ระบบอัลตราฟิลเตรชัน UF สำหรับอุตสาหกรรม

ความเป็นผู้นำของคุณ ผู้ผลิตระบบอัลตราฟิลเตรชันอุตสาหกรรม

 Ultrafiltration UF คืออะไร?

อัลตร้าฟิลเตรชัน (UF) เป็นกระบวนการแยกชั้นเมมเบรนด้วยแรงดัน ซึ่งอยู่ระหว่างไมโครฟิลเตรชันและนาโนฟิลเตรชัน (NF) กระบวนการนี้จะแยกอนุภาคและสารละลายที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงออกจากของเหลว โดยส่วนใหญ่ใช้วิธีการแยกขนาด UF มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานเชิงพาณิชย์และเทศบาลมากมาย โดยมีข้อดีเหนือกว่าเทคนิคดั้งเดิม เช่น การตกตะกอนหรือการกรองด้วยทราย ระบบ UF สามารถกำจัดของแข็งแขวนลอย คอลลอยด์ โมเลกุลขนาดใหญ่ เชื้อโรค และไวรัสได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยเพิ่มความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ คุณภาพน้ำ และประสิทธิภาพของกระบวนการ

การแยกอุปกรณ์และขนาดรูพรุนของระบบ UF อุตสาหกรรมเป็นอย่างไร?

หลักการสำคัญของ UF คือ การยกเว้นขนาด เยื่อกึ่งซึมผ่านได้ช่วยให้ตัวทำละลายและโมเลกุลที่ละลายมีขนาดเล็กลง (แทรกซึม) ผ่านได้ ในขณะที่ยังคงรักษาส่วนที่เป็นชิ้นใหญ่และตัวถูกละลาย (เข้มข้น) ไว้ สิ่งนี้ขับเคลื่อนโดย ความเครียดข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (TMP) ตลอดชั้นเมมเบรน ซึ่งแตกต่างจากระบบออสโมซิสย้อนกลับ (RO) ระบบ UF ทำงานที่ความดันต่ำ (1-10 บาร์) เนื่องจากความเครียดจากออสโมซิสมีน้อยมากสำหรับสายพันธุ์ที่เก็บรักษาไว้

ขนาดรูพรุนของชั้นเมมเบรน UF มีตั้งแต่ 0.01 ถึง 0.1 ไมโครเมตร (10 ถึง 100 นาโนเมตร) อาร์เรย์นี้รักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพ:

• สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง คอลลอยด์ พอลิเมอร์ โมเลกุลขนาดใหญ่ โปรตีนที่ดีต่อสุขภาพ จุลินทรีย์, การติดเชื้อ, โปรโตซัวกรดไขมัน ของแข็งแขวนลอย ชั้นเมมเบรน UF มีลักษณะเฉพาะดังนี้ เกณฑ์น้ำหนักโมเลกุล (MWCO) ในดาลตัน (Da) แสดงให้เห็นน้ำหนักโมเลกุลที่สูงกว่าซึ่งสารละลายส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ (โดยทั่วไปจะปฏิเสธ > 90%) เมมเบรน UF มักจะรักษาผลิตภัณฑ์ไว้ตั้งแต่ 1,000 ถึง 1,000,000 Da

สารที่อยู่ต่ำกว่า MWCO และขนาดรูพรุนจะเคลื่อนที่ผ่าน ได้แก่:

• สารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ไอออน (เกลือ แคลเซียม แมกนีเซียม คลอไรด์ ซัลเฟต) เกลือ และแร่ธาตุ UF สามารถแยกโมเลกุลที่มีขนาดแตกต่างกันอย่างน้อยหนึ่งอันดับได้สำเร็จ นอกจากนี้ ความสามารถในการซึมผ่านของชั้นเมมเบรนยังอาจได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติการอยู่อาศัยของกระแสน้ำป้อน

ประเภทของเมมเบรน ผลิตภัณฑ์ และการกำหนดค่าส่วนประกอบ

ชั้นเมมเบรน UF มีให้เลือกหลายประเภทและวัสดุ โดยแต่ละประเภทเหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน

ผลิตภัณฑ์เมมเบรน

ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์ (ออร์แกนิก) หรือเซรามิก (ไม่ใช่ธรรมชาติ)

