Industrielle ultrafiltreringssystemer UF

Din leder Producent af industrielle ultrafiltreringssystemer

 Hvad er ultrafiltrering UF?

Ultrafiltrering (UF) er en trykdrevet membranlagsseparationsproces, der er placeret mellem mikrofiltrering og nanofiltrering (NF). Den adskiller fragmenter og opløste stoffer med høj molekylvægt fra væsker, hovedsageligt ved størrelseseksklusion. UF er afgørende for mange kommercielle og kommunale anvendelser og giver fordele i forhold til traditionelle teknikker som sedimentering eller sandfiltrering. UF-systemer fjerner effektivt suspenderede faste stoffer, kolloider, makromolekyler, bakterier og vira, hvilket forbedrer varens renhed, vandets topkvalitet og procedurens ydeevne.

Hvordan er opdelingsenheden og poredimensionen i det industrielle UF-system?

UF's kerneprincip er udelukkelse af størrelse. En semipermeabel membran lader opløsningsmiddel og mindre opløste molekyler (penetrere) passere, mens større stykker og opløste stoffer (koncentreres) bevares. Dette er drevet af en transmembran-stress (TMP) i hele membranlaget. I modsætning til omvendt osmose (RO) fungerer UF ved lave tryk (1-10 bar), da osmotisk stress er ubetydelig for den opbevarede art.

UF-membranlagets porestørrelser varierer fra 0,01 til 0,1 mikrometer (10 til 100 nm). Denne matrix opretholder effektivt:

• Forbindelser med høj molekylvægt, kolloider, polymerer, makromolekyler, sunde proteiner. Mikroorganismer, infektioner, protozoer.Fedtsyrer, suspenderede faste stoffer. UF-membranlag er kendetegnet ved Cut-off for molekylvægt (MWCO) i Dalton (Da), der viser den molekylvægt, som opløste stoffer hovedsageligt holdes over (almindeligvis > 90%-afvisning). UF-membraner holder normalt på produkter fra 1.000 til 1.000.000 Da.

Stoffer, der ligger betydeligt under MWCO og poredimensionen, bevæger sig igennem, bestående af:

• Organiske stoffer med lav molekylvægt. Ioner (salt, calcium, magnesium, klorid, sulfat), salte, mineraler. UF adskiller med succes molekyler, der varierer med mindst en størrelsesorden i størrelse. Membranlagets permeabilitet kan desuden påvirkes af fødevarestrømmens beboelsesegenskaber.

Membrantyper, produkter og komponentkonfigurationer

UF-membranlag fås i forskellige typer og materialer, der hver især passer til forskellige anvendelser.

Membranprodukter

Produkterne er hovedsageligt polymere (organiske) eller keramiske (ikke naturlige).

• Polymere membraner: Mest almindeligt på grund af lavere pris og lettere fremstilling. Eksempler: PS, PES, PVDF.
• Egenskaber: Højere permeatændring, endnu mere alsidig, bredere porestørrelsesområde.
• Fordele: Lavere ressourceforbrug, ideel til stor skala, generelt mindre tilbøjelig til begroning. Forbedrede formler øger stabiliteten og den forventede levetid.
• Begrænsninger: Modtagelig for kemisk/termisk nedbrydning og mekanisk angst. Kortere levetid end keramik.
• Keramiske membraner: Fremstillet af ståloxider (alumina, zirconia, titania, SiC).
• Karakteristika: Høj mekanisk, termisk og kemisk sikkerhed. Tåler svære forhold, har længere levetid (10-20+ år).
• Fordele: Hårdførhed, modstandsdygtighed over for grov rengøring, længere forventet levetid. Anvendes i eftertragtede områder: drikkevand, fødevarer/mejeri, kemikalier, spildevand (herunder olieholdigt vand).
• Begrænsninger: Højere produktions-/kapitalomkostninger. Kan have reduceret flux og fleksibilitet. Skemaet for porestørrelse forbedres.

Omkostningskløften strammer til. Mens polymer har en lavere pris på forhånd, kan keramikkens robusthed og levetid betyde lavere livscyklusomkostninger. Ler er blevet opdaget som et billigt keramisk materiale.

Modulkonfigurationer

Membranlagene er sat sammen til komponenter for at opnå en høj placeringstykkelse og flow-effektivitet:

• Hule fibre: Bundter af fine rør. Tilførselsstrømme inden i eller uden for fibrene. Høj emballagetæthed, normalt i vand/spildevand.
• Spiralskade: Flade plader viklet rundt om et rør. Foderet bevæger sig i spiral over overfladen. Høj emballagetykkelse, typisk i industrien.
• Plade og ramme: Nivellerede ark opdelt af plader. Foderet bevæger sig mellem pladerne. Bruges til tyktflydende væsker eller nem adgang.
• Rørformet: Membraner inde i større rør. Foderet strømmer gennem rørene. Meget mindre modtagelig for tilstopning, velegnet til højt tørstofindhold, reduceret emballagetæthed. Keramiske membraner er typisk rørformede eller plane.

Valg af opstilling afhænger af foderets egenskaber, krav til pakningstykkelse, enkelhed i rensning og pris.

Hvordan er industrielle uf-systemers layoutprincipper og driftsparametre?

