สรุปการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชัน

สรุปการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชัน

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอัลตราฟิลเตรชัน (UF)

หลักการทำงานของอัลตราฟิลเตรชัน:

อัลตราฟิลเตรชัน (UF) เป็นเทคโนโลยีการแยกเมมเบรนขั้นสูงที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีแรงผลักดันหลักมาจากวิทยาศาสตร์วัสดุ มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมและเทศบาลต่างๆ

UF เป็นกระบวนการแยกเมมเบรนที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดัน ซึ่งใช้ความสามารถในการกรองของวัสดุที่มีรูพรุนเพื่อแยกสารอนุภาคออกจากของเหลวและส่วนประกอบที่ละลายได้ ขนาดรูพรุนทั่วไปของเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันมีตั้งแต่ 0.01 ถึง 0.1 ไมครอน ซึ่งให้การกำจัดแบคทีเรีย ไวรัสส่วนใหญ่ คอลลอยด์ และตะกอนในอัตราที่สูง ยิ่งขนาดรูพรุนเล็กเท่าใด อัตราการกำจัดก็จะยิ่งสูงขึ้น เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันมักทำจากวัสดุโพลิเมอร์สูง ซึ่งส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นไฮโดรโฟบิก แม้ว่าจะสามารถดัดแปลงเพื่อเพิ่มความเป็นไฮโดรฟิลิกได้ก็ตาม กระบวนการนี้ทำงานที่อุณหภูมิห้อง โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟส และไม่ก่อให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ

เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันใช้วัสดุโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) ซึ่งมีโครงสร้างไฟเบอร์กลวงแบบสองชั้น เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชัน PVDF โดยทั่วไปมีขนาดรูพรุนที่เล็กที่สุด ซึ่งช่วยกำจัดอนุภาค แบคทีเรีย (อัตราการกำจัด 4-log) ไวรัสส่วนใหญ่ และคอลลอยด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้จะมีขนาดรูพรุนเล็ก แต่ความพรุนสูงทำให้ UF สามารถบรรลุฟลักซ์ที่เทียบเท่ากับการกรองขนาดเล็ก ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในกรณีส่วนใหญ่

อัลตราฟิลเตรชันใช้โครงสร้างแรงดันภายนอก ซึ่งช่วยป้องกันการอุดตัน ให้ความสามารถในการเกิดฟาวลิ่งที่สูงขึ้น พื้นที่การกรองที่ใหญ่ขึ้น และทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น โหมดการกรองสามารถเปลี่ยนจากแบบครอสโฟลว์เป็นแบบเดดเอนด์โฟลว์ โดยแบบหลังให้การใช้พลังงานที่ต่ำกว่า แรงดันใช้งานที่ต่ำกว่า และด้วยเหตุนี้ ต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม การกรองแบบครอสโฟลว์เหมาะสำหรับการประมวลผลของเหลวที่มีปริมาณของแข็งแขวนลอยสูงกว่า การเลือกโหมดการทำงานขึ้นอยู่กับปริมาณของแข็งแขวนลอยในน้ำป้อน

UF มักจะทำงานในโหมดการไหลคงที่ โดยแรงดันข้ามเมมเบรน (TMP) จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป การล้างย้อนกลับหรือการขัดอากาศเป็นประจำสามารถขจัดชั้นฟาวลิ่งได้ ในขณะที่สารฆ่าเชื้อหรือสารทำความสะอาดอื่นๆ สามารถควบคุมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และขจัดสารมลพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในการบำบัดน้ำ UF ใช้ในการทำให้น้ำบริสุทธิ์โดยการกำจัดอนุภาคละเอียด คอลลอยด์ แบคทีเรีย ไวรัส เอนโดทอกซิน โปรตีน และสารประกอบอินทรีย์ที่มีโมเลกุลสูง

ข้อดีและข้อเสียของอัลตราฟิลเตรชัน

ข้อดีและคุณสมบัติของอัลตราฟิลเตรชัน

• อายุการใช้งานยาวนาน:เมมเบรน UF ที่ทำจากวัสดุ PVDF ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ พร้อมการดัดแปลงให้เป็นไฮโดรฟิลิก มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระที่ดีเยี่ยม ความแข็งแรงเมื่อยล้า ความทนทานต่อการเกิดฟาวลิ่ง และอายุการใช้งานยาวนาน

