¿Cuáles son las aplicaciones de la ultrafiltración?

Aplicaciones técnicas de la ultrafiltración UF

El principio de funcionamiento de la ultrafiltración (UF):

Ultrafiltración (UF) La tecnología es una tecnología avanzada de separación por membrana desarrollada en los últimos años basándose en la ciencia de los materiales y ha sido ampliamente utilizada en diversos campos de la construcción industrial y municipal.

La ultrafiltración (UF) es un proceso de separación de membranas impulsado por presión que utiliza la capacidad de interceptación de materiales porosos para separar partículas de fluidos y componentes disueltos. Los tamaños de poro típicos de las membranas de ultrafiltración están en el rango de 0,01 a 0,1 micrómetros y ofrecen tasas de eliminación extremadamente altas de bacterias y la mayoría de los virus, coloides, lodos, etc. Cuanto más pequeño sea el tamaño nominal de poro de la membrana, mayor será la tasa de eliminación. Las membranas de ultrafiltración suelen estar hechas de polímeros cuyas propiedades básicas son principalmente hidrófobas. Son posibles modificaciones hidrófilas como la mezcla. El proceso se opera a temperatura ambiente sin cambio de fase y sin contaminación secundaria.

Ultrafiltración utilizando material de fluoruro de polivinilideno (PVDF), el Departamento de estructura de fibra hueca de doble capa de piel. Entre las membranas de ultrafiltración de PVDF utilizadas en aplicaciones industriales, la ultrafiltración tiene el tamaño de poro nominal más pequeño y es capaz de eliminar casi todas las partículas, bacterias (tasa de eliminación de 4 log), la mayoría de los virus y coloides. A pesar de su pequeño tamaño de poro, su porosidad extremadamente alta permite que la UF alcance flujos comparables a los de la microfiltración, lo que la convierte en una mejor opción que la microfiltración en la mayoría de los casos.

La ultrafiltración utiliza una estructura de presión externa que no se obstruye fácilmente, lo que proporciona una mayor capacidad de retención de suciedad, un área de filtración más grande y una limpieza más fácil y profunda. El diseño de flujo se basa en la filtración de flujo total, pero los elementos se pueden convertir fácilmente a un modo de filtración de flujo escalonado. En comparación con el flujo escalonado, la filtración de flujo total consume menos energía y opera bajo una presión más baja, lo que resulta en menores costos operativos. La filtración de flujo escalonado, por otro lado, puede manejar fluidos con mayor contenido de sólidos en suspensión. Por lo tanto, la forma específica de funcionamiento está determinada por el contenido de sólidos en suspensión del agua de alimentación.

La ultrafiltración generalmente se opera a un flujo constante y la presión diferencial transmembrana (TMP) aumentará gradualmente durante el tiempo de operación, momento en el cual la capa de contaminación se puede eliminar mediante retrolavado regular o depuración de gases, mientras que el uso de biocidas u otros agentes de limpieza puede controlar más exhaustivamente la reproducción microbiana y eliminar los contaminantes.

En el campo del tratamiento del agua, la ultrafiltración se puede utilizar para purificar el agua eliminando partículas, coloides, bacterias, virus, fuentes de calor, proteínas y compuestos orgánicos macromoleculares.

Ventajas y características de la ultrafiltración.

Larga vida útil: la ultrafiltración adopta material PVDF con rendimiento especial y modificación hidrófila, que tiene una excelente resistencia a la oxidación y a la fatiga, anticontaminación y resistencia clara, lo que extiende en gran medida la vida útil del filamento de la membrana.

Alta calidad de producción de agua: la precisión de filtración promedio de la ultrafiltración alcanza 0,03 µm, la presión del punto de burbuja es mayor y la tasa de eliminación de bacterias alcanza 6 log, lo que permite obtener una mejor calidad de producción de agua.

Amplia gama de aplicaciones: la estructura de presión externa de la ultrafiltración y el método patentado de distribución de agua, lo que permite una gama más amplia de contenido de sólidos suspendidos en la entrada, más adecuada para condiciones de aplicación de mala calidad del agua y, al mismo tiempo, garantiza una alta tasa de recuperación de agua.