• เมมเบรนโพลีเมอร์: นิยมใช้กันมากที่สุดเนื่องจากมีราคาถูกกว่าและผลิตง่ายกว่า ตัวอย่าง: PS, PES, PVDF
• คุณสมบัติ: การเปลี่ยนแปลงของการซึมผ่านที่สูงขึ้น มีความอเนกประสงค์มากขึ้น และมีขนาดรูพรุนที่กว้างขึ้น
• ข้อดี: ประหยัดทรัพยากร เหมาะสำหรับการใช้งานในปริมาณมาก ลดความเสี่ยงการเกิดตะกรัน สูตรที่ได้รับการปรับปรุงช่วยเพิ่มความเสถียรและอายุการใช้งาน
• ข้อจำกัด: ไวต่อการเสื่อมสภาพจากสารเคมี/ความร้อน และความเครียดเชิงกล อายุการใช้งานสั้นกว่าเซรามิก
• เมมเบรนเซรามิก: ผลิตจากเหล็กออกไซด์ (อะลูมินา เซอร์โคเนีย ไททาเนีย SiC)
• ลักษณะเฉพาะ: ความปลอดภัยทางกล ความร้อน และสารเคมีสูง ทนทานต่อสภาวะที่รุนแรง อายุการใช้งานยาวนาน (10-20 ปีขึ้นไป)
• ข้อดี: ความทนทาน ทนทานต่อการทำความสะอาดแบบหยาบ อายุการใช้งานยาวนาน ใช้งานได้กับพื้นที่ที่ต้องการ: น้ำดื่ม อาหาร/ผลิตภัณฑ์นม สารเคมี และน้ำเสีย (รวมถึงน้ำที่มีน้ำมัน)
• ข้อจำกัด: ค่าใช้จ่ายด้านการผลิต/ทุนที่สูงขึ้น อาจทำให้ฟลักซ์และความยืดหยุ่นลดลง ตารางขนาดรูพรุนกำลังได้รับการปรับปรุง

ช่องว่างด้านต้นทุนกำลังแคบลง แม้ว่าวัสดุพอลิเมอร์จะมีราคาต่ำกว่า แต่ความทนทานและอายุการใช้งานของเซรามิกบ่งชี้ถึงต้นทุนวงจรชีวิตที่ต่ำลง ดินเหนียวถูกค้นพบว่าเป็นวัสดุเซรามิกที่มีต้นทุนต่ำ

การกำหนดค่าโมดูล

ชั้นเมมเบรนถูกประกอบเข้าด้วยกันเป็นส่วนประกอบเพื่อให้ได้ความหนาและการไหลที่มีประสิทธิภาพในตำแหน่งสูง:

• เส้นใยกลวง: มัดของท่อขนาดเล็ก ป้อนกระแสน้ำภายในหรือภายนอกเส้นใย มีความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์สูง มักพบในน้ำ/น้ำเสีย
• การบาดเจ็บแบบเกลียว: แผ่นแบนพันรอบท่อ ฟีดเคลื่อนที่เป็นเกลียวไปตามพื้นผิว ความหนาของบรรจุภัณฑ์สูง มักพบในโรงงานอุตสาหกรรม
• แผ่นและกรอบ: แผ่นเรียบแบ่งด้วยแผ่น ฟีดเคลื่อนที่ระหว่างแผ่น ใช้สำหรับของเหลวหนืดหรือเข้าถึงได้ง่าย
• ท่อ: เมมเบรนภายในท่อขนาดใหญ่ การไหลผ่านท่อ มีโอกาสอุดตันน้อยกว่ามาก เหมาะสำหรับของแข็งปริมาณสูง ความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์ต่ำ เมมเบรนเซรามิกมักเป็นท่อหรือแผ่นเรียบ

ตัวเลือกการจัดเตรียมจะขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของฟีด ความต้องการความหนาของบรรจุภัณฑ์ ความเรียบง่ายในการทำความสะอาด และราคา

หลักการจัดวางระบบ UF อุตสาหกรรมและพารามิเตอร์การทำงานเป็นอย่างไร?

