סינון אולטרה אינו תרופת פלא. 70%-80% מהסתימה של מערכת האולטרה סינון נובעת מטיפול מקדים כושל. פרויקטים רבים מתייחסים לסינון האולטרה כאל "מוצא אחרון", מפשטים וקיצוץ פינות בטיפול מקדים. לא משנה אם נעשה שימוש בסיבים חלולים, יריעה שטוחה, צינורית או קרמיקה, עלייה מהירה בהפרש הלחץ, ניקוי כימי תכוף וקיצור משמעותי של תוחלת החיים של הממברנה.
תהליכי טיפול מקדים של אולטרה סינון נפוצים כוללים: שקיעת קרישה, סינון מדיה רב-, סינון פחמן פעיל, מסנני דיסקים, מסנני -ניקוי עצמי, סינון טרום-מיקרו-סינון אולטרה, פחמן פעיל ביולוגי-אוזון וטיפול מקדים מרכך. שילוב הטיפול המקדים משתנה מאוד בהתאם לאיכות המים המשפיעים (מי מכרה, זנב כימי פחם, שפכים עירוניים משניים, מים עיליים).
א. השוואה מפורטת של תהליכי טיפול מקדים
1. קרישה-שיקוע (הבהרת קרישה)
עיקרון התהליך: הוספת PAC/PAM גורמת להצקה של קולואידים, מוצקים מרחפים, חלק מהזרחן ומולקולות אורגניות גדולות, ומשיגה הפרדת נוזלים מוצקים באמצעות שקיעה.
יתרונות: הסרה מצוינת של מוצקים מרחפים, קולואידים ועכירות; מסיר קצת חומר אורגני הידרופובי; פעולה בוגרת, מתאימה לפרויקטים-בקנה מידה גדול; השקעה ניתנת לשליטה יחסית.
חסרונות: דרישות גבוהות לבקרת מינון מגיב; ריאגנטים מוגזמים יכולים להכניס שאריות של מלחי אלומיניום וחומרים פולימריים, ולגרום ישירות לסתימה בלתי הפיכה של מערכת האולטרה סינון; פריקת בוצה גדולה; טביעת רגל גדולה; אפקט הצפצופים מתדרדר בסביבות-טמפרטורות נמוכות.
תאימות משפיעה אופיינית: מים עיליים, מי מכרה, שפכים תעשייתיים בעלי עכירות גבוהה-.
התאמה עם סינון אולטרה: שלב הטיפול הקדם- הנפוץ ביותר עבור סינון אולטרה סיבים חלולים בלחץ חיצוני; תוספת מופרזת של PAM אסורה בתכלית האיסור, מכיוון ששאריות PAM הן רוצחות לסינון אולטרה.
נקודות עיצוב ותפעול: עכירות קולחים בקרת פחות או שווה ל-5 NTU; לשלוט בקפדנות על מינון PAM, למזער את השימוש ב-PAM אניוני; להאריך כראוי את זמן הצניפות בחורף בטמפרטורות נמוכות.
2. סינון רב-מדיה (חול קוורץ + אנתרציט)
עיקרון התהליך: סינון בלחץ הכבידה, בהסתמך על שכבת מדיית המסנן כדי ללכוד מוצקים מרחפים וקולואידים עדינים.
יתרונות: מסיר חלקיקים עדינים שנותרו לאחר שקיעה; פעולה יציבה; מוכר לאנשי תחזוקה; מתאים לנפחי מים גדולים; ניתן לשטוף לאחור ולהתחדש.
חסרונות: עמידות ירודה לעומסי זעזועים; תנודות גדולות בעכירות ההשפעה, נוטה לנגר תקשורתי; עוגת מדיה, וחלקיקי חול עדינים הנכנסים למערכת האולטרה סינון לאחר התגבשות, שורטים את סיבי הממברנה; יכולת הסרה כמעט אפסית של חומרים אורגניים מומסים.
התאמה אופיינית להשפעה: שפכים לאחר קרישה ושקיעה; מי מכרה, מים מוחזרים עירוניים.
תאימות לסינון אולטרה: יחידת סינון מקדימה- סטנדרטית עבור סינון לחץ חיצוני מסוג -; לא יכול לשמש כטיפול מקדים בלעדי עבור סינון אולטרה.
