أنظمة الترشيح الفائق (UF) هي تقنيات ترشيح تعمل تحت الضغط، على غرار أغشية التناضح العكسي، لفصل الجسيمات ذات الوزن الجزيئي الأعلى من الماء نفسه. هذه الأنظمة فعالة للغاية في إزالة المواد الصلبة العالقة والجسيمات في الماء. يمكن لأنظمة الترشيح الفائق تحقيق أداء ترشيح يصل إلى 5 نانومترات، مما يجعلها أكثر دقة من أنظمة الترشيح الدقيق. ولهذا السبب، يكون ضغط تشغيلها أعلى قليلاً مقارنة بالترشيح الدقيق، ويتراوح عادةً بين 2 و4 بار. يبلغ متوسط سعة التدفق حوالي 40 إلى 120 لتر لكل متر مربع من مساحة سطح الغشاء. وغالباً ما تستخدم في مشاريع معالجة المياه الصناعية بدلاً من المرشحات الرملية متعددة الوسائط.

يمكن لوحدة الترشيح الفائق تصفية جميع المواد الصلبة العالقة على المستوى المجهري. تستخدم أغشية الترشيح الفائق تقنية غشائية خاصة تعرف باسم الألياف المجوفة، مما يمكنها من إزالة الجسيمات الصلبة حتى حوالي 0.025 ميكرون. وبالنظر إلى أن سمك شعرة الإنسان يتراوح بين 70-80 ميكرون، فمن السهل أن نرى مدى فعالية أجهزة الترشيح الفائق لترشيح المياه على المستوى المجهري.

في أنظمة التقطيع بالوزن الجزيئي (UF)، يتم قياس الأداء باستخدام معلمة تسمى MWCO (قطع الوزن الجزيئي). يتم تحديد هذه المعلمة من خلال المدة التي يمكن أن يحتفظ فيها غشاء UF بنسبة 90% على الأقل من المواد التي يكون وزنها الجزيئي أعلى من الماء (مثل البروتينات أو الجليكول). على سبيل المثال، إذا كان غشاء UF يمكنه منع مرور 90% على الأقل من هذه المواد لمدة يومين، ولكن هذا الاحتفاظ ينخفض إلى 89% بعد يومين، فإن MWCO لهذا الغشاء يعتبر 2. ونظرًا لأن MWCO ليس معيارًا دوليًا، فهو ليس مبدأ قياس معترف به عالميًا، ولكنه كثيرًا ما يستخدم في التقييمات الفنية.

تشمل التطبيقات الشائعة لأنظمة الترشيح الفائق الترشيح ما يلي:

- استخلاص البروتينات من مواد مثل الحليب أو مصل اللبن، وتركيز السكريات في عصير الفاكهة، وإزالة البكتيريا والمواد الصلبة العالقة والمواد العضوية من مياه الشرب المعبأة في زجاجات.

- إزالة الشحوم في أنظمة مياه الصرف الصحي.

- إزالة البكتيريا والفيروسات في المياه البلدية، وإنتاج مياه صالحة للاستخدام من مياه الصرف الصحي.

- تعمل كخطوة معالجة مسبقة في أنظمة التناضح العكسي لإزالة المواد الصلبة العالقة.

الاختلافات بين أنظمة التردد فوق العالي وأنظمة التناضح العكسي

تُستخدم أنظمة التردد فوق البنفسجي بشكل عام لفصل المواد الصلبة العالقة، والتي قد لا تكون كافية لإزالة المواد الذائبة في الماء. من ناحية أخرى، تقوم أنظمة التناضح العكسي بالترشيح على المستوى الجزيئي، بما في ذلك المواد الذائبة. وعادة ما يقع أداء الترشيح بالتناضح العكسي بين الترشيح الدقيق والترشيح النانوي.

كيف تعمل؟

تعمل أنظمة الترشيح الفائق على نفس مبدأ مرشحات الرواسب القياسية. يتم احتجاز المواد الصلبة العالقة بواسطة البنية المسامية لأغشية الترشيح الفائق. وبشكل أساسي، يتم دفع المياه المضغوطة عبر الأغشية، مما يسمح بمرور المياه ذات الوزن الجزيئي المنخفض. ويرد أدناه رسم تخطيطي نموذجي لنظام الترشيح بالتغذية الفائقة:

المزايا

توفر أنظمة غشاء UF قدرات ترشيح متقدمة مع استهلاك منخفض للطاقة، مما يجعلها فعالة للغاية كمرحلة ما قبل المعالجة. وبالإضافة إلى تقليل التعكر، يقوم نظام الترشيح بالتغذية الفائقة بتصفية مسببات الأمراض مثل البكتيريا والفيروسات، مما يميزه عن مرشحات الوسائط المتعددة القائمة على الرمل. وباختصار، توفر أنظمة الترشيح بالتغذية الفائقة

- كفاءة ترشيح عالية بمعدلات تدفق عالية.

- ترشيح متقدم لمسببات الأمراض (البكتيريا والفيروسات وغيرها).

- عمر افتراضي طويل وأداء عالٍ بفضل قدرات الغسيل العكسي.

- خيارات تصميم مدمجة بسبب التكوينات المعيارية.

- مقاومة عالية للمواد الكيميائية ودرجات الحرارة.

أغشية الترشيح الفائق

يمكن صنع أغشية الترشيح بالتغذية الفائقة من بوليمرات عضوية أو مواد غير عضوية. يعتمد الاختيار على معايير محددة مثل الوزن الجزيئي للمواد المراد ترشيحها وتفاعلها مع سلاسل البوليمر. في صناعة معالجة المياه، تستخدم أغشية الألياف المجوفة في الغالب. نوع مادة الغشاء مهم للاستقرار الكيميائي والحراري والميكانيكي، على الرغم من أنه لا يسبب عادةً اختلافات كبيرة في التدفق أو أداء الترشيح.

تصميم نظام الترشيح الفائق

يعمل الترشيح الفائق عادةً عند ضغوط منخفضة - بشكل عام في نطاق 0.5 إلى 5 بار. تسمح ضغوط التشغيل المنخفضة هذه بتشغيل العملية بمضخات منخفضة الطاقة أو حتى بدون مضخات في بعض الحالات، مما يوفر عملية فعالة من حيث التكلفة.

يتم إنتاج أغشية الترشيح بالتغذية الفائقة في شكل وحدات على طبقة دعم مسامية، ويشار إلى كل وحدة غشاء باسم "وحدة". تحتوي كل وحدة على مدخل لمياه التغذية، ومخرج مركز، ومخرج متخلل. هناك نوعان رئيسيان من الوحدات النمطية في السوق: أغشية الجرح الحلزوني والأغشية الليفية المجوفة. أنواع الوحدات الأخرى - مثل الوحدات الدوارة أو الوحدات الاهتزازية أو وحدات دوامة دين - مصممة خصيصًا لعمليات محددة.

لكل تصميم وحدة نمطية مزايا وعيوب فريدة من حيث التنظيف والتشغيل وانخفاض الضغط وأداء الترشيح. وبالمقارنة مع أنواع الوحدات الأخرى، تعتبر وحدات الألياف المجوفة مفيدة لسهولة التنظيف والكفاءة التشغيلية؛ كما تقدم الأغشية ذات الجرح الحلزوني مزايا مماثلة. تأتي أنواع الأغشية المتخصصة الأخرى بتكاليف تشغيل وملكية أعلى ولكن قد تكون مفضلة لتطبيقات صناعية محددة.