Podsumowanie zastosowań technologii ultrafiltracji membranowej

Podsumowanie zastosowań technologii membranowej ultrafiltracji

Zastosowania technologii ultrafiltracji (UF)

Zasada działania ultrafiltracji:

Ultrafiltracja (UF) to zaawansowana technologia separacji membranowej opracowana w ostatnich latach, napędzana głównie przez naukę o materiałach. Znalazła szerokie zastosowanie w różnych sektorach przemysłowych i komunalnych.

UF to proces separacji membranowej napędzany ciśnieniem, który wykorzystuje zdolność filtracyjną materiałów porowatych do oddzielania cząstek stałych od cieczy i rozpuszczonych składników. Typowy rozmiar porów membran ultrafiltracyjnych wynosi od 0,01 do 0,1 mikrona, co zapewnia wysoki stopień usuwania bakterii, większości wirusów, koloidów i osadów. Im mniejszy nominalny rozmiar porów, tym wyższy stopień usuwania. Membrany ultrafiltracyjne są zwykle wykonane z wysokopolimerowych materiałów, które są głównie hydrofobowe, chociaż można je modyfikować w celu zwiększenia ich hydrofilowości. Proces ten działa w temperaturze otoczenia, bez zmian fazowych i nie powoduje wtórnego zanieczyszczenia.

Membrany ultrafiltracyjne wykorzystują materiały z fluorku poliwinylidenu (PVDF), które mają dwuwarstwową strukturę włókna pustego. Membrany ultrafiltracyjne PVDF mają zwykle najmniejszy nominalny rozmiar porów, skutecznie usuwając prawie wszystkie cząstki, bakterie (4-log stopień usuwania), większość wirusów i koloidów. Pomimo małego rozmiaru porów, ich wysoka porowatość pozwala UF osiągnąć przepływ porównywalny z mikrofiltracją, co czyni ją lepszym wyborem w większości przypadków.

Ultrafiltracja wykorzystuje zewnętrzną strukturę ciśnieniową, która zapobiega zatykaniu, oferuje wyższą zdolność do zanieczyszczeń, większą powierzchnię filtracji i łatwiejsze czyszczenie. Tryb filtracji można zmienić z przepływu krzyżowego na przepływ ślepy, przy czym ten ostatni oferuje niższe zużycie energii, niższe ciśnienie robocze, a tym samym niższe koszty eksploatacji. Filtracja krzyżowa jest jednak bardziej odpowiednia do przetwarzania cieczy o wyższej zawartości zawieszonych ciał stałych. Wybór trybu pracy zależy od zawartości zawieszonych ciał stałych w wodzie zasilającej.

UF zwykle działa w trybie stałego przepływu, przy czym ciśnienie transmembranowe (TMP) stopniowo wzrasta w czasie. Regularne płukanie wsteczne lub czyszczenie powietrzem może usunąć warstwę zanieczyszczeń, podczas gdy biocydy lub inne środki czyszczące mogą kontrolować wzrost drobnoustrojów i skuteczniej usuwać zanieczyszczenia.

W uzdatnianiu wody UF służy do oczyszczania wody poprzez usuwanie drobnych cząstek, koloidów, bakterii, wirusów, endotoksyn, białek i związków organicznych o wysokiej masie cząsteczkowej.

Zalety i wady ultrafiltracji

Zalety i cechy ultrafiltracji

• Długa żywotność:Membrany UF wykonane ze specjalnie zaprojektowanych materiałów PVDF, z modyfikacjami hydrofilowymi, mają doskonałe właściwości antyoksydacyjne, wytrzymałość zmęczeniową, odporność na zanieczyszczenia i długą żywotność.

• Wysoka jakość wody:Średnia precyzja filtracji UF wynosi 0,03 µm, z wysokim ciśnieniem punktu pęcherzykowego. Stopień usuwania bakterii wynosi 6-log, zapewniając lepszą jakość wody.

• Szerokie zastosowanie:Zewnętrzna struktura ciśnieniowa i opatentowana konstrukcja dystrybucji wody UF pozwalają na wyższą zawartość zawieszonych ciał stałych w wodzie zasilającej, co czyni ją odpowiednią do zastosowań o słabej jakości wody, przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiego odzysku wody.

• Niskie koszty eksploatacji:Zewnętrzny system UF ciśnieniowy wykorzystuje ekonomiczną metodę czyszczenia mieszaniną powietrza i wody w celu utrzymania długotrwałego stabilnego przepływu, oszczędzając na chemicznych środkach czyszczących.

Główne zastosowania ultrafiltracji

Ultrafiltracja znajduje zastosowanie głównie w trzech obszarach: zastosowaniach przemysłowych, procesach spożywczych i biochemicznych oraz wodzie pitnej. Zostaną one szczegółowo opisane poniżej.

1. Zastosowania przemysłowe:Ultrafiltrację w procesach przemysłowych można podzielić na trzy typy:

   • (1) Koncentracja

   • (2) Separacja małych rozpuszczonych cząsteczek

   • (3) Frakcjonowanie dużych rozpuszczonych cząsteczek.