שיקולי עיצוב ותחזוקה: בדוק באופן קבוע את מדיית המסנן כדי למנוע נגר; להבטיח עוצמת שטיפה סבירה; לחקור מיד כל עלייה פתאומית בעכירות הקולחים כדי למנוע כניסת חול לבית ממברנת האולטרה-פילטרציה.
3. סינון פחמן פעיל (גרגירי פחמן פעיל GAC)
עיקרון התהליך: ספיחה מסירה מעט חומצה הומית, צבע וקצת חומר אורגני הידרופובי.
יתרונות: מפחית עומס אורגני, מפחית זיהומים אורגניים של מערכת האולטרה סינון; מסיר מעט שאריות כלור.
חסרונות: לא ניתן להסיר מוצקים מרחפים; נטייה לגידול חיידקים בשלבים המאוחרים של הפעולה, כאשר שפכים נושאים כמויות גדולות של חיידקים ופסולת ביולוגית, הגורמים לזיהום ביולוגי חמור במערכת האולטרה סינון; פחם פעיל דורש חידוש או החלפה קבועים; השפעות שמנוניות עלולות לגרום בקלות להידרדרות של פחם פעיל ולהתגבשות.
תאימות השפעה אופיינית: מים עיליים, מעט שפכים כימיים, מים עם תכולה אורגנית גבוהה.
שימוש עם אולטרה סינון: ניתן לשפר אולטרה סינון בלחץ חיצוני עם טיפול מקדים; לא מומלץ לשפכים גבוהים בשמן או בשפכי SS גבוהים.
שיקולי עיצוב ותחזוקה: שטיפה לאחור רגילה; לשלוט בזמן המגע של מיטה ריקה; להיות ערני להתפרצויות חיידקים במיכל הפחם הפעיל; החלף פחם פעיל מיד כאשר הוא הופך לבלתי יעיל.
4. מסנן -לניקוי עצמי
עקרון התהליך: מסך מסנן מתכת, סינון מברשת/שאיבה אוטומטי מקוון, בדרך כלל עם דיוק של 50-200 מיקרומטר.
יתרונות: פעולה רציפה אוטומטית לחלוטין; טביעת רגל קטנה; אין צורך להחליף מדיית סינון; מתאים לקצבי זרימה גבוהים; עומס עבודה תחזוקה נמוך.
חסרונות: מיירט רק זיהומים חלקיקים גדולים, לא יעיל לחלוטין נגד קולואידים ומוצקים מרחפים עדינים; לא יכול להפחית עכירות; מסך מסנן פגום מאפשר לזיהומים להיכנס ישירות לתהליך במורד הזרם.
תאימות אופיינית למי כניסת מים: מגן על ציוד במורד הזרם; סינון-קדם למטרות בטיחות.
התאמה עם סינון אולטרה: רק להגנה, לא כ-טיפול המקדים העיקרי עבור סינון אולטרה; בדרך כלל ממוקם אחרי מסנני מדיה מולטי- ולפני מסנן האבטחה האולטרה-פילטרוני.
נקודות עיצוב ותחזוקה: אפשרו מרווח זרימה בעת בחירת דגם; בדוק באופן קבוע את תקינות מסך המסנן.
5. מסנן דיסק (מסנן דיסק מוערם)
עקרון התהליך: סינון דחיסת דיסק מפלסטיק, דיוק 5-100 מיקרומטר, שטיפה לאחור אוטומטית.
יתרונות: דיוק סינון גבוה יותר מאשר מסננים רגילים לניקוי עצמי-; שטיפה מהירה לאחור; טביעת רגל קטנה; רמה גבוהה של אוטומציה.
חסרונות: לא יעיל נגד קולואידים וחומרים אורגניים מומסים; מים שמנים יכולים בקלות לגרום להידבקות דיסק ולסתימה; שטיפה לאחור תכופה בתנאי SS גבוהים.
תאימות אופיינית למי כניסת מים: מים מוחזרים, מי מכרה, לאחר סינון טרום-שקיעה.
התאמה עם סינון אולטרה: משמש לעתים קרובות כמסנן קדם- במערכות סינון אולטרה-סינון בלחץ חיצוני, המחליף כמה מסנני מדיה רב-; לא ניתן להשתמש לבד עבור מי כניסה עם עכירות גבוהה.
שיקולי עיצוב ותחזוקה: השתמש בזהירות עבור שפכים שמנים; לפרק באופן קבוע ולבדוק הידבקות של דיסק המסנן.
