Hệ thống siêu lọc UF công nghiệp

Dẫn đầu của bạn nhà sản xuất hệ thống siêu lọc công nghiệp

 Siêu lọc UF là gì?

Siêu lọc (UF) là một quy trình tách lớp màng áp lực, nằm giữa vi lọc và lọc nano (NF). Nó phân tách các mảnh vỡ và chất tan có trọng lượng phân tử cao khỏi chất lỏng, chủ yếu dựa trên sự loại trừ kích thước. UF rất quan trọng trong nhiều ứng dụng thương mại và đô thị, mang lại lợi ích vượt trội so với các kỹ thuật truyền thống như lắng đọng hoặc lọc cát. Hệ thống UF loại bỏ hiệu quả các chất rắn lơ lửng, keo, đại phân tử, vi khuẩn và vi-rút, giúp cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm, chất lượng nước và hiệu suất vận hành.

Thiết bị tách và kích thước lỗ rỗng của hệ thống UF công nghiệp như thế nào?

Nguyên tắc cốt lõi của UF là loại trừ kích thước. Màng bán thấm cho phép dung môi và các phân tử hòa tan có kích thước nhỏ hơn (xuyên thấu) đi qua trong khi vẫn giữ được các hạt và chất tan lớn hơn (cô đặc). Điều này được thúc đẩy bởi căng thẳng xuyên màng (TMP) trên toàn bộ lớp màng. Không giống như thẩm thấu ngược (RO), UF hoạt động ở áp suất thấp (1-10 bar) vì ứng suất thẩm thấu không đáng kể đối với các loài được giữ lại.

Kích thước lỗ chân lông của lớp màng UF dao động từ 0,01 đến 0,1 micromet (10 đến 100 nm). Mảng này thực sự duy trì:

• Hợp chất có trọng lượng phân tử cao, keo, polyme, đại phân tử, protein lành mạnh. Vi sinh vật, nhiễm trùng, động vật nguyên sinh.Axit béo, chất rắn lơ lửng. Các lớp màng UF được đặc trưng bởi Ngưỡng khối lượng phân tử (MWCO) theo Dalton (Da), cho biết trọng lượng phân tử mà chất tan chủ yếu được giữ lại (thường là > 90%). Màng UF thường duy trì sản phẩm từ 1.000 đến 1.000.000 Da.

Các chất được liệt kê dưới MWCO và kích thước lỗ rỗng đi qua, bao gồm:

• Chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp. Các ion (muối, canxi, magie, clorua, sunfat), muối, khoáng chất. Siêu âm (UF) tách thành công các phân tử có kích thước khác nhau tối thiểu một bậc độ lớn. Độ thấm của lớp màng cũng có thể bị ảnh hưởng bởi đặc tính của dòng nước cấp.

Các loại màng, sản phẩm và cấu hình thành phần

Các lớp màng UF có nhiều loại và vật liệu khác nhau, mỗi loại phù hợp với từng ứng dụng khác nhau.

Sản phẩm màng

Sản phẩm chủ yếu là polyme (hữu cơ) hoặc gốm (không phải tự nhiên).

• Màng polyme: Phổ biến nhất vì giá thành thấp hơn và dễ sản xuất. Ví dụ: PS, PES, PVDF.
• Phẩm chất: Độ thay đổi thẩm thấu cao hơn, linh hoạt hơn, phạm vi kích thước lỗ chân lông rộng hơn.
• Thuận lợi: Chi phí tài nguyên thấp hơn, lý tưởng cho quy mô lớn, ít bị bám bẩn hơn. Công thức cải tiến giúp tăng độ ổn định và tuổi thọ.
• Hạn chế: Dễ bị phân hủy do hóa chất/nhiệt và tác động cơ học. Tuổi thọ ngắn hơn gốm.
• Màng gốm: Được làm từ oxit thép (nhôm oxit, zirconia, titania, SiC).
• Đặc trưng: Độ an toàn cơ học, nhiệt và hóa học cao. Chịu được điều kiện khắc nghiệt, tuổi thọ cao hơn (10-20 năm).
• Thuận lợi: Độ bền cao, khả năng chống chịu va đập mạnh, tuổi thọ cao. Ứng dụng trong các lĩnh vực được ưa chuộng: nước uống, thực phẩm/sữa, hóa chất, nước thải (bao gồm cả nước nhiễm dầu).
• Hạn chế: Chi phí sản xuất/vốn cao hơn. Có thể làm giảm thông lượng và độ linh hoạt. Kích thước lỗ rỗng đang được cải thiện.

