Systemy ultrafiltracji (UF) to technologie filtracji, które działają pod ciśnieniem, podobnie jak membrany odwróconej osmozy, aby oddzielać cząstki o większej masie cząsteczkowej niż sama woda. Systemy te są bardzo skuteczne w usuwaniu zawiesin i cząstek z wody. Systemy ultrafiltracji mogą osiągnąć wydajność filtracji na poziomie do 5 nanometrów, co czyni je bardziej precyzyjnymi niż systemy mikrofiltracji. Z tego powodu ich ciśnienie robocze jest nieco wyższe w porównaniu do mikrofiltracji, zazwyczaj w zakresie od 2 do 4 barów. Średnia wydajność przepływu wynosi około 40 do 120 litrów na metr kwadratowy powierzchni membrany. Często są one stosowane w projektach przemysłowego uzdatniania wody zamiast filtrów piaskowych multimedialnych.

Jednostka ultrafiltracji może filtrować wszystkie zawiesiny na poziomie mikroskopowym. Membrany UF wykorzystują specjalną technikę membranową znaną jako włókno hollowe, co pozwala im usunąć cząstki stałe o grubości do około 0,025 mikrona. Biorąc pod uwagę, że ludzki włos ma grubość 70–80 mikronów, łatwo zobaczyć, jak skuteczne są urządzenia ultrafiltracyjne w filtracji wody na poziomie mikro.

W systemach UF wydajność mierzona jest za pomocą parametru zwanego MWCO (Molecular Weight Cut Off). Parametr ten ustala się na podstawie tego, jak długo membrana UF może zatrzymać co najmniej 90% substancji, których masa cząsteczkowa jest wyższa niż masa wody (takich jak białka czy glikole). Na przykład, jeśli membrana UF potrafi zapobiec przenikaniu co najmniej 90% tych substancji przez dwa dni, ale ta retencja spada do 89% po dwóch dniach, MWCO dla tej membrany uznaje się za 2. Ponieważ MWCO nie jest międzynarodowym standardem, nie jest uniwersalnie uznawanym zasadą pomiarową, ale często jest używany w ocenach technicznych.

Typowe zastosowania systemów ultrafiltracyjnych obejmują:

• Odzyskiwanie białek z substancji takich jak mleko lub serwatka, koncentrowanie cukrów w soku owocowym, usuwanie bakterii, zawiesin i substancji organicznych z butelkowanej wody pitnej.

• Usuwanie tłuszczu w systemach ściekowych.

• Usuwanie bakterii i wirusów w wodzie komunalnej, produkcja wody zdatnej do picia z ścieków.

• Służenie jako krok wstępny w systemach RO w celu usunięcia zawiesin.

Różnice między systemami UF a RO

Systemy UF są zazwyczaj używane do oddzielania zawiesin, co może być niewystarczające do usuwania rozpuszczonych substancji w wodzie. Z drugiej strony systemy odwróconej osmozy filtrują na poziomie cząsteczkowym, w tym rozpuszczone substancje. Wydajność UF zazwyczaj leży pomiędzy mikrofiltracją a nanofiltracją.

Jak to działa?

Systemy ultrafiltracji działają na tej samej zasadzie, co standardowe filtry osadowe. Zawiesiny są zatrzymywane przez porowatą strukturę membran UF. W istocie, wodę pod ciśnieniem wymusza się przez membrany, pozwalając na przejście wody o niższej masie cząsteczkowej. Poniżej przedstawiono typowy schemat systemu UF:

Zalety

Systemy membranowe UF oferują zaawansowane możliwości filtracji przy niskim zużyciu energii, co czyni je bardzo skutecznymi jako etap wstępny. Oprócz redukcji mętności, system UF filtruje patogeny takie jak bakterie i wirusy, odróżniając go od piaskowych filtrów multimedialnych. Podsumowując, systemy UF zapewniają:

• Wysoka efektywność filtracji przy dużych przepływach.

• Zaawansowana filtracja patogenów (bakterie, wirusy itp.).

• Długi czas eksploatacji i wysoką wydajność dzięki możliwościom płukania wstecznego.

• Kompaktowe opcje projektu dzięki modułowym konfiguracjom.

• Wysoka odporność chemiczna i temperaturowa.

Membrany Ultrafiltracyjne

Membrany UF organic polimerlerden veya inorganik malzemelerden yapılabilir. Seçim, filtrelenecek maddelerin moleküler ağırlığı ve polimer zincirleriyle etkileşimleri gibi belirli parametrelere bağlıdır. Su arıtma endüstrisinde, genellikle boş fiber membranlar kullanılmaktadır. Membran malzemesinin türü kimyasal, termal ve mekanik stabilite açısından önemlidir, ancak genellikle akış veya filtrasyon performansı üzerinde önemli farklılıklara neden olmaz. 

Projektowanie systemów ultrafiltracji

Ultrafiltrasyon genellikle düşük basınçlarda çalışır - genellikle 0.5 ile 5 bar aralığında. Bu kadar düşük çalışma basınçları, sürecin düşük güçlü pompalarla veya bazı durumlarda pompasız çalışmasına izin vererek maliyet etkin bir operasyon sunar.

UF membranları, her biri "modül" olarak adlandırılan membran birimlerinin bulunduğu gözenekli bir destek tabakası üzerinde modüler formda üretilir. Her modülün besleme suyu için bir girişi, konsantre çıkışı ve permeat çıkışı vardır. Piyasada iki ana modül tipi bulunmaktadır: spiral sarmal ve boş fiber membranlar. Diğer modül tipleri - döner modüller, titreşimli modüller veya Dean vortex modülleri gibi - belirli süreçler için özel olarak tasarlanmıştır.

Her modül tasarımının temizlik, çalışma, basınç düşüşü ve filtrasyon performansı açısından kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. Diğer modül tipleriyle karşılaştırıldığında, boş fiber modüller temizleme kolaylığı ve operasyonel verimlilik açısından avantajlıdır; spiral sarmal membranlar da benzer avantajlar sunar. Diğer özel membran tipleri daha yüksek işletme ve sahiplik maliyetlerine sahip olabilir, ancak belirli endüstriyel uygulamalar için tercih edilebilir.