0102030405
ระบบกรองน้ำแบบอัลตราฟิลเทรชั่น
ลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีระบบอัลตราฟิลเทรชัน
เทคโนโลยีอัลตราฟิลเทรชันเป็นวิธีการกรองด้วยเยื่อเมมเบรน หรือที่รู้จักกันในชื่อการกรองแบบไขว้ (Cross Filtration) สามารถแยกอนุภาคขนาด 10-100 ไมครอนออกจากตัวกลางที่มีอนุภาคอยู่ได้ โดยอนุภาคในช่วงขนาดนี้มักหมายถึงสารละลายในของเหลว หลักการพื้นฐานคือ ที่อุณหภูมิห้อง ด้วยความดันและอัตราการไหลที่กำหนด โดยใช้เยื่อเมมเบรนที่มีโครงสร้างไมโครพรุนแบบไม่สมมาตรและยอมให้ผ่านได้ อาศัยความแตกต่างของความดันระหว่างสองด้านของเยื่อเมมเบรนเป็นแรงขับเคลื่อน ในโหมดการกรองแบบไหลไขว้ ทำให้ตัวทำละลายและสารโมเลกุลขนาดเล็กผ่านเข้าไปได้ ส่วนสารโมเลกุลขนาดใหญ่และอนุภาค เช่น โปรตีน โพลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ แบคทีเรีย เป็นต้น จะถูกกั้นไว้โดยเยื่อกรอง จึงเป็นเทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อเมมเบรนแบบใหม่ที่สามารถใช้ในการแยก การจำแนก การทำให้บริสุทธิ์ และการเพิ่มความเข้มข้นได้
1. กระบวนการอัลตราฟิลเทรชันดำเนินการที่อุณหภูมิห้อง สภาพแวดล้อมไม่รุนแรงและไม่ทำให้ส่วนประกอบเสียหาย ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแยก การจำแนก การทำให้เข้มข้น และการเพิ่มความเข้มข้นของสารที่ไวต่อความร้อน เช่น ยา เอนไซม์ น้ำผลไม้ เป็นต้น
2. กระบวนการอัลตราฟิลเทรชันไม่เปลี่ยนแปลง ไม่มีการให้ความร้อน ใช้พลังงานต่ำ ไม่จำเป็นต้องเติมสารเคมี ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ เป็นเทคโนโลยีการแยกสารที่ประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
3. เทคโนโลยีอัลตราฟิลเทรชันมีประสิทธิภาพการแยกสูง ซึ่งมีประสิทธิภาพมากสำหรับการกู้คืนสารประกอบปริมาณน้อยในสารละลายเจือจาง และการเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำ
4. กระบวนการอัลตราฟิลเตรชันใช้แรงดันเป็นแรงขับเคลื่อนในการแยกด้วยเยื่อเมมเบรนเท่านั้น ดังนั้นอุปกรณ์การแยกจึงเรียบง่าย: กระบวนการสั้น ใช้งานง่าย ควบคุมและบำรุงรักษาง่าย
5. วิธีการกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันก็มีข้อจำกัดบางประการเช่นกัน คือไม่สามารถเตรียมผงแห้งได้โดยตรง สำหรับสารละลายโปรตีน โดยทั่วไปจะได้ความเข้มข้นเพียง 10 ถึง 50% เท่านั้น อุปกรณ์อัลตราฟิลเทรชันทำงานในภาชนะปิด โดยใช้ลมอัดเป็นพลังงาน ดันลูกสูบในภาชนะไปข้างหน้าเพื่อสร้างแรงดันภายในของของเหลวตัวอย่าง ด้านล่างของภาชนะจะมีแผ่นเมมเบรนแข็งอยู่ โมเลกุลขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนของแผ่นเมมเบรนจะถูกดันออกไปนอกแผ่นเมมเบรนภายใต้แรงดัน และโมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกดักจับไว้บนแผ่นเมมเบรน
ในช่วงเริ่มต้นของการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน ความเร็วในการกรองจะค่อนข้างเร็ว เนื่องจากโมเลกุลของสารละลายกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในสารละลาย อย่างไรก็ตาม เมื่อโมเลกุลขนาดเล็กถูกกำจัดออกไปอย่างต่อเนื่อง โมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกดักจับและสะสมอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรนด้วยความเข้มข้นที่สูงขึ้นเรื่อยๆ ทำให้เกิดการไล่ระดับความเข้มข้นจากด้านล่างขึ้นด้านบน ส่งผลให้ความเร็วในการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันค่อยๆ ช้าลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์การโพลาไรเซชันของความเข้มข้น
องค์ประกอบของระบบอัลตราฟิลเทรชัน
โมดูลอัลตราฟิลเทรชันเป็นเทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อเมมเบรนที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการบำบัดน้ำ การบำบัดน้ำเสีย อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม ชีวการแพทย์ และสาขาอื่นๆ การออกแบบโครงสร้างมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการแยกและอายุการใช้งานของโมดูล
