Фактически, MF и UF включают аналогичные мембранные процессы с одним и тем же принципом разделения.

Однако важным отличием является то, что УФ -мембраны имеют асимметричную структуру с гораздо более плотным верхним слоем (т.е. меньшим размером пор и меньшей поверхностной пористостью) и, следовательно, гораздо более высоким гидродинамическим сопротивлением, следовательно более высоким давлением (обычно 2-5 бар), необходимым для разделения.

Для УФ -мембран (UF) существует два различных режима работы.

Режим тангенциальной фильтрации, при котором исходная вода (feed) подается по касательной к мембране. Чистая вода проходит через мембрану, в то время как вода с концентрирующимися примесями (концентрат) рециркулирует, объединяясь с исходной водой, что позволяет повысить степень использования исходной воды.

При тупиковой или прямой фильтрации вся питательная вода проходит через мембрану. Таким образом, степень использования воды (выход очищенной) составляет почти 100%, и небольшая часть периодически используется для обратной промывки в системе. Данная система применяется для малоконцентрированных вод.

УФ-мембраны всегда имеют асимметричную структуру.

Эффективность разделения УФ–мембран зависит от размера пор мембраны, механизмов взаимодействия растворенного вещества с мембраной, формы и размера макромолекул, температуры и прочих факторов.

Для максимальной эффективности разделения должна быть 10-кратная разница в размерах отделяемых молекул. Кроме того, поскольку все мембраны для разделения жидкости имеют определенное распределение пор по размерам (например, в случае мембран имеет место бимодальное распределение, преимущественно мелкие поры, 10А°, и иногда крупные поры, 100А°, которые объясняются неизбежным существованием дефектов в поверхностном слое).

Номинальное Отсечение по Молекулярной Массе НОММ (англ. Molecular Weight Cut Off, MWCO) – показатель пористости ультрамембран, выражаемый в кДа. MWCO УФ-мембран должно составлять по крайней мере половину от MWCO самого мелкого растворенного вещества, подлежащего удалению из раствора.

Наиболее широко используемым полимером является полисульфон (PS), но используются и другие полимеры: CA, PES, полиакрилонитрил (PAN) и PVDF. Как правило, мембраны на основе CA имеют более высокий поток при эквивалентных отклонениях, чем мембраны на основе PS. Хотя мембраны CA менее подвержены загрязнению, мембраны PS необходимы для многих применений из-за их более высокой стабильности. В пищевой промышленности, где требуется стерилизация паром, вместо PS используется PES. Среди новых используемых мембран – полиимидные (PI) полимерные мембраны. Полиимид УФ-мембраны являются перспективными из-за их стойкости ко многим органическим растворителям, таких как гексан, бензол, метанол, уксусная кислота, ацетон, этиловый эфир, этоксиэтанол и хлорированные углеводороды.

Список применений ультрафильтрационных мембран:

Концентрирование:

– белков (в т.ч. яичный, молочные белки), ферментов и пр,

– полимерных латексов – бутадиен-стирольных, поливинилацетатных, поливинилхлоридных;

– крахмала и пектина;

– производство дрожжей, сбор клеток млекопитающих;

Извлечение, восстановление, повторное использование (recovery):

– красителей из ванн для мытья и ополаскивания;

– проклеивающих средств для текстиля (в т.ч. поливинилового спирта, карбоксиметилцеллюлозы);

– лигнина из крафт-черного щелока в целлюлозно-бумажных производствах;

– красителей цвета индиго, печатные краски и прочих.

Осветление/стабилизация:

– фруктовые соки и вино – удаление компонентов помутнения;

– пиво – удаление клеточных остатков и бактерий;

– рафинирование сахара – удаление полисахаридов, белков, коллоидных примесей;

– стерильная фильтрация биологических препаратов – удаление бактерий и вирусов.

Очистка различных веществ и сред:

– фракционирование крови – плазмафорез, гемофильтрация;

– отделение – антибиотиков или вакцин от ферментационных бульонов

– буферный обмен – очистка фармацевтических препаратов диафильтрацией растворителем.

