Sistemas industriales de ultrafiltración UF

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 ¿Qué es la ultrafiltración UF?

La ultrafiltración (UF) es un proceso de separación de capas de membrana accionado por presión que se sitúa entre la microfiltración y la nanofiltración (NF). Divide los fragmentos y los solutos de alto peso molecular de los líquidos principalmente por exclusión de tamaño. La UF es vital en numerosos usos comerciales y municipales, ya que ofrece ventajas sobre técnicas tradicionales como la sedimentación o el filtrado con arena. Los sistemas de UF eliminan eficazmente sólidos en suspensión, coloides, macromoléculas, gérmenes y virus, mejorando la pureza de los productos, la calidad del agua y el rendimiento de los procedimientos.

¿Cómo es el dispositivo de división y la dimensión de los poros del sistema UF industrial?

El principio básico de la UF es exclusión por tamaño. Una membrana semipermeable permite el paso del disolvente y de las moléculas disueltas de menor tamaño (penetran), al tiempo que preserva los trozos más grandes y los solutos (se concentran). Esto es impulsado por un estrés transmembrana (TMP) en toda la capa de la membrana. A diferencia de la ósmosis inversa (OI), la UF funciona a bajas presiones (1-10 bar), ya que el estrés osmótico es insignificante para la especie mantenida.

El tamaño de los poros de la capa de membrana de UF oscila entre De 0,01 a 0,1 micrómetros (de 10 a 100 nm). Esta matriz mantiene eficazmente:

• Compuestos de alto peso molecular, coloides, polímeros, macromoléculas, proteínas sanas. Microorganismos, infecciones, protozoos.Ácidos grasos, sólidos en suspensión. Las capas de membrana de UF se caracterizan por Corte de peso molecular (MWCO) en Daltons (Da), que muestra el peso molecular por encima del cual se mantienen principalmente los solutos (comúnmente > 90% rechazo).Las membranas de UF suelen mantener productos de 1.000 a 1.000.000 Da.

Sustancias considerablemente por debajo de la MWCO y la dimensión de los poros viajan a través, que consiste en:

• Orgánicos de bajo peso molecular. Iones (sal, calcio, magnesio, cloruro, sulfato), sales, minerales. La UF separa con éxito moléculas cuyo tamaño varía como mínimo en un orden de magnitud. La permeabilidad de la capa de membrana puede verse afectada además por las propiedades residenciales del flujo de alimentación.

Tipos de membranas, productos y configuraciones de componentes

Las capas de membrana de UF están disponibles en diferentes tipos y materiales, cada uno adaptado a diferentes aplicaciones.

Productos de membrana

Los productos son principalmente poliméricos (orgánicos) o cerámicos (no naturales).

• Membranas poliméricas: Más comunes por su precio más bajo y su facilidad de fabricación. Ejemplos: PS, PES, PVDF.
• Cualidades: Mayor cambio de permeado, aún más versátil, gama de tamaños de poro más amplia.
• Ventajas: Menor gasto de recursos, ideal para gran escala, generalmente menos propenso al ensuciamiento. Las fórmulas mejoradas aumentan la estabilidad y la vida útil.
• Limitaciones: Susceptible a la degradación química/térmica y a la ansiedad mecánica. Vida útil más corta que la cerámica.
• Membranas cerámicas: A base de óxidos de acero (alúmina, circonio, titania, SiC).
• Características: Alta seguridad mecánica, térmica y química. Soportan condiciones severas, tienen una vida útil más larga (10-20+ años).
• Ventajas: Dureza, resistencia a la limpieza brusca, mayor vida útil. Uso en ámbitos muy solicitados: agua potable, alimentos/lácteos, productos químicos, aguas residuales (incluidas las aguas oleosas).
• Limitaciones: Mayores gastos de fabricación/capital. Puede tener flujo y flexibilidad reducidos. La programación del tamaño de poro mejora.

El vacío de costes es cada vez más estrecho. Mientras que el polímero tiene un precio anticipado más bajo, la robustez y la vida útil de la cerámica pueden indicar costes de ciclo de vida más bajos. La arcilla se descubre como un material cerámico de bajo coste.

Configuraciones de módulos

Las capas de membrana se juntan directamente en componentes para obtener un alto espesor de ubicación y eficacia de flujo:

• Fibra hueca: Haces de tubos finos. Corrientes de alimentación dentro o fuera de las fibras. Alta densidad de envasado, habitual en agua/aguas residuales.
• Lesión en espiral: Láminas planas enrolladas alrededor de un tubo. La alimentación se mueve en espiral por la superficie. Gran espesor de embalaje, típico en la industria.
• Placa y marco: Nivela las hojas divididas por placas. La alimentación se mueve entre las placas. Se utiliza para líquidos viscosos o de fácil acceso.
• Tubular: Membranas dentro de tubos más grandes. La alimentación fluye a través de los tubos. Mucho menos susceptibles de atascarse, adecuadas para sólidos elevados, densidad de envasado reducida. Membranas cerámicas típicamente tubulares o de lámina nivelada.

La opción de disposición depende de las características de la alimentación, los requisitos de grosor del embalaje, la simplicidad de la limpieza y el precio.

¿Cómo es el sistema uf industrial Principios de disposición y parámetros de funcionamiento?

La disposición y el procedimiento del sistema son cruciales para la eficiencia, el control de las incrustaciones y la eficacia.