โครงสร้างของโมดูลอัลตราฟิลเทรชันโดยทั่วไปประกอบด้วยซองเมมเบรน ชั้นรองรับ ชั้นแยกเมมเบรน และเปลือกหุ้ม ซองเมมเบรนเป็นส่วนประกอบหลักของโมดูลอัลตราฟิลเทรชัน โดยปกติประกอบด้วยฟิล์มโพลีเมอร์หนึ่งชั้นหรือมากกว่า เมมเบรนเหล่านี้มีโครงสร้างแบบรูพรุนขนาดเล็กที่กรองสารละลาย สารคอลลอยด์ และของแข็งแขวนลอย ในขณะที่กักเก็บสารที่มีโมเลกุลน้ำหนักต่ำในตัวทำละลายและสารละลายไว้ ชั้นรองรับจะอยู่ด้านล่างของชั้นแยกเมมเบรน และทำหน้าที่หลักในการรองรับเมมเบรนเพื่อเพิ่มความเสถียรและความแข็งแรงเชิงกลของเมมเบรน
ชั้นแยกเมมเบรนเป็นส่วนสำคัญของโมดูลอัลตราฟิลเทรชัน โดยวัสดุและโครงสร้างของชั้นแยกเมมเบรนจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการแยกและอัตราการไหล วัสดุเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีโพรพีลีน โพลีเอสเตอร์ โพลีอีเทอร์ซัลโฟน เป็นต้น ซึ่งมีคุณสมบัติทนต่อสารเคมีและทนต่ออุณหภูมิได้ดีเยี่ยม โครงสร้างของชั้นแยกเมมเบรนอาจเป็นเส้นใยกลวง ฟิล์มเกลียว หรือแผ่นเรียบ โดยรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันจะเหมาะสมกับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน ชั้นแยกเมมเบรนแบบเส้นใยกลวงมีพื้นที่เมมเบรนขนาดใหญ่และเหมาะสำหรับการจัดการสารละลายปริมาณมาก ในขณะที่ชั้นแยกเมมเบรนแบบเกลียวหรือแผ่นเรียบเหมาะสำหรับพื้นที่จำกัด
ตัวเรือนของโมดูลอัลตราฟิลเทรชันโดยทั่วไปทำจากสแตนเลสหรือพลาสติกวิศวกรรม ซึ่งมีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อนและแรงดันได้ดี ตัวเรือนควรได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการติดตั้งและการถอดโมดูล ตลอดจนการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนเมมเบรน นอกจากนี้ ตัวเรือนควรมีประสิทธิภาพในการปิดผนึกที่ดีเพื่อป้องกันการรั่วไหลและการปนเปื้อน
ในการออกแบบโครงสร้างโมดูลอัลตราฟิลเทรชัน ควรคำนึงถึงการกระจายและการเก็บรวบรวมของเหลวด้วย โดยทั่วไป โมดูลอัลตราฟิลเทรชันจะใช้โครงสร้างแบบหลายช่องเพื่อการกระจายและการเก็บรวบรวมของเหลวอย่างสม่ำเสมอ แต่ละช่องมักจะมีพอร์ตป้อน ช่องทางออกของของเหลวที่ผลิตได้ และช่องทางออกของของเหลวเสีย เพื่ออำนวยความสะดวกในการป้อนและระบายของเหลว
กล่าวโดยสรุป การออกแบบโครงสร้างของโมดูลอัลตราฟิลเทรชันเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการแยกและอายุการใช้งาน การออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงเสถียรภาพและประสิทธิภาพการแยกของโมดูล เพื่อตอบสนองความต้องการในด้านต่างๆ ได้
1. เยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเทรชัน
เยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันเป็นส่วนประกอบสำคัญของโครงสร้างอัลตราฟิลเทรชัน โดยมีหน้าที่หลักในการแยกและกรองสารต่างๆ ในน้ำ เยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันสามารถแบ่งออกเป็นเยื่อใยกลวง เยื่อแบน เยื่อกึ่งซึมผ่านได้ และรูปแบบอื่นๆ ในบรรดาเยื่อเหล่านี้ เยื่อใยกลวงเป็นชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด วัสดุที่ใช้ทำเยื่อชนิดนี้ได้แก่ โพลีโพรพีลีน โพลีเอสเตอร์ โพลีซัลโฟน และวัสดุอื่นๆ
2. ชั้นรองรับ
ชั้นรองรับเป็นชั้นล่างสุดของเยื่อกรองละเอียดพิเศษ และมีหน้าที่หลักในการรองรับและทำให้โครงสร้างของเยื่อกรองมีความเสถียร ชั้นรองรับสามารถทำจากวัสดุหลากหลายชนิด เช่น สแตนเลส พลาสติก เซรามิก เป็นต้น
3. ท่อน้ำเข้าและน้ำออก
ท่อน้ำเข้าและน้ำออกเป็นช่องทางสำคัญในการนำน้ำเข้าและออกจากโครงสร้าง โดยปกติจะทำจากพีวีซี สแตนเลส และวัสดุอื่นๆ การออกแบบท่อน้ำเข้าและน้ำออกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำไหลเข้าและออกได้อย่างราบรื่น