Khoảng cách về chi phí đang được thu hẹp. Trong khi polyme có giá thành thấp hơn trước, độ bền và tuổi thọ của gốm sứ có thể cho thấy chi phí vòng đời thấp hơn. Đất sét được coi là vật liệu gốm sứ giá rẻ.

Cấu hình mô-đun

Các lớp màng được ghép lại với nhau thành các thành phần để có độ dày vị trí cao và hiệu quả lưu lượng:

• Sợi rỗng: Các bó ống nhỏ. Dòng cấp liệu bên trong hoặc bên ngoài sợi. Mật độ đóng gói cao, thường dùng trong nước/nước thải.
• Chấn thương xoắn ốc: Các tấm phẳng được quấn quanh một ống. Nguồn cấp di chuyển theo hình xoắn ốc trên bề mặt. Độ dày bao bì cao, điển hình trong công nghiệp.
• Tấm và Khung: Chia các tấm phẳng thành nhiều tấm. Đường dẫn di chuyển giữa các tấm. Dùng cho chất lỏng nhớt hoặc dễ tiếp cận.
• Hình ống: Màng bên trong các ống lớn hơn. Dòng chảy được dẫn qua các ống. Ít bị tắc nghẽn hơn, phù hợp với vật liệu rắn cao, mật độ đóng gói thấp. Màng gốm thường có dạng ống hoặc tấm phẳng.

Tùy chọn sắp xếp phụ thuộc vào tính năng nạp liệu, yêu cầu về độ dày đóng gói, tính đơn giản khi vệ sinh và giá cả.

Nguyên lý bố trí hệ thống uf công nghiệp và thông số vận hành như thế nào?

Bố trí và quy trình của hệ thống rất quan trọng đối với hiệu quả, khả năng kiểm soát bám bẩn và hiệu suất.

Kiến trúc hệ thống: Ngõ cụt so với Dòng chảy chéo

Hệ thống UF sử dụng phương pháp lọc dòng chảy cụt hoặc dòng chảy chéo, dựa vào vật liệu rắn đầu vào.

• Thanh lọc ngõ cụt: Dòng chảy vuông góc với màng. Các chất còn lại tích tụ trên bề mặt, tạo thành lớp bánh.
• Thuận lợi: Dễ dàng hơn, ít năng lượng hơn, khả năng chữa lành bằng nước cao hơn, tác động nhỏ hơn.
• Nhược điểm: Dễ bị bám bẩn nhanh với hàm lượng chất rắn cao, khó kiểm soát bám bẩn. Chất bẩn lắng đọng bên trong lỗ rỗng.
• Ứng dụng: Giảm chất lỏng rắn (nước đã xử lý trước, một số nước uống có cồn).
• Lọc dòng chéo: Tuần hoàn dòng chảy tiếp tuyến qua lớp màng. Áp suất cắt đẩy các mảnh vỡ ra xa, giảm thiểu sự phân cực của lớp bánh và tiêu điểm. Tách dòng chảy thành dòng xuyên thấu và dòng cô đặc.
• Thuận lợi: Quản lý bám bẩn tốt hơn nhiều, phù hợp với lượng chất rắn cao, hiệu suất ổn định. Phân phối dòng chảy tốt hơn.
• Nhược điểm: Năng lượng tuần hoàn lớn hơn, lượng nước thu hồi thấp hơn (do dòng chảy tập trung).
• Ứng dụng: Giữ lại chất rắn tốt hơn hoặc khi cần thông lượng thường xuyên (công nghiệp, nước thải).

Giám sát bám bẩn bề mặt của Cross-flow thường được lựa chọn cho các nguồn cấp dữ liệu khó.

Thông số vận hành

Các thông số kỹ thuật bí mật ảnh hưởng đến hiệu suất, thông lượng, khả năng bị loại bỏ và bám bẩn bao gồm Tần số xung ngược, VRF, Thời gian chạy, Tốc độ dòng chảy chéo và TMP.