Bajo costo operativo: el tipo de ultrafiltración de presión externa puede adoptar un método de limpieza de mezcla de aire y agua de bajo costo, que puede mantener eficientemente la estabilidad a largo plazo del flujo y ahorrar el consumo de agentes de limpieza químicos.

Principales aplicaciones de la ultrafiltración

Las aplicaciones de la ultrafiltración involucran principalmente tres aspectos: aplicaciones industriales, bioquímica de alimentos y agua potable, que se describen a continuación.

Las aplicaciones industriales de ultrafiltración Se puede dividir en tres tipos: (1) concentración (2) separación de solutos de moléculas pequeñas (3) clasificación de solutos de moléculas grandes.

La gran mayoría de aplicaciones industriales pertenecen a este aspecto de la concentración. La separación de solutos de moléculas pequeñas se puede lograr combinando o formando complejos con macromoléculas. La separación del calcio libre y el calcio unido a proteínas es un ejemplo. La separación de pequeños solutos, como la desalación y el intercambio de sales, se puede lograr mediante ultrafiltración o combinando ultrafiltración con diálisis. La clasificación de solutos macromoleculares se puede realizar usando membranas con diferentes valores de corte de peso molecular, o usando un sistema combinado donde se combinan varias celdas de ultrafiltración para que el líquido de una celda pueda pasar a la siguiente, cortando progresivamente las membranas de cada celda. valor de peso molecular decreciente.

Aplicaciones industriales

-Recuperación electroforética de pintura mediante ultrafiltración.

-Recuperación de aguas residuales oleosas mediante ultrafiltración.

-Tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados ​​mediante ultrafiltración.

-Otras aplicaciones industriales

1 Una de las aplicaciones industriales de la ultrafiltración —— Recuperación de pintura electroforética mediante ultrafiltración

En el proceso de pintura electroforética de metales, un objeto metálico cargado eléctricamente se sumerge en un charco de pintura con carga opuesta. Debido a la atracción de carga opuesta, la pintura forma una capa uniforme sobre la superficie del metal, y el objeto metálico se saca de la piscina y se lava para quitar la pintura que se sacó con él. Para proteger el medio ambiente y ahorrar energía en un circuito cerrado, se puede utilizar un proceso de ultrafiltración para retener la resina polimérica y las partículas de pigmento mientras se permite que las sales inorgánicas, el agua y los disolventes pasen a través de la membrana de ultrafiltración. Luego, los componentes bloqueados se devuelven al tanque de almacenamiento de pintura electroforética. El filtrado se utiliza para enjuagar las piezas recién aplicadas recién retiradas de la pintura por electrodeposición para recuperar el exceso de pintura atrapada en la pieza.

Ya en 1968, la patente de la empresa estadounidense PPG proponía el uso de una combinación de tecnología de ultrafiltración y ósmosis inversa para tratar aguas residuales de pintura electroforética. En la actualidad, la tecnología se ha utilizado ampliamente en líneas de montaje automatizadas, se han puesto en funcionamiento cientos de módulos de membrana con áreas superiores a 100 m2, que son principalmente para el tipo de tubo. Como la solución de la piscina está cargada eléctricamente, se ha desarrollado una membrana con la misma carga en la superficie, que no se contamina fácilmente debido a la repulsión homogénea. El caudal de permeado de la membrana se mantiene durante varios meses por encima de 1 m/d sin limpieza; la vida útil de la membrana es generalmente de más de 2 años.

2 aplicaciones industriales de ultrafiltración del segundo – el uso de la ultrafiltración para la recuperación de aguas residuales oleosas

La emulsión de aceite y agua en el proceso de mecanizado de metales se usa ampliamente como herramientas y piezas de trabajo en operaciones repetidas de estirado en frío y conformado de metales, lubricación y enfriamiento de operaciones de corte, pero debido al uso del proceso es fácil de mezclar con desechos metálicos. , bacterias y limpieza de superficies metálicas del agua de enjuague, lo que hace que su vida útil sea muy corta. El peso molecular de las moléculas individuales es lo suficientemente pequeño como para pasar a través de la membrana de ultrafiltración, y estas aguas residuales oleosas de ultrafiltración se pueden separar con éxito de su fase oleosa, esto se debe a que la tensión interfacial aceite-agua es suficiente para que las gotas de aceite no puedan pasar. la membrana se ha humedecido con agua, después de la ultrafiltración, la concentración de aceite permeado suele ser inferior a 10 g/m3, ha alcanzado el estándar de descarga y se puede descargar al canal, y el concentrado tiene un contenido de aceite final de hasta un 30 % a un 60 %. se puede utilizar para combustión o se puede utilizar para combustión u otros fines. El proceso de operación se muestra en la siguiente figura. Además, los baños de solución de limpieza alcalina se utilizan a menudo para limpiar piezas metálicas sucias o aceitosas. También se puede utilizar la ultrafiltración para procesar esta solución limpiadora para eliminar grasa, aceite y partículas sucias y recuperar la mayor parte del agente limpiador en forma de filtrado.