เค้าโครงและขั้นตอนของระบบมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพ การควบคุมคราบ และประสิทธิผล

สถาปัตยกรรมระบบ: ทางตันเทียบกับการไหลข้าม

ระบบ UF ใช้การชำระล้างแบบทางตันหรือแบบไหลไขว้ โดยอาศัยวัตถุดิบแข็งที่เป็นอาหาร

• การทำความสะอาดที่ปลายตัน: ฟีดไหลในแนวตั้งฉากกับเมมเบรน สารตกค้างจะสะสมบนพื้นผิว ทำให้เกิดชั้นเค้ก
• ข้อดี: ง่ายขึ้น พลังงานลดลง การรักษาด้วยน้ำมากขึ้น ผลกระทบมีขนาดเล็กลง
• ข้อเสีย: มีแนวโน้มที่จะเกิดคราบสกปรกอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีปริมาณของแข็งสูง การควบคุมคราบสกปรกทำได้ยาก คราบสกปรกสะสมภายในรูพรุน
• การใช้งาน: ลดของเหลวที่เป็นของแข็ง (น้ำที่ผ่านการบำบัดล่วงหน้า น้ำสำหรับการดื่มแอลกอฮอล์บางส่วน)
• การกรองแบบ Cross-Flow: การไหลเวียนของฟีดจะสัมผัสกันเป็นแนวขวางผ่านชั้นเมมเบรน แรงเฉือนจะเคลื่อนตัวของเศษวัสดุออกไป ช่วยลดชั้นเค้กและโพลาไรเซชันของโฟกัส แยกฟีดออกเป็นชนิดเจาะทะลุและชนิดเข้มข้น
• ข้อดี: การจัดการคราบสกปรกได้ดีขึ้นมาก เหมาะสำหรับของแข็งปริมาณสูง ประสิทธิภาพคงที่ การกระจายการไหลที่ดีขึ้น
• ข้อเสีย: พลังงานที่มากขึ้นสำหรับการหมุนเวียน การกู้คืนน้ำที่น้อยลง (เป็นผลจากกระแสโฟกัส)
• การใช้งาน: กักเก็บของแข็งได้มากขึ้นหรือเมื่อจำเป็นต้องใช้ฟลักซ์ปกติ (อุตสาหกรรม น้ำเสีย)

การตรวจสอบการเกาะติดของพื้นผิวแบบ Cross-flow มักถูกเลือกสำหรับฟีดที่ยาก

พารามิเตอร์การดำเนินงาน

ข้อมูลจำเพาะลับที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ ฟลักซ์ การถูกปฏิเสธ และการเกิดคราบสกปรก ได้แก่ ความถี่ของการพัลส์ย้อนกลับ VRF เวลาการทำงาน อัตราการไหลข้าม และ TMP

