Ultrafiltration (UF) System
ระบบกรองเมมเบรนความละเอียดสูงสำหรับผลิตน้ำสะอาดและรีไซเคิลน้ำ
การใช้งานระบบ
Ultrafiltration (UF) เป็นกระบวนการกรองกายภาพ (Physical Membrane Filtration) ที่ใช้แรงดันในการแยกของแข็งแขวนลอย (TSS), คอลลอยด์, แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ขนาดใหญ่ ออกจากน้ำ โดยไม่ต้องใช้สารเคมีต่อเนื่อง
ระบบ UF ใช้ได้ทั้งใน
-
ระบบผลิตน้ำสะอาด (Feed to RO/DI System)
-
ระบบผลิตน้ำดื่ม
-
ระบบบำบัดน้ำเสียขั้นสูง (Tertiary / Reuse / Reclaim)
หลักการทำงานของระบบ UF
น้ำถูกป้อนเข้าสู่โมดูลเยื่อกรอง (Membrane Module) ภายใต้แรงดัน 0.5–2.0 bar น้ำสะอาดจะซึมผ่านรูพรุนของเมมเบรน ขณะที่สารแขวนลอยและจุลินทรีย์ถูกกักไว้ด้านหนึ่ง
-
น้ำที่ผ่านเรียกว่า Permeate
-
ส่วนที่เหลือเรียกว่า Retentate หรือ Concentrate
สมการพื้นฐาน:
ขนาดรูพรุนและการเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอื่น
| ประเภทการกรอง | ขนาดรูพรุน (µm) | สิ่งที่กรองออกได้ | ตัวอย่างการใช้งาน |
|---|---|---|---|
| Microfiltration (MF) | 0.1–1.0 | แบคทีเรีย, TSS | น้ำดื่มเบื้องต้น |
| Ultrafiltration (UF) | 0.01–0.1 | คอลลอยด์, แบคทีเรีย, โปรโตซัว, ไวรัสบางส่วน | Pre-RO, Reuse water |
| Nanofiltration (NF) | 0.001 | เกลือบางชนิด, สารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ | Softening, Organics control |
| Reverse Osmosis (RO) | 0.0001 | ไอออน, เกลือทั้งหมด | น้ำบริสุทธิ์, น้ำดีมาก |
ความสามารถในการแยกสิ่งปนเปื้อน (Log Removal Value, LRV)
| สิ่งปนเปื้อน | ขนาดโดยประมาณ | ประสิทธิภาพของ UF (ทั่วไป 0.01–0.1 µm) | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|
| Suspended solids / Colloids | >0.1 µm | >6 log removal | จุดแข็งของ UF |
| Bacteria (เช่น E. coli) | 0.2–2.0 µm | >6 log removal | กรองได้แน่นอน |
| Protozoa (Giardia, Cryptosporidium) | 4–12 µm | >6 log removal | กรองได้แน่นอน |
| Virus (0.02–0.05 µm) | 0.02–0.05 µm | 2–4 log reduction (ขึ้นกับรูพรุนและสภาพเมมเบรน) | ต้องใช้ระบบเสริม เช่น RO, NF, UV, หรือคลอรีน |
หมายเหตุ:
การกำจัดไวรัสอย่างมั่นใจ 100% ต้องใช้ UF ที่ผ่านการรับรอง LRV ≥ 4 พร้อมระบบ Integrity Test ตรวจสอบความสมบูรณ์ของเยื่อกรองเป็นประจำ
โครงสร้างของเยื่อกรองและการจัดเรียงโมดูล
| ประเภทเมมเบรน | ลักษณะทางกายภาพ | จุดเด่น | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|
| Hollow Fiber | ท่อกลวงขนาดเล็ก, น้ำไหลจากในออก หรือกลับกัน | พื้นที่กรองสูง, ราคาต่ำ | ระบบผลิตน้ำดื่ม, Pre-RO |
| Spiral Wound | เมมเบรนแผ่นม้วนรอบแกนกลาง | เปลี่ยนง่าย | น้ำที่มีของแข็งต่ำ |
| Tubular | ท่อขนาดใหญ่ | ทนของแข็งสูง, CIP ง่าย | น้ำเสียเข้มข้น |
| Plate & Frame | แผ่นเรียงซ้อน, ถอดล้างง่าย | ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ยา | งานเฉพาะด้าน |
ค่าการออกแบบ (Design Criteria)
| รายการ | ค่าทั่วไป |
|---|---|
| Pore size | 0.01–0.1 µm |
| TMP (Transmembrane Pressure) | 0.5–2.0 bar |
| Operating Flux | 40–120 L/m²·h |
| Recovery | 90–95% |
| Backwash frequency | ทุก 20–60 นาที |
| Backwash duration | 30–90 วินาที |