3 Aplicaciones industriales de la ultrafiltración del tercero —- uso de ultrafiltración para tratar aguas residuales que contienen metales pesados

La ultrafiltración mejorada con micelas (MEIJF) es un método de ultrafiltración desarrollado recientemente combinado con tecnología de surfactantes. Su principio se muestra en la siguiente figura. En las aguas residuales industriales se inyecta una concentración superior a la concentración crítica de micelas de tensioactivos, el extremo hidrófobo del enredo hacia adentro, mientras que el extremo hidrófilo cargado negativamente de la disposición de la superficie, haciendo así la superficie de las micelas con una carga negativa. Los cationes metálicos en las aguas residuales se adsorben en ellas debido al efecto electrostático, y la membrana de ultrafiltración con un límite de peso molecular menor que el peso molecular de las micelas puede hacer que los iones metálicos se retengan.

Se añadió el tensioactivo dodecilsulfato de sodio (SDS) al agua residual simulada para separar cuatro iones, Cd2+, Zn2+, Cd+ y Ca2+, respectivamente, y la tasa de retención fue superior al 96%, y el caudal de permeado de la membrana fue el mismo que el de el agua pura, lo que indica que la aplicación industrial de MEUF es posible. Algunos investigadores también utilizaron ácido desoxicólico natural y lecitina como tensioactivos, y los resultados muestran que su efecto de separación sobre Ca2+, Pb2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+ es mejor que el SDS, con una tasa de retención superior al 99,9%. Dado que la concentración de tensioactivo en MEUF debe ser mayor que la concentración micelar crítica para formar micelas, MEUF no se puede utilizar para la separación de iones metálicos en concentraciones bajas.

Incluso si no se despolimeriza una pequeña cantidad de polielectrolito completo con metilcelulosa (CMC) y ácido poliestireno sulfónico (PSS) en lugar de tensioactivo añadido al agua residual, el polielectrolito que se disocia, el contraión (Na+) en el agua, El polímero está cargado negativamente, las aguas residuales de iones de metales pesados, como Cu2+, y una combinación de polímeros con un límite de peso molecular del polímero se pueden utilizar para retener las aguas residuales Cu2+ en la membrana de ultrafiltración. El Cu2+ en las aguas residuales puede ser retenido por la membrana de ultrafiltración con MWCO menor que el polímero. Este MEUF mejorado se llama ultrafiltración mejorada con polielectrolitos (PEIJF), y la concentración de Cu2+ en las aguas residuales se puede reducir de 100 × 10-6 a 1 × 10-6 utilizando esta técnica.

Existe un proceso de ultrafiltración llamado IEIJF (ultrafiltración por expulsión de iones) que utiliza el efecto repulsivo de los iones para la separación. Es bien sabido que las micelas se unen a un número menor que el número estequiométrico de contraiones en el agua y, por lo tanto, tienen una carga cercana a una constante en un amplio rango de concentraciones iónicas. IEUF utiliza esta propiedad de las micelas para separar iones con la misma carga y la siguiente figura muestra el diagrama esquemático del proceso IEUF. Según el principio de equilibrio de Donnan, cuando los aniones y cationes disociados en solución están en equilibrio en el permeado y se concentran en ambos lados de la membrana, sus productos de actividad iónica son iguales y, por lo tanto, se puede calcular la concentración de cada ion. Los cálculos muestran que Cr042- puede concentrarse 21,5 veces en el permeado cuando se alcanza el equilibrio.

Otras aplicaciones industriales de la ultrafiltración:

(1) Aplicación de ultrafiltración en la preparación de agua de alta pureza.

