Sistemele de ultrafiltrare (UF) sunt tehnologii de filtrare care funcționează sub presiune, similar cu membrane de osmoză inversă, pentru a separa particule cu greutăți moleculare mai mari decât apa însăși. Aceste sisteme sunt foarte eficiente în eliminarea solidelor suspendate și a particulelor din apă. Sistemele de ultrafiltrare pot atinge performanțe de filtrare de până la 5 nanometri, făcându-le mai precise decât sistemele de microfiltrare. Din acest motiv, presiunea de operare este ușor mai mare comparativ cu microfiltrarea, variind de obicei între 2 și 4 bari. Capacitatea medie de flux este de aproximativ 40 până la 120 litri pe metru pătrat de suprafață a membranei. Acestea sunt adesea utilizate în proiecte de tratare a apei industriale, în locul filtrelor de nisip multimedia.

O unitate de ultrafiltrare poate filtra toate solidele suspendate la un nivel microscopic. Membranele UF utilizează o tehnică specială de membrană cunoscută sub numele de fibră goală, permițându-le să elimine particule solide până la aproximativ 0,025 microni. Având în vedere că un păr uman are o grosime de 70–80 microni, este ușor de observat cât de eficiente sunt dispozitivele de ultrafiltrare pentru filtrarea apei la micro-nivel.

În sistemele UF, performanța este măsurată folosind un parametru numit MWCO (Molecular Weight Cut Off). Acest parametru este determinat de cât de mult timp o membrană UF poate reține cel puțin 90% din substanțele a căror greutate moleculară este mai mare decât apa (cum ar fi proteinele sau glicolii). De exemplu, dacă o membrană UF poate împiedica trecerea a cel puțin 90% din aceste substanțe timp de două zile, dar această retenție scade la 89% după două zile, MWCO pentru această membrană este considerat a fi 2. Deoarece MWCO nu este un standard internațional, nu este un principiu de măsurare recunoscut la nivel universal, dar este frecvent utilizat în evaluările tehnice.

A doua utilizări comune ale sistemelor de ultrafiltrare includ:

• Recuperarea proteinelor din substanțe precum laptele sau zerul, concentrarea zaharurilor în suc de fructe, eliminarea bacteriilor, solidelor suspendate și a substanțelor organice din apa potabilă îmbuteliată.

• Degresare în sistemele de apă uzată.

• Eliminarea bacteriilor și virusurilor în apa municipală, producând apă utilizabilă din apa uzată.

• Servind ca o etapă de pretratament în sistemele RO pentru a elimina solidelor suspendate.

Diferențele între sistemele UF și RO

Sistemele UF sunt utilizate în general pentru a separa solidelor suspendate, ceea ce s-ar putea să nu fie suficient pentru a elimina substanțele dizolvate din apă. Sistemele de osmoză inversă, pe de altă parte, filtrează la nivel molecular, inclusiv substanțele dizolvate. Performanța UF se situează, de obicei, între microfiltrare și nanofiltrare.

Cum funcționează?

Sistemele de ultrafiltrare funcționează pe același principiu ca filtrele standard pentru sedimente. Solidele suspendate sunt prinse de structura poroasă a membranelor UF. Practic, apa sub presiune este forțată să treacă prin membrană, permițând apei cu greutate moleculară mai mică să treacă. Un diagram tipic al sistemului UF este prezentată mai jos:

Avantaje

Sistemele de membrane UF oferă capacități avansate de filtrare cu un consum redus de energie, făcându-le extrem de eficiente ca etapă de pretratament. Pe lângă reducerea turbidității, un sistem UF filtrează patogenii cum ar fi bacteriile și virusurile, diferențiindu-l de filtrele multimedia pe bază de nisip. În rezumat, sistemele UF oferă:

• Eficiență ridicată de filtrare la rate de flux mari.

• Filtrare avansată a patogenilor (bacterii, virusuri etc.).

• Durată de viață lungă și performanță ridicată datorită capacității de spălare inversă.

• Opțiuni de design compact datorită configurațiilor modulare.

• Rezistență chimică și la temperaturi ridicate.

Membranele de ultrafiltrare

Membranele UF pot fi fabricate din polimeri organici sau materiale anorganice. Alegerea depinde de parametrii specifici, cum ar fi greutatea moleculară a substanțelor care trebuie filtrate și interacțiunea acestora cu lanțurile polimerice. În industria de tratare a apei, membranele tip fibră goală sunt predominant utilizate. Tipul materialului membranei este important pentru stabilitatea chimică, termică și mecanică, deși, de obicei, nu provoacă diferențe semnificative în flux sau performanța filtrării. 

Proiectarea Sistemului de Ultrafiltrare

Ultrafiltrarea funcționează de obicei la presiuni scăzute—în general în intervalul de 0,5 până la 5 bari. Aceste presiuni reduse permit procesului să funcționeze cu pompe de putere mică sau chiar fără pompe în unele cazuri, oferind o operare cost-eficientă.

Membranele UF sunt produse în formă modulară pe un strat de suport poros, fiecare unitate de membrană fiind denumită „modul”. Fiecare modul are un intrare pentru apa de alimentare, un ieșire pentru concentrat și o ieșire pentru permeat. Există două tipuri principale de module pe piață: membranele spiral-wound și membranele tip fibră goală. Alte tipuri de module— cum ar fi modulele rotative, modulele vibrante sau modulele Dean vortex—sunt proiectate personalizat pentru procese specifice.

Fiecare design de modul are avantaje și dezavantaje unice în ceea ce privește curățarea, operarea, căderea de presiune și performanța filtrării. În comparație cu alte tipuri de module, modulele tip fibră goală sunt avantajoase pentru ușurința curățării și eficiența operațională; membranele spiral-wound oferă, de asemenea, avantaje similare. Alte tipuri de membrane specializate au costuri mai mari de operare și de proprietate, dar pot fi preferate pentru aplicații industriale specifice.