4. ระบบควบคุม
ระบบควบคุมโครงสร้างการกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันในการบำบัดน้ำเสียสามารถใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติเพื่อให้มั่นใจได้ถึงการทำงานปกติและความเสถียรของโครงสร้าง ระบบควบคุมประกอบด้วยระบบตรวจสอบคุณภาพ ระบบควบคุมการไหล ระบบทำความสะอาดตัวเอง และระบบเตือนภัย
นี่คือส่วนประกอบหลักของโครงสร้างอัลตราฟิลเทรชันในการบำบัดน้ำเสีย ซึ่งเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันเป็นส่วนที่สำคัญที่สุด เราจำเป็นต้องเลือกองค์ประกอบของโครงสร้างอัลตราฟิลเทรชันที่แตกต่างกันไปตามคุณภาพและปริมาณน้ำที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้ผลการบำบัดที่ดีขึ้น
หลักการของการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
เทคโนโลยีการบำบัดด้วยเมมเบรนเป็นเทคโนโลยีการแยกที่มีประสิทธิภาพสูง และถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างรวดเร็วในด้านการบำบัดน้ำ การรักษาสิ่งแวดล้อม การแพทย์ อาหาร เคมีภัณฑ์ และสาขาอื่นๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากกระบวนการที่ไม่ซับซ้อน การใช้งานสะดวก อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด ประสิทธิภาพการแยกที่ดี และความคุ้มค่าสูง เทคโนโลยีการบำบัดด้วยเมมเบรนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการแก้ปัญหาการขาดแคลนน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการรีไซเคิลน้ำและน้ำเสีย เมมเบรนมีบทบาทสำคัญมาก โดยเฉพาะในพื้นที่ที่ขาดแคลนน้ำ และได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง
ไมโครฟิลเทรชัน อัลตราฟิลเทรชัน นาโนฟิลเทรชัน และรีเวิร์สออสโมซิส ล้วนเป็นเทคโนโลยีการบำบัดด้วยเยื่อกรองที่ขับเคลื่อนด้วยแรงภายนอก ปัจจุบัน ในบรรดาเทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อกรองหลักหลายชนิด อัลตราฟิลเทรชันและรีเวิร์สออสโมซิสเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
กระบวนการอัลตราฟิลเตรชันเป็นกระบวนการแยกสารละลายที่ขับเคลื่อนด้วยความแตกต่างของความดันระหว่างสองด้านของเมมเบรนและอาศัยการกรองเชิงกล ขนาดรูพรุนของเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันอยู่ที่ 0.005 ~ 1.0 ไมโครเมตร สารที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดรูพรุนของเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันและสารที่ละลายในน้ำสามารถใช้เป็นของเหลวที่ซึมผ่านเมมเบรนได้ ส่วนสารที่ไม่สามารถผ่านเมมเบรนได้จะถูกดักจับและทำให้เข้มข้นในของเหลวที่ไหลออกมา ดังนั้น น้ำที่ได้ (ผ่านกระบวนการ) จึงประกอบด้วยน้ำ ไอออน และสารโมเลกุลขนาดเล็ก ในขณะที่สารคอลลอยด์ อนุภาค แบคทีเรีย ไวรัส และโปรโตซัวจะถูกกำจัดออกไปโดยเมมเบรน กระบวนการแยกด้วยเมมเบรนเป็นกระบวนการกรองแบบไดนามิก สารละลายโมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกกั้นโดยเมมเบรนและไหลออกจากส่วนประกอบของเมมเบรนพร้อมกับสารละลายเข้มข้น เมมเบรนไม่เกิดการอุดตันง่ายและสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน กระบวนการอัลตราฟิลเตรชันสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องและความดันต่ำ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงาน
น้ำที่จะทำการกรองจะถูกอัดแรงดันโดยปั๊มป้อนน้ำสำหรับระบบอัลตราฟิลเทรชันและลำเลียงไปยังโมดูลเมมเบรน เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันระหว่างภายในและภายนอกเมมเบรน น้ำจึงสามารถซึมผ่านเมมเบรนกรองได้ ในขณะที่สิ่งเจือปนในน้ำจะถูกดักจับและไม่สามารถซึมผ่านเมมเบรนกรองได้ หากสิ่งเจือปนที่แยกออกมาสะสมอยู่บนเมมเบรนมากเกินไป เกลือที่ไม่ละลายน้ำจะรวมตัวกันบนพื้นผิวของเมมเบรนก่อตัวเป็นชั้นเคลือบและกลายเป็นคราบตะกรัน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ มักจะปล่อยให้สิ่งเจือปนไหลออกไปพร้อมกับน้ำบางส่วนเป็นสารเข้มข้นในระหว่างกระบวนการแยก ขึ้นอยู่กับชนิดของเมมเบรนและการใช้งาน กระบวนการนี้อาจดำเนินการอย่างต่อเนื่องหรือในระหว่างการไหลย้อนกลับ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการทำให้บริสุทธิ์แบบดั้งเดิม เช่น การตกตะกอน การตกผลึก และการกรองด้วยทราย ระบบอัลตราฟิลเทรชันมีคุณภาพน้ำที่เสถียร การจัดการอุปกรณ์ที่ง่าย และไม่ก่อให้เกิดกากตะกอนหรือของเสียอื่นๆ จากการกรอง
เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันและชุดประกอบอัลตราฟิลเตรชัน
เมื่อใช้การกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันในการบำบัดน้ำ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดสองประการคือ ความเสถียรทางเคมีและความชอบน้ำของวัสดุ ความเสถียรทางเคมีกำหนดอายุการใช้งานของวัสดุภายใต้การกระทำของกรดและด่าง สารออกซิไดซ์ และจุลินทรีย์ และเกี่ยวข้องโดยตรงกับวิธีการทำความสะอาดที่สามารถใช้ได้ ส่วนความชอบน้ำกำหนดระดับการดูดซับของวัสดุเมมเบรนต่อสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำและส่งผลต่ออัตราการไหลผ่านของเมมเบรน เมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันมีหลายประเภทและหลายขนาด ซึ่งสามารถเลือกใช้ตามความต้องการจริงได้
1. สารเคมีที่จำเป็นสำหรับการเตรียมเยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเทรชัน
มีวัสดุหลายชนิดที่ใช้ในการผลิตเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชัน แต่โดยทั่วไปแล้ววัสดุที่ใช้ในการผลิตเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันแบบเส้นใยกลวงมักเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติในการขึ้นรูปเส้นใยที่ดี คุณสมบัติที่สำคัญของวัสดุเมมเบรน ได้แก่ การขึ้นรูปฟิล์มที่ดี ความเสถียรทางความร้อน ความเสถียรทางเคมี ความต้านทานต่อกรดและด่าง ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากจุลินทรีย์และความต้านทานต่อการออกซิเดชัน และความสามารถในการดูดซับน้ำที่ดี เพื่อให้ได้อัตราการไหลของน้ำสูงและความสามารถในการต้านทานมลพิษ ปัจจุบัน วัสดุเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันแบบเส้นใยกลวงที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) โพลีอีเทอร์ซัลโฟน (PFS) โพลีซัลโฟน (PS) โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) โพลีเอทิลีน (PF) โพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) โพลีโพรพีลีน (PP) เป็นต้น โดยโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์และโพลีอีเทอร์ซัลโฟนเป็นวัสดุเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
2. โครงสร้างของชุดประกอบเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชัน
โดยทั่วไปแล้ว เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันสามารถแบ่งออกเป็นแบบแผ่นและเฟรม (แบบแผ่น), แบบม้วน, แบบท่อ, แบบเส้นใยกลวง และโครงสร้างอื่นๆ
เมมเบรนแบบแผ่นอัลตราฟิลเทรชันเป็นโครงสร้างเมมเบรนแบบดั้งเดิมที่สุด โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับการแยกอนุภาคขนาดใหญ่ แต่เนื่องจากมีขนาดใหญ่และใช้พลังงานสูง จึงค่อยๆ ถูกเลิกใช้ในตลาด
โมดูลเมมเบรนแบบขดลวด หรือที่รู้จักกันในชื่อโมดูลเมมเบรนแบบขดลวดเกลียว เนื่องจากเมมเบรนที่ใช้สามารถผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้ง่าย และส่วนประกอบที่เตรียมไว้ก็สามารถผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้ง่ายเช่นกัน จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ครอบคลุมกระบวนการแยกด้วยเมมเบรนสี่ประเภท ได้แก่ รีเวิร์สออสโมซิส นาโนฟิลเทรชัน อัลตราฟิลเทรชัน และไมโครฟิลเทรชัน และมีอัตราการใช้งานสูงสุดในด้านรีเวิร์สออสโมซิสและนาโนฟิลเทรชัน
เยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันชนิดท่อสามารถทนต่อของแข็งแขวนลอย เส้นใย โปรตีน และสารอื่นๆ ได้หลากหลายชนิด มีความต้องการการเตรียมการเบื้องต้นสำหรับของเหลวต่ำ สามารถใช้งานกับของเหลวที่มีความเข้มข้นสูงได้ แต่ต้นทุนการลงทุนด้านอุปกรณ์สูง และใช้พื้นที่ขนาดใหญ่
ในบรรดาโครงสร้างโมดูลเมมเบรนหลายรูปแบบ ปัจจุบันเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันแบบเส้นใยกลวงเป็นรูปแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โครงสร้างของโมดูลควรได้รับการพิจารณาเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของการบรรจุเมมเบรนให้มากที่สุด เพิ่มปริมาณน้ำที่ได้ต่อหน่วยปริมาตร ลดผลกระทบจากความเข้มข้นของสารละลายให้น้อยที่สุด ทำความสะอาดง่าย และมีต้นทุนการผลิตต่ำ
ในปัจจุบัน เยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันชนิดเส้นใยกลวงได้กลายเป็นรูปแบบหลักของอัลตราฟิลเตรชันเนื่องจากมีข้อดีที่เหนือกว่า โดยแบ่งตามตำแหน่งของชั้นหนาแน่น เยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันชนิดเส้นใยกลวงสามารถแบ่งออกเป็นเยื่อกรองแบบแรงดันภายในและเยื่อกรองแบบแรงดันภายนอก เยื่อกรองแบบแรงดันภายนอกจะให้สารละลายซึมผ่านเส้นใยกลวงตามแนวรัศมีจากภายนอกสู่ภายใน ทำให้กลายเป็นของเหลวที่ซึมผ่านได้ ส่วนสารที่ติดอยู่จะจมลงไปด้านนอกของเส้นใยกลวง ช่องทางเข้าของเยื่อกรองอยู่ระหว่างเส้นใย และเส้นใยมีพื้นที่เคลื่อนที่ได้อิสระ จึงเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีคุณภาพน้ำดิบไม่ดีและมีสารแขวนลอยสูง ส่วนเยื่อกรองแบบแรงดันภายในชนิดเส้นใยกลวง สารละลายจะเข้าด้านในของเส้นใยกลวง และถูกขับเคลื่อนด้วยความแตกต่างของแรงดัน ผ่านเส้นใยกลวงจากภายในสู่ภายนอกตามแนวรัศมี ทำให้กลายเป็นของเหลวที่ซึมผ่านได้ ในขณะที่ของเหลวเข้มข้นจะอยู่ภายในเส้นใยกลวงและไหลออกทางปลายอีกด้านหนึ่ง ทางเข้าของเมมเบรนเป็นโพรงภายในของเส้นใยกลวง เพื่อป้องกันการอุดตัน จึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับขนาดอนุภาคและองค์ประกอบของน้ำที่ไหลเข้า ดังนั้นจึงเหมาะสมกับสภาวะการทำงานของน้ำดิบที่มีคุณภาพดี
3. ประสิทธิภาพการดักจับของชุดเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชัน
(1) การดักจับอนุภาค ความขุ่นของน้ำกรองสามารถลดลงได้ต่ำกว่า 0.1 NTU โดยทั่วไปเมื่อใช้การกรองแบบอัลตราฟิลเทรชัน ในกรณีที่ความขุ่นของน้ำดิบไม่คงที่ การใช้การกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันจะเหมาะสมกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการทำให้บริสุทธิ์แบบดั้งเดิม การกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันสามารถทำให้เป็นระบบอัตโนมัติได้ง่ายมาก
(2) การดักจับสารอินทรีย์ สารอินทรีย์ประกอบด้วยอนุภาค คอลลอยด์ และสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ เนื่องจากความสามารถในการดักจับสารอินทรีย์ชนิดต่างๆ ของอัลตราฟิลเทรชันนั้นแตกต่างกัน ประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์จึงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารอินทรีย์ในน้ำ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม วิธีการอัลตราฟิลเทรชันไม่จำเป็นต้องพิจารณาการตกตะกอน และไม่จำเป็นต้องใส่ใจกับความสามารถในการกรองของน้ำกลั่น เนื่องจากประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์ของอัลตราฟิลเทรชันไม่เกี่ยวข้องกับรูปร่างและความหนาแน่นของน้ำกลั่น อัตราการกักเก็บสารอินทรีย์โดยอัลตราฟิลเทรชันจะอยู่ที่ 40% ถึง 60% ขึ้นอยู่กับการตกตะกอนและคุณภาพของน้ำดิบ
การใช้งานและการบำรุงรักษาระบบอัลตราฟิลเทรชัน