Muchos requisitos de agua industrial son muy estrictos, especialmente en la industria electrónica, muchos lugares tienen que utilizar agua de alta pureza, lo que juega un papel importante para garantizar la calidad del producto. Por ejemplo, en los procesos de corte, trituración, epitaxial, difusión y evaporación de dispositivos semiconductores de circuitos integrados, que deben limpiarse repetidamente con agua de alta pureza, los circuitos integrados en un área muy pequeña, hay muchos circuitos entre componentes vecinos de solo 0,002 mm aproximadamente. , por lo que los requisitos de limpieza del agua son muy estrictos. Requisitos generales para materia orgánica insoluble, libre de iones, sin cuerpo bacteriano y sin partículas mayores a 0,5μm. Cada planta de IC tiene un sistema central para fabricar agua de alta pureza, que luego se entrega al punto de uso a través de un sistema de distribución. El proceso de purificación es el siguiente:

Agua del grifo → prefiltración → ultrafiltración (o microfiltración) → ósmosis inversa → lecho mixto de resina de intercambio aniónico y catiónico → ultrafiltración → microfiltración del sistema de distribución → microfiltración en el punto de uso → uso

La ultrafiltración se utiliza principalmente para eliminar coloides, partículas y bacterias en el proceso de preparación de agua de alta pureza. Los componentes de ultrafiltración utilizados para la preparación de agua de alta pureza son en su mayoría del tipo de fibra hueca, con un caudal de permeado de membrana de hasta 2 ~ 4 m/d.

(2) Tratamiento de aguas residuales que contienen almidón y enzimas.

En algunas industrias de procesamiento de alimentos, como el procesamiento de patatas, las aguas residuales contienen bajas concentraciones de almidón, los vertidos de la industria cervecera contienen enzimas, etc. La ultrafiltración se puede utilizar para recuperar almidón y enzimas, y derivar aguas residuales que se pueden descargar.

(3) Tratamiento del agua de desencolado procedente de la industria textil.

Los materiales de apresto como el almidón y los polímeros solubles en agua (alcohol polivinílico) se utilizan a menudo en los procesos textiles para facilitar el proceso. La tela tejida se lava para eliminar el material de apresto, dando como resultado una solución diluida que contiene el material de apresto. Se puede utilizar ultrafiltración para recuperar este material de apresto para su reutilización y da como resultado un filtrado acuoso de buena calidad que se puede descargar o reutilizar.

(4) Concentración de la emulsión.

En la fabricación y aplicación de caucho sintético, el agua de lavado de contenedores, reactores, etc. contiene una solución en emulsión diluida, que se concentra con éxito mediante el proceso de ultrafiltración.

(5) Procesamiento de la solución de descarga de la lana enjuagada.

Esta descarga contiene aceites y grasas emulsionados de tipo lanolina emulsionados con detergentes, que pueden deshidratarse mediante ultrafiltración (a menudo combinada con operación centrífuga).

(6) Tratamiento de vertidos de plantas de celulosa.

Esta descarga contiene lignosulfonatos de alto peso molecular, que pueden separarse y concentrarse mediante ultrafiltración.

(7) Aplicación en el proceso de preparación de la medicina china.

En la actualidad, el Ministerio de Salud de China ha incluido la tecnología de separación por membranas como uno de los métodos de separación y refinamiento de la medicina tradicional china. La tecnología de ultrafiltración se utiliza principalmente en la preparación de inyecciones de medicina tradicional china (como la inyección compuesta de danshen, la inyección de Yinhuo Huang, la inyección de bebida desinfectante Wumai, etc.), la extracción de ingredientes activos (como la extracción de la prueba de huangling de huangling) y la preparación de extractos medicinales, etc. La ultrafiltración sola o con carbón activado, la ósmosis inversa también se utiliza para eliminar eficazmente bacterias y pirógenos; la preparación de solución oral de medicina china (solución oral de esencia de ginseng, solución oral de cuatro esencias de Hailong Haji), la preparación de agua pura para uso farmacéutico, bebidas para el cuidado de la salud.

