Системы ультрафильтрации (UF) - это технологии фильтрации, которые работают под давлением, подобно мембранам обратного осмоса, для отделения частиц с более высокой молекулярной массой, чем сама вода. Эти системы высокоэффективны для удаления взвешенных частиц и твердых частиц в воде. Системы ультрафильтрации могут обеспечивать фильтрацию вплоть до 5 нанометров, что делает их более точными, чем системы микрофильтрации. По этой причине рабочее давление в них несколько выше, чем в системах микрофильтрации, и обычно составляет от 2 до 4 бар. Средняя пропускная способность составляет от 40 до 120 литров на квадратный метр площади поверхности мембраны. Они часто используются в проектах промышленной водоподготовки вместо мультимедийных песчаных фильтров.

Ультрафильтрационная установка может отфильтровать все взвешенные твердые частицы на микроскопическом уровне. В ультрафильтрационных мембранах используется специальная технология мембран, известная как полые волокна, что позволяет им удалять твердые частицы размером до 0,025 микрона. Учитывая, что толщина человеческого волоса составляет 70-80 микрон, легко понять, насколько эффективны устройства ультрафильтрации для фильтрации воды на микроуровне.

В UF-системах производительность измеряется с помощью параметра, называемого MWCO (Molecular Weight Cut Off). Этот параметр определяется тем, как долго UF-мембрана может удерживать не менее 90 % веществ, молекулярная масса которых выше, чем у воды (например, белков или гликолей). Например, если UF-мембрана может предотвратить прохождение не менее 90 % этих веществ в течение двух дней, но через два дня это удержание снижается до 89 %, MWCO для такой мембраны считается равным 2. Поскольку MWCO не является международным стандартом, он не является общепризнанным принципом измерения, но часто используется в технических оценках.

Обычно системы ультрафильтрации применяются в следующих областях:

- Восстановление белков из таких веществ, как молоко или сыворотка, концентрирование сахаров во фруктовом соке, удаление бактерий, взвешенных частиц и органики из бутилированной питьевой воды.

- Обезжиривание в системах сточных вод.

- Удаление бактерий и вирусов в городской воде, получение пригодной для использования воды из сточных вод.

- Служит в качестве предварительной обработки в системах обратного осмоса для удаления взвешенных частиц.

Различия между системами UF и RO

UF-системы обычно используются для отделения взвешенных частиц, что может оказаться недостаточным для удаления растворенных в воде веществ. Системы обратного осмоса, напротив, осуществляют фильтрацию на молекулярном уровне, включая растворенные вещества. Производительность UF обычно находится между микрофильтрацией и нанофильтрацией.

Как это работает?

Системы ультрафильтрации работают по тому же принципу, что и стандартные осадочные фильтры. Взвешенные твердые частицы задерживаются пористой структурой UF-мембран. По сути, вода под давлением продавливается через мембраны, пропуская воду с более низким молекулярным весом. Типичная схема UF-системы показана ниже:

Преимущества

UF-мембранные системы обеспечивают расширенные возможности фильтрации при низком энергопотреблении, что делает их высокоэффективными в качестве этапа предварительной очистки. Помимо снижения мутности, UF-системы фильтруют патогенные микроорганизмы, такие как бактерии и вирусы, что выгодно отличает их от мультимедийных фильтров на основе песка. В целом, UF-системы обеспечивают:

- Высокая эффективность фильтрации при больших скоростях потока.

- Усовершенствованная фильтрация патогенов (бактерии, вирусы и т.д.).

- Длительный срок службы и высокая производительность благодаря возможности обратной промывки.

- Компактность конструкции благодаря модульным конфигурациям.

- Высокая химическая и температурная стойкость.

Ультрафильтрационные мембраны

UF-мембраны могут быть изготовлены из органических полимеров или неорганических материалов. Выбор зависит от конкретных параметров, таких как молекулярная масса фильтруемых веществ и их взаимодействие с полимерными цепями. В водоочистной промышленности преимущественно используются мембраны из полых волокон. Тип материала мембраны важен для химической, термической и механической стабильности, хотя обычно он не вызывает существенных различий в потоке или эффективности фильтрации.

Дизайн системы ультрафильтрации

Ультрафильтрация обычно работает при низком давлении - как правило, в диапазоне от 0,5 до 5 бар. Такое низкое рабочее давление позволяет использовать маломощные насосы, а в некоторых случаях и вовсе обходиться без них, что обеспечивает экономическую эффективность процесса.

UF-мембраны производятся в модульной форме на пористом несущем слое, при этом каждый мембранный блок называется "модулем". Каждый модуль имеет вход для исходной воды, выход для концентрата и выход для пермеата. На рынке представлены два основных типа модулей: спирально-навитые и мембраны из полых волокон. Другие типы модулей, такие как вращающиеся модули, вибрирующие модули или вихревые модули Дина, разрабатываются на заказ для конкретных процессов.

Каждая конструкция модуля имеет уникальные преимущества и недостатки с точки зрения очистки, эксплуатации, перепада давления и эффективности фильтрации. По сравнению с другими типами модулей, модули из полых волокон выгодно отличаются простотой очистки и эффективностью работы; аналогичными преимуществами обладают и спирально-навитые мембраны. Другие специализированные типы мембран имеют более высокую стоимость эксплуатации и владения, но могут быть предпочтительны для конкретных промышленных применений.