ระบบอัลตราฟิลเทรชันทำงานสองโหมด คือ การกรองแบบเต็มทางและการกรองแบบไหลผ่าน ในการกรองแบบเต็มทาง น้ำที่ไหลเข้ามาทั้งหมดจะผ่านพื้นผิวเมมเบรนกลายเป็นน้ำ ในขณะที่การกรองแบบไหลผ่านนั้น น้ำบางส่วนจะผ่านพื้นผิวเมมเบรนกลายเป็นน้ำ และอีกส่วนหนึ่งจะถูกระบายออกพร้อมกับสิ่งเจือปนเพื่อกลายเป็นน้ำเข้มข้น ข้อดีของการกรองแบบไหลผ่านคือ ใช้พลังงานต่ำ แรงดันใช้งานต่ำ ทำให้ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ และสามารถจัดการกับของเหลวที่มีปริมาณของแข็งแขวนลอยสูงได้ เมื่ออัตราการไหลของน้ำกรองอัลตราฟิลเทรชันต่ำและภาระการกรองของเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันต่ำ สารปนเปื้อนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเมมเบรนจะถูกกำจัดออกได้ง่าย ดังนั้นอัตราการไหลของน้ำกรองในระยะยาวจึงคงที่ เมื่ออัตราการไหลของน้ำกรองสูง แนวโน้มการอุดตันที่ไม่สามารถแก้ไขได้ของเมมเบรนอัลตราฟิลเทรชันจะเพิ่มขึ้น และอัตราการฟื้นตัวของน้ำยาทำความสะอาดจะลดลง ซึ่งไม่เอื้อต่อการรักษาเสถียรภาพของอัตราการไหลของน้ำกรองในระยะยาว
โหมดการกรอง:
1. โหมดการกรองสตรีมเต็มรูปแบบ
โดยทั่วไป เมื่อปริมาณของแข็งแขวนลอยและคอลลอยด์ในน้ำดิบต่ำ (เช่น SS
2. โหมดการกรองแบบไหลข้าม
ปริมาณของแข็งแขวนลอยในน้ำดิบและในระบบที่ใช้ตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำส่วนใหญ่มีปริมาณสูง ทำให้จำเป็นต้องลดอัตราการกู้คืนน้ำลงเพื่อรักษาระดับการไหลภายในท่อเมมเบรนให้สูง ส่งผลให้มีน้ำเสียปริมาณมาก เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสีย น้ำเข้มข้นที่ระบายออกจะถูกอัดแรงดันกลับเข้าไปในท่อเมมเบรนอีกครั้ง ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าอัตราการกู้คืนน้ำของท่อเมมเบรนจะลดลง แต่สำหรับระบบโดยรวม อัตราการกู้คืนน้ำยังคงสูง ในโหมดนี้ น้ำที่ไหลเข้าจะไหลเวียนอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวเมมเบรน และการไหลเวียนของน้ำด้วยความเร็วสูงจะช่วยป้องกันการสะสมของอนุภาคบนพื้นผิวเมมเบรนและเพิ่มอัตราการไหลของน้ำที่กรองได้ เนื่องจากน้ำที่ไหลเข้ากลายเป็นน้ำที่ผลิตได้น้อยลง การใช้พลังงานของโหมดการกรองแบบไหลข้ามจึงมากกว่าโหมดการกรองแบบไหลเต็มเพื่อให้ได้ผลผลิตที่เท่ากัน
การทำงานของเยื่อกรองอัลตราฟิลเตรชัน
ควรตรวจสอบและเตรียมใช้งานเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันก่อนเริ่มใช้งาน โดยปฏิบัติตามขั้นตอนต่อไปนี้:
(1) การตรวจสอบคุณภาพน้ำขาเข้า สิ่งสำคัญคือการตรวจสอบความขุ่นของน้ำขาเข้า เมื่อความขุ่นอยู่ในช่วงค่าที่จำกัดของระบบ อุปกรณ์อัลตราฟิลเทรชันสามารถเริ่มทำงานได้ จากนั้นจึงตรวจสอบปริมาณคลอรีนตกค้างและค่า pH ในน้ำ
(2) การตรวจสอบระบบ ตามแผนผังกระบวนการ ให้ตรวจสอบว่าอุปกรณ์และการเชื่อมต่อถูกต้องหรือไม่ และตรวจสอบว่าวาล์วเปิดอย่างถูกต้องหรือไม่ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับระบบที่ควบคุมด้วยมือ วาล์วทางเข้าไม่ควรเปิดจนสุดเมื่อเริ่มเดินเครื่อง และวาล์วน้ำเข้มข้นและวาล์วน้ำไหลออกควรเปิดจนสุดเพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันที่มากเกินไปเมื่อเริ่มเดินเครื่อง ซึ่งจะทำให้เกิดแรงกระแทกต่อเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันและทำให้อุปกรณ์เสียหาย
(3) การตรวจสอบเครื่องมือ ตรวจสอบว่าเครื่องมือทั้งหมดอยู่ในสภาพปกติหรือไม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกจวัดความดันอยู่ในสภาพสมบูรณ์หรือไม่
(4) การเริ่มต้น เมื่อทำการเตรียมการก่อนเริ่มใช้งาน สามารถทดสอบการเริ่มต้นระบบได้ กล่าวคือ เปิดแหล่งจ่ายไฟ เริ่มปั๊ม แล้วหยุดทันที ตรวจสอบว่าการหมุนของใบพัดปั๊มถูกต้องหรือไม่ และปั๊มทำงานโดยไม่มีเสียงผิดปกติ เมื่อตรวจสอบแล้วว่าปั๊มทำงานได้ปกติ จึงจะสามารถเริ่มใช้งานปั๊มได้อย่างเป็นทางการ หลังจากเริ่มใช้งานแล้ว ควรตรวจสอบรอยรั่วที่ส่วนต่อประสานและท่อ ในรอบแรกของการทำงานของโปรแกรมควบคุมอัตโนมัติ ควรตรวจสอบการเปิดและปิดของวาล์ว และการทำงานของเครื่องมือต่างๆ ควรเป็นปกติ