Arquitecturas de sistemas: Punto muerto frente a flujo cruzado

Los sistemas de UF utilizan una purificación de flujo muerto o cruzado, que depende del material sólido de alimentación.

• Depuración sin salida: El pienso fluye perpendicularmente a la membrana. Las sustancias retenidas se acumulan en la superficie, formando una capa de torta.
• Ventajas: Más fácil, energía reducida, mayor curación del agua, impacto de menor tamaño.
• Desventajas: Propensos a incrustaciones rápidas con alto contenido en sólidos, lo que dificulta el control de las incrustaciones. Los contaminantes se depositan en el interior de los poros.
• Aplicaciones: Fluidos de sólidos reducidos (agua pretratada, agua de consumo de alcohol).
• Filtrado de flujo cruzado: La alimentación circula tangencialmente a través de la capa de membrana. Las presiones de cizallamiento alejan los fragmentos, minimizando la capa de torta y la polarización del foco. Separa la alimentación en penetrado y concentrado.
• Ventajas: Mucho mejor gestión del ensuciamiento, apropiado para sólidos más elevados, rendimiento constante. Mejor distribución del caudal.
• Desventajas: Mayor energía para la recirculación, menor recuperación de agua (como resultado de la corriente de enfoque).
• Aplicaciones: Mayor puesta en retención de sólidos o cuando se requiere un flujo regular (industrial, aguas residuales).

El control de las incrustaciones superficiales por flujo cruzado se elige a menudo para las alimentaciones difíciles.

Parámetros operativos

Las especificaciones secretas que afectan al rendimiento, el flujo, el rechazo y el ensuciamiento incluyen la frecuencia de retropulsación, el VRF, el tiempo de funcionamiento, el caudal cruzado y el TMP.

• Presión transmembrana (PTM): Presión motriz. Diferencia de presión en toda la membrana. Una TMP más alta mejora el cambio pero puede transportar suciedad, aumentar la polarización y crear suciedad/daños permanentes. La TMP es vital; los dispositivos de optimización ayudan a maximizar el cambio. Es el aspecto más importante de los 5 examinados.
• Precio del flujo (Flux): Cantidad de permeado por ubicación de capa de membrana por tiempo (L/m ²/ h o LMH). Muestra la productividad. El cambio alto es factible a baja presión. pero aumenta el riesgo de ensuciamiento.
• Velocidad de flujo transversal (sistemas de flujo transversal): Velocidad de alimentación tangencial. Una mayor velocidad aumenta el cizallamiento, reduciendo la polarización y la capa de torta, minimizando el ensuciamiento [11, 14] Requiere una mayor potencia de bombeo. Menos sustancial que TMP/VRF pero más que Back pulsing/Runtime.
• Nivel de temperatura: Influye en la viscosidad y la solubilidad. Una mayor temperatura reduce la viscosidad, aumentando el cambio. Puede afectar a la estabilidad de la capa de membrana y a la bioincrustación.
• Aspecto de reducción de volumen (VRF): Velocidad de circulación de la alimentación/precio del flujo de concentrado (flujo cruzado). Un mayor VRF indica una mayor penetración y una mayor concentración de concentrado, lo que aumenta la polarización/incrustación. El rechazo puede aumentar con el VRF debido a una mayor densidad de las incrustaciones. El VRF es el segundo elemento más importante después del TMP.
• Tiempo de ejecución: Duración del procedimiento entre limpiezas. Las incrustaciones se acumulan, disminuyendo el flujo o aumentando la TMP.
• Frecuencia de pulsaciones traseras (algunos sistemas): Requieren penetrar de nuevo a través de la capa de membrana para eliminar los contaminantes. La eficacia varía según el contaminante y el diseño. En algunos casos, la calidad de la penetración puede ser nula.

La optimización de los parámetros equilibra el flujo/recuperación con la reducción del ensuciamiento/energía. La información sobre flujo y presión ayuda a comprender el ensuciamiento y a maximizarlo. El diseño de resistencia en serie evalúa las contribuciones de la resistencia (membrana, polarización, ensuciamiento).

Factor especulativo: Los sistemas futuros pueden hacer uso del seguimiento de la suciedad en tiempo real y del control predictivo para ajustar dinámicamente las especificaciones (TMP, flujo cruzado, pulsación inversa) en función de la suciedad/calidad de la alimentación, mejorando posiblemente el rendimiento, la esperanza de vida y minimizando la limpieza.

¿Qué aplicaciones tiene el sistema de ultrafiltración?

Sustancial en el agua municipal y comercial:

• Agua potable: Filtra el agua municipal, eliminando bacterias, virus, protozoos, sólidos por seguridad. Puede cambiar la sedimentación, filtración de arena, cloración.
• Aguas residuales industriales: Trata las aguas residuales para su reutilización, conservación y reducción de costes. Recupera componentes, concentra colorantes, separa agua-aceite, clarifica fluidos. Las membranas cerámicas tratan el agua aceitosa producida.
• Aguas residuales municipales: Se integra directamente en los trenes de tratamiento, sustituyendo a los pasos estándar. La UF cerámica trata aguas residuales presedimentadas.
• Tratamiento previo: Típico para RO/IX. Elimina sólidos, coloides y sustancias orgánicas de alto peso molecular, protegiendo las membranas aguas abajo y prolongando su vida útil. Reduce la SDI para la alimentación de ósmosis inversa.