6. מסנן אבטחה (מיקרופילטרציה, אלמנט מסנן 5-10 מיקרומטר)
עיקרון התהליך: אלמנט המסנן מיירט חלקיקים קשים ופסולת חומרי סינון שדלפו, ומגן על אלמנט ממברנת האולטרה-פילטרציה.
יתרונות: מיירט חול וזיהומים קשים המובאים על ידי חומרי דליפה, מגן על סיבי הממברנה מפני שריטות פיזיות.
חסרונות: אינו מטפל בקולואידים או בחומרים אורגניים; אלמנט מסנן הוא חומר מתכלה; יש להחליף אלמנט מסנן כאשר לחץ ההפרש עולה; אלמנט מסנן פגום יאפשר ישירות לזיהומים להיכנס למערכת האולטרה סינון.
תאימות טיפוסית למי כניסת מים: חיונית לכל מערכות אולטרה סינון מסוג -לחץ.
תאימות לסינון אולטרה: נדרשת עבור מערכות אולטרה סינון בלחץ -סוג חיצוני ופנימי; בדרך כלל לא נדרש עבור MBRs שקועים, מערכות צינוריות וממברנות קרמיות.
שיקולי עיצוב ותחזוקה: הגדר אזעקת לחץ דיפרנציאלי; אסור בהחלט לפעול כאשר לחץ ההפרש חורג מהגבול; לעולם אל תשתמש ברכיבי סינון פגומים או לא תקינים.
7. אוזון-פחמן פעיל ביולוגי (O₃-BAC)
עיקרון התהליך: אוזון מחמצן מולקולות אורגניות גדולות, ואחריו הפירוק של חלק מהחומר האורגני על ידי פחמן פעיל ביולוגי.
יתרונות: מפחית באופן משמעותי את החומר האורגני המשפיע, מפחית באופן משמעותי את העיכול האורגני והביולוגי של ממברנת האולטרה-פילטרציה; מסיר צבע.
חסרונות: השקעה גבוהה; צריכה כימית גבוהה במהלך הפעולה; מינון מופרז של אוזון עלול לפגוע בממברנת האולטרה סינון האורגני של PVDF; בקרת תהליכים מורכבים; דרישות גבוהות לתפעול וניהול.
תאימות מים משפיעים טיפוסית: מים עיליים, מים מוחזרים עירוניים עם תכולת חומרים אורגניים גבוהה.
תאימות אולטרה סינון: טיפול מקדים עמוק בלחץ אולטרה סינון; יש לשלוט על שאריות אוזון, שכן שאריות אוזון הנכנסות לממברנה תחמצן את סיבי הממברנה של PVDF.
שיקולי עיצוב ותחזוקה: יש ליישם הסרת גזים מספקת לאחר הטיפול באוזון כדי להבטיח שאריות אוזון לא ייכנסו למערכת האולטרה-פילטרציה.
8. טיפול מקדים לריכוך (שרף/סיד-ריכוך נתרן קרבונט)
עיקרון התהליך: מסיר קשיות סידן ומגנזיום וסיליקון, מפחית את הנטייה להצטברות אבנית.
יתרונות: מפחית אבנית אנאורגנית על פני ממברנת האולטרה סינון תוך הגנה על מערכת ה-RO שלאחר מכן.
חסרונות: מערכת מורכבת; צריכת ריאגנטים גבוהה; שרף דורש התחדשות; מליחות מוגברת בחלחל.
תאימות משפיעה אופיינית: מי מכרה-גבוהה, מים מוחזרים תעשייתיים-גבוהים.
התאמה עם סינון אולטרה: ניתן לבחור טיפול מקדים במעלה הזרם של אולטרה סינון, המשמש בעיקר למים בקשיות- גבוהה; לא תצורה אוניברסלית.
II. שילובי טיפול מקדים מומלצים למקורות מים גולמיים שונים
1. שפכים ביולוגיים עירוניים משניים (מים מוחזרים)
מומלץ: שקיעת קרישה ← סינון מדיה רב- ← מסנן אבטחה ← אולטרה סינון לחץ חיצוני
נקודות בקרה מרכזיות: מוצקים מרחפים ומיקרואורגניזמים בשפכים ביולוגיים; PAM מוגזם אסור בהחלט.