• คุณภาพน้ำสูง:ความแม่นยำในการกรองเฉลี่ยของ UF คือ 0.03 µm โดยมีแรงดันจุดฟองสูง อัตราการกำจัดแบคทีเรียสูงถึง 6-log ซึ่งให้คุณภาพน้ำที่ดีกว่า

• การประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย:โครงสร้างแรงดันภายนอกและการออกแบบการกระจายน้ำที่ได้รับการจดสิทธิบัตรของ UF ทำให้สามารถรองรับปริมาณของแข็งแขวนลอยที่สูงขึ้นในน้ำป้อนได้ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีคุณภาพน้ำไม่ดี ในขณะเดียวกันก็รับประกันอัตราการกู้คืนน้ำที่สูง

• ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ:ระบบ UF แรงดันภายนอกใช้วิธีการทำความสะอาดแบบผสมอากาศ-น้ำที่คุ้มค่า เพื่อรักษาฟลักซ์ที่เสถียรในระยะยาว ช่วยประหยัดสารทำความสะอาดทางเคมี

การประยุกต์ใช้หลักของอัลตราฟิลเตรชัน

อัลตราฟิลเตรชันส่วนใหญ่ถูกนำไปใช้ในสามด้าน: การใช้งานในอุตสาหกรรม กระบวนการอาหารและชีวเคมี และน้ำดื่ม สิ่งเหล่านี้จะอธิบายโดยละเอียดด้านล่าง

1. การใช้งานในอุตสาหกรรม:อัลตราฟิลเตรชันในกระบวนการทางอุตสาหกรรมสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

   • (1) การทำให้เข้มข้น

   • (2) การแยกตัวละลายโมเลกุลขนาดเล็ก

   • (3) การแยกส่วนของตัวละลายโมเลกุลขนาดใหญ่

   การใช้งานในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ตกอยู่ภายใต้การทำให้เข้มข้น วิธีการต่างๆ สามารถใช้เพื่อแยกตัวละลายโมเลกุลขนาดเล็กควบคู่ไปกับโมเลกุลขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น การแยกแคลเซียมอิสระและโปรตีนที่จับกับแคลเซียมเป็นกรณีหนึ่ง การแยกตัวละลายโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น การกำจัดเกลือและการแลกเปลี่ยนไอออน สามารถทำได้ผ่านอัลตราฟิลเตรชันเพียงอย่างเดียวหรือร่วมกับการฟอกเลือด การแยกส่วนของตัวละลายโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถทำได้โดยใช้เมมเบรนที่มีค่าตัดโมเลกุลน้ำหนักที่แตกต่างกัน หรือโดยการรวมหน่วย UF หลายหน่วยที่มีค่าตัดลดลงเรื่อยๆ

   การใช้งานในอุตสาหกรรม ได้แก่:

   • การกู้คืนสีอิเล็กโทรโฟเรติก

   • การกู้คืนน้ำเสียจากน้ำมัน

   • การบำบัดน้ำเสียโลหะหนัก

   • การใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ

2. การกู้คืนสีอิเล็กโทรโฟเรติก:ในระหว่างการเคลือบโลหะด้วยไฟฟ้า วัตถุโลหะที่มีประจุจะถูกจุ่มลงในถังที่มีสีที่มีประจุตรงข้าม ทำให้เกิดการเคลือบที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวโลหะ จากนั้นจึงล้างสีออก เพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงาน UF ใช้เพื่อกักเก็บเรซินโพลิเมอร์และอนุภาคเม็ดสี ทำให้เกลืออนินทรีย์ น้ำ และตัวทำละลายสามารถผ่านได้ ส่วนประกอบที่ถูกกักเก็บจะถูกส่งกลับไปยังถังสีอิเล็กโทรโฟเรติก

3. การกู้คืนน้ำเสียจากน้ำมัน:อิมัลชันน้ำมัน-น้ำถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการทำงานกับโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการตัดและบด UF สามารถแยกน้ำมันออกจากน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันและน้ำช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันหยดผ่านเมมเบรน น้ำทิ้งที่กรองแล้วมักมีน้ำมันเข้มข้นต่ำกว่า 10g/m³ ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยทิ้ง ของเหลวเข้มข้นสามารถมีน้ำมัน 30%-60% และสามารถนำไปใช้ในการเผาไหม้หรือการใช้งานอื่นๆ