Очистка сточных вод:

– очитка нефтесодержащих сточных вод (в т.ч. от нефтепродуктов);

– очистка сточных вод от отбеливания в целлюлозно-бумажной промышленности;

– очистка сточных вод от переработки кожи и дубления;

– очистка бытовых сточных вод (в технологии МБР (мембранный биореактор, MBR membrane bioreactor)

Очистка воды:

– получение воды высокой чистоты – для технологий полупроводниковых приборов, фармацевтике и производстве напитков;

– питьевая вода – удаление бактерий и вирусов;

– предварительная очистка (обработка) воды перед обратным осмосом.

Также ультрафильтрация используется для удаления макромолекул, коллоидов, коллоидного диоксида кремния, эмульгированного масла, эндотоксинов, пирогенов, вирусов и бактерий, высокомолекулярных органических соединений (в т.ч. белки, коллоиды), очистки поверхностных вод и усовершенствованной третичной очистки городских сточных вод (МБР-реактор) для рекуперации и повторного использования.

Но основной областью применения ультрафильтрационных мембран в мире является получение пищевых продуктов в молочной промышленности (в т.ч. они используются для переработки молочной сыворотки – обработка сырной сыворотки для извлечения молочных белков – и производства сыров, а также для производства концентратов цельного и обезжиренного молока и производства молочных продуктов с пониженным содержанием лактозы).

УФ-мембраны удаляют практически полностью взвешенные твердые вещества, коллоидные частицы и сравнительно большие микроорганизмы (в т.ч. криптоспоридии и лямблии).

Высококачественная и стабильная подача воды после ультрафильтрации на установки нанофильтрации или обратного осмоса улучшает производительность последующих мембранных установок, в т.ч. устойчивый и более производительный поток через мембрану, более низкое рабочее давление.

В состав ультрафильтрационных установок входят:

– насосная станция (с частотным регулированием);

– фильтр тонкой очистки (с автоматической промывкой – для защиты мембран и увеличения фильтроцикла);

– фильтродержатель (мембранный элемент), выполненный из полированной нержавеющей стали AISI304 или (стекло)пластика;

– фильтрующие мембранные элементы (мембранные модули, как правило половолоконные);

– соединительные трубопроводы и ЗРА (в т.ч. электромагнитные, электрические, мембранные вентили для переключений потоков);

– насосы-дозаторы пропорциональной подачи реагентов (в т.ч. флокулянтов и коагулянтов);

– комплект монтажных фитингов для подключения установки;

– комплект приборов КИПиА (в т.ч. регулятор рабочего давления, расходомеры, манометры, аналоговые датчики давления, мутномер – для контроля качества очистки и целостности мембран, pH-метр для контроля химической промывки);

– контуры прямой и обратной промывок, оснащённые фильтрами, насосным оборудованием, системой CIP-мойки с ёмкостями (для маточного и рабочего растворов при водной и химической промывке (едкого натра, лимонной кислоты, надуксусной кислоты с перекисью водорода, гипохлорита натрия и пр.), картриджными фильтрами, циркуляционными насосами (циркуляция промывочной среды); автоматическими насосами-дозаторами реагентов;

– накопительная емкость для аккумулирования обработанной воды;

– шкаф управления (с контроллером для автоматического управления режимами очистки и промывки);

– рама из окрашенной порошковой краской стали.

Для дезинфекции ультрафильтрационных мембран (в т.ч. предотвращения развития микрофлоры) используется раствор надуксусной кислоты с перекисью водорода концентрацией 0,3…0,5 %.

Дополнительно (опционально) в комплект могут входить:

– компрессор (для управления пневматической трубопроводной арматурой и пр.);

– измеритель и набор реагентов для определения концентрации хлора;

– дополнительные насосы-дозаторы реагентов;

– блок интеграции АСУ установки ультрафильтрации в систему АСУ более высокого уровня.

Опросный лист вы можете просмотреть и скачать по ссылке ниже:

Опросн.лист_мембранные технологии pdf 597,2 КБ