی حذف نماید. در این حالت عوامل بیماری زا به صورت فیلتراسیون فیزیکی از آب خارج شده و لذا لاشه این عوامل در آب باقی نمی ماند تا ترکیبات سمی ایجاد کرده و یا باعث ایجاد آلودگی ثانویه شود.

نیروی محرکه اولترافیلتراسیون فشار اعمال شده بر غشا می باشد. این فرایند برای کارکرد به فشارهایی در محدوده 0.5-2 bar نیاز دارد. به طور کلی، مزایای بکارگیری فرایند اولترافیلتراسیون در تولید آب شرب عبارت است از:

1- با توجه به داشتن اندازه حفراتی در محدوده 20-200 nm می تواند تمامی عوامل بیماری زا را در یک مرحله فیلتراسیون و بدون نیاز به افزودن ماده شیمیایی ثانویه حذف نماید.

2- همانگونه که اشاره شد، در سایر فرایندهای متداول ضدعفونی کردن، لاشه عامل بیماری زای کشته یا غیرفعال شده در آب باقی می ماند که خود می تواند عامل ایجاد ترکیبات نامطلوب در آب گردد. اما اولترافیلتراسیون عوامل بیماری زا را به صورت کامل خارج می نماید. در نتیجه در صورتیکه از این فناوری استفاده شود، آب محصول می تواند برای مدت طولانی تری نگهداری شود.

3- در صورتی که ترکیب املاح در آب برای شرب مناسب باشد و نیازی به اصلاح نداشته باشد، فناوری غشایی اولترافیلتراسیون در کنار حذف تمامی عوامل بیماری زا، این ترکیب را تغییر نمی دهد و لذا آب خروجی از UF مستقیما می تواند برای شرب به کار رود. این در حالی است که در فناوری اسمزمعکوس تمامی املاح از آب حذف می شوند. بنابراین به منظور مناسب سازی آب خروجی از غشای اسمزمعکوس برای شرب، بخشی از خوراک ورودی باید با محتوی عوامل بیماری زا باشد، مخلوط سازی آن با محصول می تواند باعث آلوده شدن مجدد محصول گردد.

4- فشار کارکرد معمول برای فرایند اسمز معکوس به منظور تصفیه آب های شیرین در حدود  10-20 bar می باشد. این در حالی است که فشار مورد نیاز در فرایند UF در محدوده 0.1-2 bar می باشد. بنابراین در صورتی که از فناوری غشایی اولترافیلتراسیون استفاده شود، میزان مصرف انرژی بسیار پایین خواهد بود که این امر باعث کاهش چشمگیر هزینه عملیاتی فرایند خواهد شد.

5- میزان بازیابی – نسبت محصول خارج شده از فرایند به میزان خوراک ورودی – برای فرایند اولترافیلتراسیون در غالب موارد بیش از 95% می باشد. این در حالی است که برای فرایند اسمز معکوس در بهترین حالت، این میزان بازیابی در حدود 70-80% می باشد. بنابراین در صورت استفاده از فرایند اولترافیلتراسیون میزان بازیابی سیستم و در نتیجه بازدهی فرایند بسیار بالا خواهد بود.

6- برای میزان آبدهی یکسان، قیمت ماژول های غشایی اولترافیلتراسیون بسیار کمتر از ماژول های غشایی اسمز معکوس می باشد. به علاوه در فرایند غشایی اسمز معکوس به علت فشارهای بالای فرایندی، باید از سیستم های لوله کشی، پمپ ها و سایر ادوات برقی گران قیمت تر استفاده شود. با جمع بندی می توان به این نتیجه رسید که هزینه سرمایه گذاری اولیه فرایند اولترافیلتراسیون به نسبت سایر فناوری ها، پایین تر می باشد.

7- حساسیت غشاهای اولترافیلتراسیون به کیفیت آب ورودی بسیار کمتر از غشاهای اسمز معکوس می باشد. بدین معنا که در صورت مناسب نبودن مراحل پیش تصفیه، غشاهای اسمز معکوس به سرعت می توانند در معرض آسیب قرار گیرند. به علاوه به منظور شست و وشوی دوره ای غشاهای اولترافیلتراسیون می توان از مواد اکسنده مانند کلرین نیز استفاده کرد؛ در حالی که کلرین و سایر مواد اکسنده می توانند به سرعت غشاهای اسمز معکوس را تخریب نمایند.

8- از آنجا که منابع آب معدنی معمولا از کیفیت بالایی برخوردارند، هزینه اولیه و جاری سیستم اولترافیلتراسیون در این موارد به علت طراحی ساده تر و نیز مصرف کمتر مواد شیمیایی جهت انجام فرایند شست و شو نسبت به حالتی که خوراک ورودی از منابع آب سطحی و یا خروجی تصفیه خانه فاضلاب گرفته شود پایین تر خواهد بود. به علاوه در این حالت عمر مفید غشاها نیز به علت کاربرد کمتر مواد شیمیایی جهت شست و شو بیشتر خواهد بود.

9- سیستم های غشایی و از جمله اولترافیلتراسیون معمولا خودکار می باشند؛ بدین معنا که در دوره کارکرد معمول به نیروی اپراتوری بسیار کمی نیاز دارند.

10- سامانه های اولترافیلتراسیون بسیار فشرده می باشند و برخلاف روش های متداول دیگر نیاز به فضای بسیار زیاد ندارند.

میزان جداسازی توسط فناوری های مختلف غشایی در شکل زیر مقایسه شده است:

با توجه به شکل بالا و نیز با توجه به توضیحات گفته شده در بالا مشاهده می شود که در صورتی که هدف از تصفیه تنها بهداشتی کردن آب باشد و نیازی به ایجاد تغییر در ترکیب املاح محلول نباشد، بهترین گزینه استفاده از UF می باشد. تاکنون در مناطق مختلف دنیا، برای تولید آب شرب بهداشتی در مقیاس صنعتی در موارد متعددی از فناوری غشایی اولترافیلتراسیون استفاده شده است.