4. การบำบัดน้ำเสียโลหะหนัก:อัลตราฟิลเตรชันที่เพิ่มไมเซลล์ (MEUF) เป็นการพัฒนาล่าสุดที่รวม UF เข้ากับเทคโนโลยีสารลดแรงตึงผิว โดยการเพิ่มสารลดแรงตึงผิวเหนือความเข้มข้นไมเซลล์วิกฤต ปลายไฮโดรโฟบิกของไมเซลล์จะดักจับแคทไอออนโลหะ และเมมเบรน UF ที่มีค่าตัดโมเลกุลน้ำหนักน้อยกว่าไมเซลล์สามารถกำจัดไอออนโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพ

   MEUF สามารถแยกไอออนต่างๆ เช่น Cd²⁺, Zn²⁺ และ Pb²⁺ ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยประสิทธิภาพการกำจัดที่สูง และสามารถนำไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียที่มีไอออนโลหะได้ อย่างไรก็ตาม MEUF ไม่เหมาะสำหรับไอออนโลหะที่มีความเข้มข้นต่ำ

5. การใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ:

   • การผลิตน้ำบริสุทธิ์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:UF ใช้ในการกำจัดคอลลอยด์ อนุภาค และแบคทีเรีย เพื่อผลิตน้ำบริสุทธิ์สูง ซึ่งจำเป็นสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์

   • การบำบัดน้ำเสียในอุตสาหกรรมอาหาร:UF ถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียที่มีแป้งและเอนไซม์ในอุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร

   • การบำบัดของเหลวซักผ้าขนสัตว์:UF สามารถใช้ในการบำบัดของเหลวซักผ้าที่มีไขมันขนสัตว์ที่เป็นอิมัลชัน

   • การบำบัดน้ำทิ้งจากโรงงานกระดาษ:UF ใช้ในการแยกและทำให้ลิกโนซัลโฟเนตเข้มข้นในน้ำทิ้งจากโรงงานกระดาษ

1. อุตสาหกรรมนม (การแปรรูปเวย์):อัลตราฟิลเตรชันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแปรรูปเวย์ โดยการทำให้เวย์เข้มข้น UF สามารถแยกโปรตีนได้ ส่งผลให้ได้ผงเวย์ที่สามารถใช้แทนผงนมพร่องมันเนยในผลิตภัณฑ์เบเกอรี่ อัลตราฟิลเตรชันยังสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่อุดมด้วยโปรตีนสำหรับอาหารเด็ก โดยการกำจัดแลคโตส

2. การทำน้ำผลไม้ให้ใส:UF ใช้ในการทำให้น้ำผลไม้สดใส เช่น น้ำแอปเปิล ซึ่งมักมีเพกตินและสารประกอบอื่นๆ วิธีนี้ช่วยลดความจำเป็นในการใช้เอนไซม์ ดินเหนียว และเจลาติน ช่วยประหยัดวัสดุ แรงงาน และเวลา คุณภาพของน้ำผลไม้ยังดีขึ้น และอายุการเก็บรักษายาวนานขึ้นเนื่องจากการกำจัดจุลินทรีย์

3. การสกัดอัลบูมินในซีรั่ม:UF ใช้ในการแยกอัลบูมินในซีรั่มออกจากพลาสมาในกระบวนการหลายขั้นตอน อัลบูมินถูกกรองโดยใช้เมมเบรน UF ที่มีค่าตัดโมเลกุลน้ำหนักที่แตกต่างกัน ช่วยในการทำให้เข้มข้นและทำให้อัลบูมินในซีรั่มบริสุทธิ์

บทสรุป

เทคโนโลยีอัลตราฟิลเตรชัน (UF) เป็นเทคนิคการแยกเมมเบรนที่หลากหลายและมีประสิทธิภาพ ซึ่งนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการบำบัดน้ำ อาหารและเครื่องดื่ม เภสัชกรรม และอื่นๆ ความสามารถในการกำจัดอนุภาคละเอียด แบคทีเรีย ไวรัส และสารปนเปื้อนอื่นๆ ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าในการบรรลุคุณภาพน้ำสูง การทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์ และการปรับปรุงกระบวนการทางอุตสาหกรรม