• Áp suất xuyên màng (TMP): Áp suất đẩy. Chênh lệch áp suất trên toàn bộ màng. TMP cao hơn làm tăng cường sự thay đổi nhưng có thể làm chất bẩn di chuyển, tăng cường phân cực và tạo ra sự bám bẩn/hư hỏng vĩnh viễn. TMP rất quan trọng; các thiết bị tối ưu hóa giúp tối đa hóa sự thay đổi. Đây là khía cạnh quan trọng nhất trong số 5 khía cạnh được nghiên cứu.
• Giá dòng chảy (Flux): Lượng thấm qua mỗi vị trí lớp màng theo thời gian (L/m²/h hoặc LMH). Thể hiện năng suất. Có thể thay đổi cao ở áp suất thấp, nhưng lại làm tăng nguy cơ bám bẩn.
• Vận tốc dòng chảy chéo (Hệ thống dòng chảy chéo): Tốc độ nạp tiếp tuyến. Tốc độ cao hơn làm tăng lực cắt, giảm độ phân cực và lớp bánh, giảm thiểu bám bẩn [11, 14] Cần công suất bơm lớn hơn. Ít quan trọng hơn TMP/VRF nhưng lại quan trọng hơn Back Pulse/Runtime.
• Mức nhiệt độ: Ảnh hưởng đến độ nhớt và độ hòa tan. Nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt, tăng sự thay đổi. Có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của lớp màng và hiện tượng bám bẩn sinh học.
• Khía cạnh giảm âm lượng (VRF): Tốc độ tuần hoàn thức ăn/tốc độ dòng chảy cô đặc (dòng chảy chéo). VRF càng lớn thì độ xuyên thấu càng cao nhưng nồng độ cô đặc càng lớn, làm tăng khả năng phân cực/bám bẩn. Độ phủ có thể tăng lên với VRF do cặn bẩn dày đặc hơn. VRF là yếu tố quan trọng thứ hai sau TMP.
• Thời gian chạy: Thời gian thực hiện giữa các lần vệ sinh. Chất bẩn tích tụ, giảm thông lượng hoặc tăng TMP.
• Tần số xung ngược (một số hệ thống): Cần phải xuyên qua lớp màng để loại bỏ tạp chất. Hiệu quả khác nhau tùy theo tạp chất/thiết kế. Trong một số trường hợp, có thể không ảnh hưởng đến chất lượng xuyên qua.

Việc tối ưu hóa các thông số cân bằng giữa thông lượng/khôi phục với việc giảm thiểu bám bẩn/năng lượng. Thông tin về thông lượng-áp suất giúp hiểu rõ hơn về bám bẩn và tối ưu hóa. Thiết kế điện trở nối tiếp đánh giá các yếu tố đóng góp vào điện trở (màng, phân cực, bám bẩn).

Yếu tố suy đoán: Các hệ thống trong tương lai có thể sử dụng tính năng theo dõi bám bẩn theo thời gian thực và kiểm soát dự đoán để điều chỉnh thông số kỹ thuật một cách linh hoạt (TMP, dòng chảy chéo, xung ngược) dựa trên chất lượng bám bẩn/thức ăn, có thể cải thiện hiệu suất, tuổi thọ và giảm thiểu việc làm sạch.

Ứng dụng của hệ thống siêu lọc là gì?

Có ý nghĩa quan trọng trong nước đô thị và nước thương mại:

• Nước uống: Lọc nước máy, loại bỏ vi khuẩn, vi-rút, động vật nguyên sinh, chất rắn để đảm bảo an toàn. Có thể thay đổi quá trình lắng, lọc cát, khử trùng bằng clo.
• Nước thải công nghiệp: Xử lý nước thải để tái sử dụng, bảo quản, giảm chi phí. Thu hồi các thành phần, cô đặc thuốc nhuộm, tách dầu-nước, làm trong chất lỏng. Màng gốm xử lý nước thải có dầu.
• Nước thải đô thị: Tích hợp trực tiếp vào hệ thống xử lý, thay thế các bước tiêu chuẩn. Màng lọc UF bằng gốm xử lý nước thải đã được lắng trước.
• Tiền xử lý: Tiêu biểu cho RO/IX. Loại bỏ chất rắn, keo, chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, bảo vệ màng lọc hạ lưu và kéo dài tuổi thọ. Giảm SDI cho nguồn cấp RO.