| Chemical Enhanced Backwash (CEB) | ทุก 4–8 ชั่วโมง |
| Clean-In-Place (CIP) | ทุก 1–4 สัปดาห์ |
| pH range | 2–11 (ขึ้นกับวัสดุเมมเบรน) |
| Temperature limit | < 40°C |
| Membrane Material | PVDF, PES, PAN, PS |
กระบวนการทำงาน (UF Process Flow)
หมายเหตุ:
-
Dead-end filtration เหมาะกับน้ำสะอาด TSS ต่ำ (<10 mg/L)
-
Crossflow filtration เหมาะกับน้ำที่มีตะกอนสูง เพื่อป้องกัน fouling
ระบบล้างและบำรุงรักษา
Backwash
-
ใช้น้ำที่ผ่านกรอง (Permeate) ดันย้อนกลับเพื่อล้างสิ่งอุดตัน
-
ความเร็ว 2–3 เท่าของ flux ปกติ
Chemical Enhanced Backwash (CEB)
-
เติมสารเคมีเจือจาง เช่น NaOCl (50–200 ppm) หรือ Citric acid (pH 2–3)
-
ใช้ทุก 4–8 ชั่วโมง เพื่อชะล้างสิ่งอุดตันอินทรีย์/อนินทรีย์
Clean-In-Place (CIP)
-
ล้างระบบด้วยสารเคมีเข้มข้นเมื่อ flux ลดลง 10–15%
-
ใช้สารเคมีเช่น
-
NaOH 0.1–0.5% (organic fouling)
-
Citric acid / HCl 0.1–0.5% (scale)
-
NaOCl 100–200 ppm (biofouling)
-
ตัวอย่างการคำนวณขนาดระบบ
ข้อมูลออกแบบ:
-
Desired permeate = 20 m³/h
-
Flux = 80 L/m²·h
-
Recovery = 90%
คำนวณ:
ถ้าแต่ละโมดูลมีพื้นที่ 50 m² → ต้องใช้ 5 โมดูล
เพิ่มสำรอง 20% → ใช้ 6 โมดูล (5 ทำงาน + 1 สแตนด์บาย)
การตรวจสอบและควบคุม
| รายการตรวจวัด | จุดติดตั้ง / ความถี่ | วัตถุประสงค์ |
|---|---|---|
| TMP | ต่อเนื่อง (ทุกโมดูล) | ตรวจจับ fouling |
| Flux / Flowrate | ต่อเนื่อง | ประสิทธิภาพการกรอง |
| Permeate Conductivity / Turbidity | ทุกวัน | คุณภาพน้ำ |
| Integrity Test | เดือนละ 1 ครั้ง | ตรวจเมมเบรนรั่ว |
| SDI (Silt Density Index) | ก่อนเข้า RO | ควร < 3.0 |
| CEB/CIP Log | ทุกครั้งที่ล้าง | ใช้ติดตามอายุเมมเบรน |
อายุการใช้งานและการบำรุงรักษา
| อุปกรณ์ | อายุใช้งานโดยเฉลี่ย | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| UF Membrane | 3–5 ปี | อายุขึ้นกับคุณภาพน้ำและความถี่การล้าง |
| Feed/Backwash Pump | 5–10 ปี | ตรวจซีลทุก 6 เดือน |
| Valve / Instrument | 3–5 ปี | ตรวจสอบทุก 6 เดือน |
| CIP Chemical Tank | 5–10 ปี | ตรวจรอยรั่ว/สารตกค้าง |
การเชื่อมต่อกับระบบอื่น
UF สามารถทดแทน Sand + Cartridge filter ก่อน RO ได้ เพื่อให้คุณภาพน้ำคงที่และลดการเปลี่ยนไส้กรอง
ข้อดีของระบบ UF
-
คุณภาพน้ำคงที่ Turbidity < 0.1 NTU
-
ไม่มีการใช้สารเคมีระหว่างกรอง
-
Backwash อัตโนมัติ, Recovery สูง
-
ล้าง CIP ได้, ยืดอายุการใช้งานเมมเบรน
-
เหมาะทั้งระบบน้ำบาดาล, ระบบน้ำ RO, และ Reuse water
ข้อจำกัดและข้อควรระวัง
-
ไวรัสอาจผ่านได้บางส่วน ต้องใช้ UF ที่มี LRV รับรอง หรือเสริมด้วย RO/UV
-
ต้องมีระบบ Backwash/CEB ที่ออกแบบดี
-
น้ำที่มีเหล็กหรือแมงกานีสสูงต้องผ่านการออกซิเดชันและกรองก่อนเข้าสู่ UF
-
ต้องป้องกันคลอรีนเข้มข้นเกิน (อาจทำลายเยื่อ PES/PVDF)
สรุป
-
UF เป็นเทคโนโลยีกรองละเอียดระดับเมมเบรนที่ให้คุณภาพน้ำคงที่ เหมาะสำหรับ Pre-treatment ก่อน RO
-
สามารถกำจัดแบคทีเรียและของแข็งแขวนลอยได้มากกว่า 99.99%
-
ช่วยลดภาระการบำรุงรักษาระบบ RO และเพิ่มอายุของเมมเบรน RO
-
หากต้องการคุณภาพน้ำระดับปลอดไวรัส ต้องใช้ UF ที่ผ่านการรับรอง LRV และมีระบบตรวจสอบ Integrity test ควบคู่