   Większość zastosowań przemysłowych mieści się w zakresie koncentracji. Metody mogą być stosowane do oddzielania małych rozpuszczonych cząsteczek w połączeniu z dużymi cząsteczkami. Na przykład separacja wolnego wapnia i białek związanych z wapniem jest jednym z przypadków. Separację małych rozpuszczonych cząsteczek, takich jak odsalanie i wymiana jonowa, można przeprowadzić za pomocą samej ultrafiltracji lub w połączeniu z dializą. Frakcjonowanie dużych rozpuszczonych cząsteczek można osiągnąć za pomocą membran o różnych wartościach odcięcia masy cząsteczkowej lub przez połączenie wielu jednostek UF o stopniowo malejących wartościach odcięcia.

   Zastosowania przemysłowe obejmują:

   • Odzyskiwanie farby elektroforetycznej

   • Odzyskiwanie ścieków olejowych

   • Obróbka ścieków zawierających metale ciężkie

   • Inne zastosowania przemysłowe

2. Odzyskiwanie farby elektroforetycznej:Podczas powlekania metalu elektroforetycznego naładowane przedmioty metalowe są zanurzane w zbiorniku z farbą o przeciwnym ładunku, tworząc jednolitą powłokę na powierzchni metalu. Następnie farba jest spłukiwana. Aby chronić środowisko i oszczędzać energię, UF służy do zatrzymywania żywic polimerowych i cząstek pigmentu, umożliwiając przejście soli nieorganicznych, wody i rozpuszczalników. Zatrzymane składniki są zwracane do zbiornika z farbą elektroforetyczną.

3. Odzyskiwanie ścieków olejowych:Emulsje olejowo-wodne są szeroko stosowane w obróbce metali, szczególnie w procesach cięcia i szlifowania. UF może skutecznie oddzielać olej od ścieków, ponieważ napięcie międzyfazowe między olejem a wodą zapobiega przechodzeniu kropelek oleju przez membranę. Przefiltrowany efluent zawiera zwykle stężenia oleju poniżej 10 g/m³, spełniając normy dotyczące zrzutu. Skoncentrowana ciecz może zawierać 30%-60% oleju i może być wykorzystywana do spalania lub innych zastosowań.

4. Obróbka ścieków zawierających metale ciężkie:Ultrafiltracja wspomagana micelami (MEUF) to ostatni rozwój łączący UF z technologią surfaktantów. Dodając środki powierzchniowo czynne powyżej ich krytycznego stężenia micelarnego, hydrofobowe końce miceli wychwytują kationy metali, a membrany UF z odcięciem masy cząsteczkowej mniejszym niż miceli mogą skutecznie usuwać jony metali.

   MEUF może skutecznie oddzielać jony takie jak Cd²⁺, Zn²⁺ i Pb²⁺ z wysoką wydajnością usuwania i ma zastosowanie do oczyszczania ścieków z jonami metali. Jednak MEUF nie jest odpowiedni dla niskich stężeń jonów metali.

5. Inne zastosowania przemysłowe:

   • Produkcja oczyszczonej wody dla elektroniki:UF służy do usuwania koloidów, cząstek i bakterii w celu wytworzenia wody o wysokiej czystości, niezbędnej dla przemysłu, takiego jak produkcja półprzewodników.

   • Obróbka ścieków w przemyśle spożywczym:UF jest stosowany do oczyszczania ścieków zawierających skrobię i enzymy w przemyśle spożywczym.

   • Obróbka płynu do prania wełny:UF może być stosowany do oczyszczania płynów do prania zawierających zemulgowany tłuszcz wełniany.

   • Obróbka ścieków z papierni:UF służy do oddzielania i zagęszczania lignosulfonianów w ściekach z papierni.

1. Przemysł mleczarski (przetwarzanie serwatki):Ultrafiltracja jest szeroko stosowana w przemyśle mleczarskim, zwłaszcza w przetwarzaniu serwatki. Poprzez zagęszczanie serwatki, UF może oddzielać białka, co skutkuje uzyskaniem proszku serwatkowego, który może być stosowany jako substytut odtłuszczonego mleka w proszku w produktach piekarniczych. Ultrafiltracja może również wytwarzać produkty bogate w białko dla żywności dla niemowląt, z usunięciem laktozy.

2. Klarowanie soku:UF służy do klarowania świeżych soków owocowych, takich jak sok jabłkowy, który często zawiera pektyny i inne związki. Metoda ta zmniejsza zapotrzebowanie na enzymy, glinę i żelatynę, oszczędzając materiały, pracę i czas. Poprawia się również jakość soku, a jego trwałość jest wydłużona dzięki usunięciu mikroorganizmów.

3. Ekstrakcja albuminy surowicy:UF służy do oddzielania albuminy surowicy z osocza w procesie wieloetapowym. Albumina jest filtrowana za pomocą membran UF o różnych wartościach odcięcia masy cząsteczkowej, co pomaga w zagęszczaniu i oczyszczaniu albuminy surowicy.

Wniosek

Technologia ultrafiltracji (UF) jest wszechstronną i wydajną techniką separacji membranowej, szeroko stosowaną w różnych gałęziach przemysłu, w tym w uzdatnianiu wody, żywności i napojach, farmaceutyce i innych. Jej zdolność do usuwania drobnych cząstek, bakterii, wirusów i innych zanieczyszczeń sprawia, że jest to nieocenione narzędzie w osiąganiu wysokiej jakości wody, oczyszczaniu ścieków i ulepszaniu procesów przemysłowych.