• ความดันทรานส์เมมเบรน (TMP): แรงดันขับเคลื่อน ความแตกต่างของแรงดันทั่วทั้งเมมเบรน TMP ที่สูงขึ้นจะช่วยเพิ่มการเปลี่ยนแปลง แต่สามารถเคลื่อนย้ายสารปนเปื้อน เพิ่มโพลาไรเซชัน และก่อให้เกิดการปนเปื้อน/ความเสียหายถาวร TMP มีความสำคัญอย่างยิ่ง อุปกรณ์ปรับแต่งประสิทธิภาพจะช่วยเพิ่มการเปลี่ยนแปลงสูงสุด ซึ่งเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดใน 5 ปัจจัยที่ตรวจสอบ
• ราคาการไหล (ฟลักซ์): ปริมาณการซึมผ่านต่อตำแหน่งชั้นเมมเบรนต่อเวลา (ลิตร/ตร.ม.²/ชม. หรือ LMH) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการผลิต การเปลี่ยนแปลงสูงสามารถทำได้ที่ความดันต่ำ แต่เพิ่มความเสี่ยงต่อการอุดตัน
• ความเร็วการไหลข้าม (ระบบการไหลข้าม): ความเร็วป้อนแบบสัมผัส อัตราที่มากขึ้นจะช่วยเพิ่มแรงเฉือน ลดการเกิดโพลาไรเซชันและชั้นเค้ก ลดการเกาะติดของคราบ [11, 14] ต้องใช้กำลังปั๊มที่มากขึ้น น้อยกว่า TMP/VRF แต่มากกว่า Back pulsing/Runtime
• ระดับอุณหภูมิ: ส่งผลกระทบต่อความหนืดและความสามารถในการละลาย อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะลดความหนืดและเพิ่มการเปลี่ยนแปลง ซึ่งอาจส่งผลต่อเสถียรภาพของชั้นเมมเบรนและการเกิดไบโอฟาวล์
• ด้านการลดปริมาตร (VRF): อัตราการไหลเวียนของฟีด/อัตราการไหลของสารเข้มข้น (การไหลแบบไขว้) ค่า VRF ที่สูงขึ้นบ่งชี้ว่ามีการแทรกซึมที่มากขึ้นแต่มีความเข้มข้นของสารเข้มข้นที่มากขึ้น ส่งผลให้เกิดการโพลาไรเซชัน/การเกิดคราบสกปรก การปฏิเสธอาจเพิ่มขึ้นเมื่อใช้ VRF เนื่องจากการเกิดคราบสกปรกที่หนาแน่นขึ้น VRF เป็นองค์ประกอบสำคัญอันดับสองรองจาก TMP
• ระยะเวลาการทำงาน: ระยะเวลาระหว่างการทำความสะอาด คราบสกปรกสะสม ลดฟลักซ์ หรือเพิ่ม TMP
• ความถี่การเต้นกลับ (บางระบบ): จำเป็นต้องเจาะกลับผ่านชั้นเมมเบรนเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อน ประสิทธิภาพจะแตกต่างกันไปตามสิ่งปนเปื้อน/การออกแบบ ในบางกรณีอาจไม่มีผลต่อคุณภาพการซึมผ่าน

การปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมที่สุดจะช่วยปรับสมดุลฟลักซ์/การฟื้นตัว พร้อมกับลดการเกิดคราบตะกรัน/พลังงาน ข้อมูลแรงดันฟลักซ์ช่วยให้เข้าใจการเกิดคราบตะกรันและเพิ่มค่าสูงสุด การออกแบบความต้านทานแบบอนุกรมจะประเมินค่าความต้านทาน (เมมเบรน โพลาไรเซชัน และการเกิดคราบตะกรัน)

ปัจจัยเก็งกำไร: ระบบในอนาคตอาจใช้การติดตามการเกิดตะกรันแบบเรียลไทม์และการควบคุมเชิงคาดการณ์เพื่อปรับข้อมูลจำเพาะแบบไดนามิก (TMP, การไหลไขว้, การเต้นเป็นจังหวะย้อนกลับ) ตามคุณภาพของการเกิดตะกรัน/การป้อน ซึ่งอาจช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และลดการทำความสะอาดให้น้อยที่สุด

ระบบอัลตราฟิลเตรชันมีการใช้งานอย่างไร?

มีความสำคัญในน้ำประปาและน้ำเชิงพาณิชย์:

• น้ำดื่ม: กรองน้ำประปา กำจัดแบคทีเรีย ไวรัส โปรโตซัว และของแข็ง เพื่อความปลอดภัย สามารถเปลี่ยนตะกอน กรองทราย และคลอรีนได้
• น้ำเสียจากอุตสาหกรรม: บำบัดน้ำเสียเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ อนุรักษ์ และลดต้นทุน ฟื้นฟูส่วนประกอบ เน้นสีย้อม แยกน้ำมันและน้ำ และทำให้ของเหลวใส เมมเบรนเซรามิกบำบัดน้ำเสียที่เกิดจากน้ำมัน
• น้ำเสียของเทศบาล: ผสานรวมเข้ากับระบบบำบัดโดยตรง แทนที่ขั้นตอนมาตรฐาน เซรามิก UF ช่วยบำบัดน้ำเสียที่ผ่านการตกตะกอนแล้ว
• ก่อนการรักษา: เหมาะกับระบบ RO/IX กำจัดของแข็ง คอลลอยด์ สารอินทรีย์ที่มีพลังงานสูง ช่วยปกป้องเมมเบรนปลายน้ำและยืดอายุการใช้งาน ลดค่า SDI สำหรับระบบ RO