Systemets layout og procedure er afgørende for effektivitet, begroningskontrol og effektivitet.

Systemarkitekturer: Dead-End vs. Cross-Flow

UF-systemer bruger dead-end- eller cross-flow-rensning og er afhængige af det faste materiale i tilførslen.

• Rensning af blindgyder: Foderet flyder vinkelret på membranen. Tilbageholdte stoffer ophobes på overfladen og udvikler et kagelag.
• Fordele: Nemmere, mindre energi, bedre vandheling, mindre påvirkning.
• Ulemper: Tilbøjelig til hurtig begroning med højt tørstofindhold, hvilket udfordrer begroningskontrollen. Forurenende stoffer aflejres inde i porerne.
• Applikationer: Væsker med reduceret faststofindhold (forbehandlet vand, noget alkoholholdigt vand).
• Tværgående filtrering: Foderet cirkulerer tangentielt over membranlaget. Forskydningstryk flytter fragmenter væk, minimerer kagelag og fokuspolarisering. Adskiller foderet i penetrat og koncentrat.
• Fordele: Meget bedre håndtering af begroninger, velegnet til højere faststofindhold, konstant ydelse. Bedre flowfordeling.
• Ulemper: Større energi til recirkulation, lavere vandgenvinding (som følge af fokusstrøm).
• Applikationer: Større belastning på faste stoffer, eller når der kræves regelmæssig flux (industri, spildevand).

Cross-flow-overvågning af overfladeforurening vælges ofte til vanskelige tilførsler.

Operationelle parametre

Hemmelige specifikationer, der påvirker ydeevne, flux, afvisning og tilsmudsning, omfatter tilbagepulseringsfrekvens, VRF, driftstid, tværstrømningshastighed og TMP.

• Transmembrantryk (TMP): Det drivende tryk. Trykforskel gennem hele membranen. Højere TMP forbedrer ændringen, men kan overføre forurening, øge polariseringen og skabe permanent forurening/skade. TMP er afgørende; optimeringsenheder hjælper med at maksimere ændringen. Det er det mest betydningsfulde aspekt blandt de 5 undersøgte.
• Flow-pris (flux): Permeatmængde pr. placering af membranlag pr. tid (L/m ²/ h eller LMH). Viser produktivitet. Høj forandring er mulig ved lavt tryk, men øger risikoen for begroning.
• Tværstrømshastighed (tværstrømssystemer): Tangentiel indløbshastighed. Større hastighed øger forskydningen, sænker polarisering og kagelag og minimerer begroning [11, 14] Kræver større pumpekraft. Mindre væsentlig end TMP/VRF, men mere end Back pulsing/Runtime.
• Temperaturniveau: Påvirker viskositet og opløselighed. Højere temperatur reducerer viskositeten og øger forandringen. Kan påvirke membranlagets stabilitet og biofouling.
• Volumenreduktionsaspekt (VRF): Fodercirkulationshastighed/koncentratflowpris (cross-flow). Større VRF indikerer endnu mere gennemtrængning, men større koncentratkoncentration, hvilket forbedrer polarisering/begroning. Denial kan stige med VRF som følge af tættere begroning. VRF er det næstvigtigste element efter TMP.
• Løbetid: Procedurens varighed mellem rensning. Tilsmudsning samles, sænker flux eller øger TMP.
• Tilbagepulserende frekvens (nogle systemer): Kræver, at man trænger tilbage gennem membranlaget for at fjerne forurenende stoffer. Effektiviteten varierer alt efter forurening/design. Kan i nogle tilfælde være uden indflydelse på indtrængningskvaliteten.

Optimering af parametre afbalancerer flux/genvinding med reduktion af begroning/energi. Oplysninger om flux og tryk hjælper med at forstå begroning og maksimere. Modstand-i-serie-designet evaluerer modstandsbidrag (membran, polarisering, begroning).

Spekulativ faktor: Fremtidige systemer kan gøre brug af realtidssporing af tilsmudsning og prædiktiv kontrol til dynamisk at justere specifikationerne (TMP, tværstrøm, bagpulsering) baseret på tilsmudsning/foderkvalitet, hvilket muligvis kan forbedre ydeevnen, den forventede levetid og minimere rengøringen.

Hvilke anvendelser af ultrafiltreringssystemet?

Betydelig i kommunalt og kommercielt vand:

• Drikkevand: Filtrerer kommunalt vand og eliminerer bakterier, vira, protozoer og faste stoffer af hensyn til sikkerheden. Kan ændre sedimentering, sandfiltrering, klorering.
• Industrielt spildevand: Behandler spildevand med henblik på genbrug, konservering og omkostningsreduktion. Genvinder komponenter, fokuserer farvestoffer, adskiller olie og vand, klargør væsker. Keramiske membraner behandler olieholdigt produceret vand.
• Kommunalt spildevand: Integreres direkte i renseanlæg og erstatter standardtrin. Keramisk UF behandler præ-sedimenteret spildevand.
• Forbehandling: Typisk til RO/IX. Fjerner faste stoffer, kolloider, organiske stoffer med høj MW, beskytter downstream-membraner og forlænger levetiden. Sænker SDI for RO-feed.