Ringkasan Aplikasi Teknologi Membran Ultrafiltrasi
Aplikasi Teknologi Ultrafiltrasi (UF)
Prinsip Kerja Ultrafiltrasi:
Ultrafiltrasi (UF) adalah teknologi pemisahan membran canggih yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir, terutama didorong oleh ilmu material. Telah diterapkan secara luas di berbagai sektor industri dan kota.
UF adalah proses pemisahan membran yang digerakkan oleh tekanan yang memanfaatkan kemampuan penyaringan bahan berpori untuk memisahkan partikel dari cairan dan komponen terlarut. Ukuran pori khas membran ultrafiltrasi berkisar antara 0,01 hingga 0,1 mikron, memberikan tingkat penghilangan yang tinggi untuk bakteri, sebagian besar virus, koloid, dan lumpur. Semakin kecil ukuran pori nominal, semakin tinggi tingkat penghilangannya. Membran ultrafiltrasi biasanya dibuat dari bahan polimer tinggi, yang sebagian besar bersifat hidrofobik, meskipun dapat dimodifikasi untuk meningkatkan sifat hidrofiliknya. Proses ini beroperasi pada suhu sekitar, tanpa perubahan fase, dan tidak menyebabkan polusi sekunder.
Membran ultrafiltrasi menggunakan bahan polivinilidena fluorida (PVDF), yang berada dalam struktur serat berongga dua lapis. Membran ultrafiltrasi PVDF biasanya memiliki ukuran pori nominal terkecil, secara efektif menghilangkan hampir semua partikel, bakteri (tingkat penghilangan 4-log), sebagian besar virus, dan koloid. Terlepas dari ukuran pori yang kecil, porositasnya yang tinggi memungkinkan UF mencapai fluks yang sebanding dengan mikrofiltrasi, menjadikannya pilihan yang lebih baik dalam banyak kasus.
Ultrafiltrasi menggunakan struktur tekanan eksternal, yang mencegah penyumbatan, menawarkan kapasitas fouling yang lebih tinggi, area filtrasi yang lebih besar, dan pembersihan yang lebih mudah. Mode filtrasi dapat diubah dari aliran silang ke aliran buntu, dengan yang terakhir menawarkan konsumsi energi yang lebih rendah, tekanan operasi yang lebih rendah, dan oleh karena itu biaya operasi yang lebih rendah. Namun, filtrasi aliran silang lebih cocok untuk memproses cairan dengan kandungan padatan tersuspensi yang lebih tinggi. Pilihan mode operasi tergantung pada kandungan padatan tersuspensi dalam air umpan.
UF biasanya beroperasi dalam mode aliran konstan, dengan tekanan transmembran (TMP) yang meningkat secara bertahap dari waktu ke waktu. Pencucian balik atau penggosokan udara secara teratur dapat menghilangkan lapisan fouling, sementara bahan pembunuh kuman atau bahan pembersih lainnya dapat mengendalikan pertumbuhan mikroba dan menghilangkan polutan secara lebih efektif.
Dalam pengolahan air, UF digunakan untuk memurnikan air dengan menghilangkan partikel halus, koloid, bakteri, virus, endotoksin, protein, dan senyawa organik molekul tinggi.
Keuntungan dan Kerugian Ultrafiltrasi
Keuntungan dan Fitur Ultrafiltrasi
-
Umur Layanan yang Panjang:Membran UF yang terbuat dari bahan PVDF yang dirancang khusus, dengan modifikasi hidrofilik, memiliki sifat antioksidan yang sangat baik, kekuatan lelah, ketahanan terhadap fouling, dan umur layanan yang panjang.
-
Kualitas Air yang Tinggi:Presisi filtrasi rata-rata UF adalah 0,03 µm, dengan tekanan titik gelembung yang tinggi. Tingkat penghilangan bakterinya mencapai 6-log, memberikan kualitas air yang lebih baik.
-
Penerapan yang Luas:Struktur tekanan eksternal dan desain distribusi air yang dipatenkan dari UF memungkinkan kandungan padatan tersuspensi yang lebih tinggi dalam air umpan, membuatnya cocok untuk aplikasi dengan kualitas air yang buruk, sambil memastikan tingkat pemulihan air yang tinggi.
-
Biaya Operasi yang Rendah:Sistem UF tekanan eksternal menggunakan metode pembersihan campuran udara-air yang hemat biaya untuk mempertahankan fluks yang stabil jangka panjang, menghemat bahan pembersih kimia.
Aplikasi Utama Ultrafiltrasi
Ultrafiltrasi terutama diterapkan di tiga bidang: aplikasi industri, proses makanan dan biokimia, dan air minum. Ini akan dirinci di bawah ini.
-
Aplikasi Industri:Ultrafiltrasi dalam proses industri dapat dibagi menjadi tiga jenis:
-
(1) Konsentrasi
-
(2) Pemisahan zat terlarut molekul kecil
-
(3) Fraksinasi zat terlarut molekul besar.