2. מי מכרה (מוצקים מרחפים גבוהים, קשיות גבוהה)
מומלץ: בירור קרישה ← סינון מדיה רב- ← מסנן דיסק ← מסנן אבטחה ← אולטרה סינון לחץ חיצוני
נקודות מניעה ובקרה מרכזיות: דליפת מדיה מסנן לתוך בית הממברנה; ניתן להוסיף יחידת ריכוך לקשיות גבוהה.
3. מים עיליים (מי מאגר, עתירי חומצה הומית וחומר אורגני)
מומלץ: קרישה ושקיעה ← מולטי-מדיה ← סינון פחמן פעיל ← מסנן אבטחה ← סינון לחץ חיצוני אולטרה סינון; עבור תכולת חומרים אורגניים גבוהה מאוד, ניתן להוסיף אוזון-BAC.
4. גבוה שמן ושפכים מוצקים גבוהים (Pipeline Ultrafiltration/T-MBR)
מומלץ: הפרדת שמן-ציפה ← קרישה ושקיעה ← צינור אולטרה סינון; ממברנות צנרת עמידות מאוד בפני התכלות ויכולות למנוע את הצורך בסינון עדין רב-שלבי, אך הפרדת שמן וציפה הם חיוניים.
5. שפכים עירוניים הנכנסים ישירות ל-MBR שקוע
מיכל הטיפול הביולוגי MBR עצמו הוא תהליך של טיפול מקדים, כאשר הקצה הקדמי מורכב בעיקר ממסך ומיכל שיקוע ראשוני; סינון חול ופחם פעיל אינם נדרשים.
III. תפיסות שגויות בשימוש תכוף במהלך יישום הפרויקט
1. התייחסות למסננים לניקוי עצמי- ומסנני דיסקים כטיפול המקדים הבלעדי עבור סינון אולטרה, ללא קרישה ושקיעה או מולטי-מדיה, מה שמאפשר לקולואידים להיכנס ישירות לממברנה, וכתוצאה מכך לעלייה בהפרש הלחץ.
2. תוספת PAM מוגזמת למערכת הקרישה עשויה שלא להיראות בעין בלתי מזוינת, אך היא גורמת לחיפוי אורגני בלתי הפיך של ממברנת האולטרה-פילטרציה, ולא ניתן להחזיר את הפרש הלחץ הראשוני לא משנה כמה ניקוי כימי מתבצע.
3. התגבשות ודליפה של מדיית מסנן רב- מאפשרת לחלקיקי חול להיכנס לבית הממברנה ולפגוע בסיבי הממברנה, וכתוצאה מכך SDI לא תקין בחדיר.
4. חוסר-לטווח ארוך בשטיפה לאחור של מיכל הפחם הפעיל מוביל לצמיחה של מספר רב של מיקרואורגניזמים, מה שגורם לעיוות ביולוגי מתמשך של ממברנת האולטרה-פילטרציה.
5. בתהליך האוזון-BAC, שאריות האוזון אינן מוסרות לחלוטין, דבר מחמצן את קרום PVDF ומחליש את חוזק סיבי הממברנה.
6. הוספת מסנני חול ופחם פעיל למערכת MBR היא השקעה מיותרת ומגבירה את הסיכון לסתימה.
מטרת הטיפול המקדים היא לא לטפל במים כך שיעמדו בתקן השפעת אולטרה-פילטרציה, אלא לעמוד בו באופן עקבי ויציב. ציות מדי פעם חסר משמעות; ערכו של טיפול מקדים טמון ביכולתו לעמוד בתנודות באיכות המים. סינון אולטרה יכול לסבול כמות מסוימת של מזהמים, אבל הוא לא יכול לעמוד בכשל התקופתי של טיפול מקדים.
טיפול מקדים הוא קו ההגנה הראשון במערכת אולטרה סינון. לממברנות אולטרה-פילטרציה שונות יש רמות שונות של גמישות: ממברנות צינוריות וקרמיקה הן העמידות ביותר בפני זעזועים; ממברנות סיבים חלולים בלחץ חיצוני הם הבאים; וממברנות סיבים חלולים בלחץ פנימי הם הפגיעים ביותר.
בעת בחירת ממברנה, עליך לקבוע תחילה את שילוב הטיפול המקדים בהתבסס על איכות המים הגולמיים, ולאחר מכן לבחור את תצורת ממברנת האולטרה סינון, במקום פשוט לבחור ממברנת אולטרה סינון ולאחר מכן להוסיף מערכת טיפול מקדים.