⑸ การใช้งาน เมื่ออุปกรณ์กำลังทำงาน ควรตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอว่าเครื่องมือทำงานปกติหรือไม่ ปั๊มมีเสียงผิดปกติหรือไม่ คุณภาพน้ำเป็นไปตามข้อกำหนดหรือไม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งควรให้ความสนใจกับมาตรวัดความดันและการไหลของน้ำ หากพบความผิดปกติ ควรหยุดการทำงานเพื่อตรวจสอบทันที โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติจะคำนึงถึงการป้องกันตนเองของระบบ หากมีสิ่งผิดปกติใด ๆ ระบบจะหยุดการทำงานและส่งสัญญาณเตือนโดยอัตโนมัติ ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ควรตรวจสอบและบันทึกข้อมูลอุปกรณ์ตามข้อกำหนดการออกแบบ ทำความสะอาด ฆ่าเชื้อ และกำจัดเชื้อโรคของอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอตามข้อกำหนดการออกแบบ ควรระบายอากาศอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ หรือตรวจสอบสถานะการทำงานของวาล์วระบายอากาศอัตโนมัติ
⑹ ปิดระบบ
① ขั้นแรกให้ลดแรงดันในระบบและความแตกต่างของแรงดันข้ามเยื่อ จากนั้นจึงปิดระบบ
② เมื่อระยะเวลาปิดระบบไม่เกิน 7 วัน สามารถดำเนินการโหมดป้องกันของอุปกรณ์ได้วันละ 20-60 นาที (ระยะเวลานี้ขึ้นอยู่กับรอบการกรอง การล้าง การล้างย้อน และการล้างซ้ำ) เพื่อเปลี่ยนน้ำสะอาดด้วยน้ำที่เก็บไว้ในอุปกรณ์
③ เมื่อไม่ได้ใช้งานอุปกรณ์เป็นเวลานาน ควรทำความสะอาดและฆ่าเชื้ออุปกรณ์อย่างละเอียดก่อน จากนั้นจึงฉีดสารปกป้องเมมเบรนและสารต้านแบคทีเรียเข้าไปในอุปกรณ์ และปิดส่วนเชื่อมต่อทั้งหมดของอุปกรณ์เพื่อรักษาความชุ่มชื้นของเมมเบรนและป้องกันไม่ให้แบคทีเรียและสาหร่ายเจริญเติบโตในอุปกรณ์
การปนเปื้อนของเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชัน
การปนเปื้อนของเมมเบรน หมายถึงกระบวนการที่อนุภาค คอลลอยด์ หรือโมเลกุลขนาดใหญ่ของสารละลายในวัสดุดูดซับและสะสมอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรนผ่านการดูดซับทางกายภาพ ปฏิกิริยาทางเคมี หรือการดักจับทางกล ส่งผลให้รูพรุนของเมมเบรนอุดตัน และทำให้ค่าอัตราการซึมผ่านและลักษณะการแยกของเมมเบรนเปลี่ยนแปลงไปอย่างเห็นได้ชัด การดูดซับของเมมเบรนในกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันถือเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการอุดตันของเมมเบรน ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างเมมเบรน ตัวทำละลาย และสารละลาย เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีและโครงสร้างของส่วนประกอบเมมเบรนแตกต่างกัน กลไกการดูดซับจึงแตกต่างกันด้วย ซึ่งโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต ปฏิกิริยาแบบไม่ชอบน้ำ และอื่นๆ
การทำความสะอาดระบบอัลตราฟิลเทรชัน
ในกระบวนการอัลตราฟิลเตรชัน สารที่แยกออกมาและสิ่งเจือปนอื่นๆ จะค่อยๆ สะสมอยู่บนพื้นผิวเมมเบรน ส่งผลให้เกิดมลภาวะและการอุดตันของเมมเบรน ดังนั้น การทำความสะอาดเมมเบรนจึงเป็นกระบวนการที่ขาดไม่ได้ในระบบอัลตราฟิลเตรชัน และการทำความสะอาดเมมเบรนอย่างมีประสิทธิภาพเป็นวิธีการสำคัญในการยืดอายุการใช้งานของเมมเบรน วิธีการทำความสะอาดเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่ได้แก่ การทำความสะอาดทางกายภาพและการทำความสะอาดทางเคมี การทำความสะอาดระบบอัลตราฟิลเตรชันรวมถึงการล้างด้วยน้ำ การล้างด้วยแก๊ส การทำความสะอาดด้วยสารเคมี และอื่นๆ ในบรรดาวิธีเหล่านี้ การล้างด้วยน้ำสามารถกำจัดชั้นเค้กกรองบนพื้นผิวเมมเบรนได้ วิธีการใช้แก๊สใช้ความปั่นป่วนของแก๊สที่รุนแรงเพื่อกำจัดชั้นมลภาวะบนพื้นผิวเมมเบรนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การทำความสะอาดด้วยสารเคมีใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อกำจัดคอลลอยด์ สารอินทรีย์ เกลืออนินทรีย์ และสิ่งเจือปนอื่นๆ บนพื้นผิวของเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันและการก่อตัวของน้ำภายใน