Sebagian besar aplikasi industri termasuk dalam konsentrasi. Metode dapat digunakan untuk memisahkan zat terlarut molekul kecil dalam kombinasi dengan molekul besar. Misalnya, pemisahan kalsium bebas dan protein terikat kalsium adalah salah satu kasus. Pemisahan zat terlarut molekul kecil, seperti desalinasi dan pertukaran ion, dapat dilakukan melalui ultrafiltrasi saja atau dalam kombinasi dengan dialisis. Fraksinasi zat terlarut molekul besar dapat dicapai dengan menggunakan membran dengan nilai cut-off berat molekul yang berbeda, atau dengan menggabungkan beberapa unit UF dengan nilai cut-off yang semakin berkurang.
Aplikasi Industri Termasuk:
-
Pemulihan cat elektroforetik
-
Pemulihan air limbah minyak
-
Pengolahan air limbah logam berat
-
Aplikasi industri lainnya
-
-
Pemulihan Cat Elektroforetik:Selama pelapisan elektroforetik logam, benda logam bermuatan direndam dalam tangki dengan cat bermuatan berlawanan, membentuk lapisan seragam pada permukaan logam. Cat kemudian dibilas. Untuk melindungi lingkungan dan menghemat energi, UF digunakan untuk menahan resin polimer dan partikel pigmen, memungkinkan garam anorganik, air, dan pelarut melewatinya. Komponen yang tertahan dikembalikan ke tangki cat elektroforetik.
-
Pemulihan Air Limbah Minyak:Emulsi minyak-air banyak digunakan dalam pengerjaan logam, terutama dalam proses pemotongan dan penggilingan. UF dapat secara efektif memisahkan minyak dari air limbah karena tegangan antarmuka antara minyak dan air mencegah tetesan minyak melewati membran. Efluen yang disaring biasanya mengandung konsentrasi minyak di bawah 10g/m³, memenuhi standar pembuangan. Cairan pekat dapat mengandung 30%-60% minyak dan dapat digunakan untuk pembakaran atau aplikasi lainnya.
-
Pengolahan Air Limbah Logam Berat:Ultrafiltrasi yang ditingkatkan misel (MEUF) adalah perkembangan terbaru yang menggabungkan UF dengan teknologi surfaktan. Dengan menambahkan surfaktan di atas konsentrasi misel kritisnya, ujung hidrofobik dari misel menjebak kation logam, dan membran UF dengan cut-off berat molekul yang lebih kecil dari misel dapat secara efektif menghilangkan ion logam.
MEUF dapat secara efektif memisahkan ion seperti Cd²⁺, Zn²⁺, dan Pb²⁺ dengan efisiensi penghilangan yang tinggi, dan berlaku untuk pengolahan air limbah dengan ion logam. Namun, MEUF tidak cocok untuk konsentrasi ion logam yang rendah.
-
Aplikasi Industri Lainnya:
-
Produksi Air Murni untuk Elektronik:UF digunakan untuk menghilangkan koloid, partikel, dan bakteri untuk menghasilkan air kemurnian tinggi, yang penting untuk industri seperti manufaktur semikonduktor.
-
Pengolahan Air Limbah di Industri Makanan:UF digunakan untuk mengolah air limbah yang mengandung pati dan enzim di industri pengolahan makanan.
-
Pengolahan Cairan Pencucian Wol:UF dapat digunakan untuk mengolah cairan pencucian yang mengandung lemak wol teremulsi.
-
Pengolahan Efluen Pabrik Kertas:UF digunakan untuk memisahkan dan memekatkan lignosulfonat dalam efluen pabrik kertas.
-
-
Industri Susu (Pengolahan Whey):Ultrafiltrasi banyak digunakan dalam industri susu, terutama dalam pengolahan whey. Dengan memekatkan whey, UF dapat memisahkan protein, menghasilkan bubuk whey yang dapat digunakan sebagai pengganti bubuk susu skim dalam produk roti. Ultrafiltrasi juga dapat menghasilkan produk kaya protein untuk makanan bayi, dengan menghilangkan laktosa.
-
Klarifikasi Jus:UF digunakan untuk mengklarifikasi jus buah segar, seperti jus apel, yang sering mengandung pektin dan senyawa lainnya. Metode ini mengurangi kebutuhan akan enzim, tanah liat, dan gelatin, menghemat bahan, tenaga kerja, dan waktu. Kualitas jus juga ditingkatkan, dan umur simpannya diperpanjang karena penghilangan mikroorganisme.
-
Ekstraksi Albumin Serum:UF digunakan untuk memisahkan albumin serum dari plasma dalam proses multi-langkah. Albumin disaring menggunakan membran UF dengan cut-off berat molekul yang berbeda, membantu untuk memekatkan dan memurnikan albumin serum.
Kesimpulan
Teknologi Ultrafiltrasi (UF) adalah teknik pemisahan membran yang serbaguna dan efisien, yang diterapkan secara luas di berbagai industri, termasuk pengolahan air, makanan dan minuman, farmasi, dan banyak lagi. Kemampuannya untuk menghilangkan partikel halus, bakteri, virus, dan kontaminan lainnya menjadikannya alat yang tak ternilai dalam mencapai kualitas air yang tinggi, memurnikan air limbah, dan meningkatkan proses industri.