การล้างย้อนกลับของระบบอัลตราฟิลเทรชัน
น้ำที่ใช้ในการล้างย้อนกระบวนการอัลตราฟิลเทรชันคือน้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิตอัลตราฟิลเทรชัน เนื่องจากของแข็งแขวนลอยที่มากับน้ำล้างย้อนจะไปสะสมอยู่ในโครงสร้างรองรับและปล่อยอนุภาค แบคทีเรีย และ TOC ออกมาอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นน้ำดิบจึงไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นน้ำล้างย้อน
เมื่อใช้งานส่วนประกอบของเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันเป็นเวลานาน สิ่งเจือปนในน้ำจะสะสมอยู่บนเยื่อกรอง ซึ่งจะค่อยๆ ส่งผลต่อประสิทธิภาพการแยกของเยื่อกรอง ดังนั้น ในระหว่างการใช้งาน เมื่อปริมาณน้ำที่ได้จากเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันลดลงมากกว่า 20% หรือเมื่อใช้งานไปแล้ว 1-4 เดือน จำเป็นต้องทำการทำความสะอาดทางเคมีภายในเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชัน เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนเยื่อกรองอัลตราฟิลเทรชันอย่างทันท่วงที ป้องกันการเกิดตะกรันที่ยากต่อการทำความสะอาด และฟื้นฟูประสิทธิภาพของเยื่อกรองให้กลับมาใช้งานได้ตามปกติ
การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบ่งออกเป็น การทำความสะอาดด้วยสารละลายกรดและการทำความสะอาดด้วยสารละลายด่าง เมื่อความกระด้างของน้ำขาเข้าสูง หรือปริมาณไอออนโลหะ (เช่น ไอออนเหล็ก) เกินมาตรฐานที่กำหนด ทำให้เกิดมลภาวะอนินทรีย์ที่ด้านขาเข้าของเมมเบรน จำเป็นต้องใช้สารละลายกรดในการทำความสะอาดอุปกรณ์อัลตราฟิลเตรชัน สำหรับเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันที่ปนเปื้อนทางชีวภาพ ควรใช้สารละลายด่างในการทำความสะอาดอุปกรณ์เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชัน ควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้เมื่อทำการทำความสะอาด:
(1) สารทำความสะอาดทั้งหมดต้องเข้าสู่ชุดประกอบจากด้านทางเข้าน้ำของระบบอัลตราฟิลเทรชันเพื่อป้องกันสิ่งสกปรกที่อาจมีอยู่ในสารทำความสะอาดจากด้านหลังของชั้นกรองหนาแน่นเข้าไปในผนังเมมเบรนด้านใน
(2) ระบบอัลตราฟิลเทรชันจะถูกล้างย้อนกลับอย่างละเอียดก่อนการทำความสะอาดด้วยสารเคมี
(3) กระบวนการทำความสะอาดทางเคมีทั้งหมดของระบบอัลตราฟิลเทรชันใช้เวลา 2 ~ 4 ชั่วโมง หากมีคราบสกปรกมาก จะต้องแช่ทิ้งไว้นานกว่า 12 ชั่วโมง
(4) หลังจากทำความสะอาดแล้ว หากระยะเวลาปิดระบบอัลตราฟิลเทรชันเกินสามวัน จะต้องบำรุงรักษาระบบอัลตราฟิลเทรชันตามข้อกำหนดการปิดระบบในระยะยาว
(5) สารละลายทำความสะอาดต้องเตรียมด้วยน้ำอัลตราฟิลเทรชั่นหรือน้ำที่มีคุณภาพดีกว่า
(6) สารทำความสะอาดต้องกำจัดสารปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะหมุนเวียนเข้าไปในชุดเมมเบรน
สามารถควบคุมอุณหภูมิของน้ำยาทำความสะอาดได้ที่ 10 ~ 40℃ และการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำยาทำความสะอาดจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความสะอาดได้
(7) เมื่อจำเป็น สามารถใช้น้ำยาทำความสะอาดได้หลากหลายชนิด แต่น้ำยาทำความสะอาดและสารฆ่าเชื้อราต้องไม่ทำให้เมมเบรนและวัสดุส่วนประกอบเสียหาย หลังจากทำความสะอาดแต่ละครั้ง ให้ระบายน้ำยาทำความสะอาดออกและล้างระบบด้วยน้ำอัลตราฟิลเทรชันหรือน้ำรีเวิร์สออสโมซิสก่อนทำความสะอาดด้วยน้ำยาทำความสะอาดอื่น
การทำความสะอาดเยื่อกรองระบบรีเวิร์สออสโมซิสด้วยสารเคมีไม่ควรทำบ่อยเกินไป เพื่อป้องกันความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้ต่อส่วนประกอบของเยื่อกรอง
คำอธิบาย2