Aplicaciones bioquímicas alimentarias de la ultrafiltración

Aplicaciones bioquímicas alimentarias de la ultrafiltración. ——- Tratamiento de lácteos por ultrafiltración

El proceso de producción de vinagre de leche de la industria láctea producirá una gran cantidad de suero; según las estadísticas, solo en Estados Unidos cada año se producen 25 millones de m3 de suero, por lo que el campo se ha convertido en el campo más grande de aplicaciones de ultrafiltración. Mediante ultrafiltración se puede obtener el concentrado que contiene un 10% de proteína, y si se seca por aspersión se puede obtener suero en polvo que contiene un 65% de proteína, que puede utilizarse como sustituto de la leche desnatada en polvo en productos de panadería. Si se desala aún más se puede obtener el producto con un contenido proteico superior al 80%, que puede utilizarse en alimentación infantil. Y el permeado que contiene lactosa se puede utilizar como alimento para animales después de concentrarlo y secarlo.

Tratamiento del suero mediante proceso de ultrafiltración.

En la ultrafiltración de suero se utilizan varios tipos de módulos, el mayor de los cuales contiene un área de membrana de 1800 m2 y una capacidad diaria de 1000 m3 de suero. normalmente se opera a 50°C. El caudal de permeado de la membrana es inicialmente superior a 1 m3. El caudal del permeado de la membrana es inicialmente superior a 1 m/d, pero cuando el suero se concentra por un factor de 10, la viscosidad es superior a 0,002 Pas (0,02 P), el caudal del permeado de la membrana cae a 0,5 m/d y el Por lo tanto, el límite de concentración está determinado en gran medida por la contaminación de la membrana y el aumento de la viscosidad del concentrado de suero. La ultrafiltración aplicada a la industria alimentaria tiene como tema más importante la limpieza y esterilización diaria. Generalmente primero se lava alcalino, luego se lava con ácido y finalmente se esteriliza con una solución de hipoclorito de sodio. La vida de la membrana puede ser de más de 1 año.

Un nuevo proceso de producción de queso consiste en concentrar primero la leche desnatada mediante ultrafiltración 3 o 4 veces y luego utilizar su concentrado para la fermentación para producir vinagre de leche, que se está popularizando gradualmente debido a su gran superioridad. Debido a que el concentrado tratado se utiliza para producir enzima láctea, su rendimiento se puede aumentar en más del 20%; según una estimación conservadora, se puede ahorrar un 6% de la leche; Además, debido a que se elimina la lactosa de la leche, el vinagre de leche tiene un sabor más delicioso y, finalmente, también reduce la cantidad de procesamiento del suero.

Aplicaciones bioquímicas alimentarias de la ultrafiltración —— Clarificación de Jugos por Ultrafiltración

El jugo fresco extraído de las manzanas es turbio debido a la presencia de compuestos como la pectina. Los métodos convencionales utilizan enzimas, saponinas y gelatina para precipitarlos, y luego se toma el sobrenadante y se filtra para obtener jugo clarificado. Mediante ultrafiltración o microfiltración para clarificar el jugo, primero se elimina solo parcialmente la pectina, se puede reducir la cantidad de enzima, se elimina la saponina y la gelatina, se ahorra materia prima y se ahorra mano de obra y tiempo. Al mismo tiempo, se ha mejorado la tasa de recuperación de jugo, hasta 98% ~ 99%. Además, también se ha mejorado el tratamiento de ultrafiltración de la calidad del jugo, turbiedad solo 0,4 ~ 0,6 NTU (proceso tradicional para 1,5 ~ 3,0 NTU). Y porque la ultrafiltración puede ser la eliminación metatérmica de las bacterias del jugo, extendiendo así la vida útil del jugo.

Aplicaciones bioquímicas alimentarias de la ultrafiltración. —- extracción de albúmina sérica por ultrafiltración

El aislamiento de la albúmina sérica del plasma implica una serie compleja de procesos. Una fracción procesada que contiene 3% de albúmina, 20% de etanol y otras moléculas pequeñas se separa del etanol en un proceso de tres pasos utilizando una membrana de ultrafiltración con un MWCO de 30.000. Durante el primer y segundo paso, el caudal de permeado de la membrana fue de 0,5 a 0,7 m/d, y durante el último paso, disminuyó a menos de 0,1 m/d. Según el último informe [llamado, el uso de membrana metálica de circonio con un peso molecular de corte de 10.000, que tiene una vida útil más larga y más energía. Junto con el uso de retrolavado y alimentación por impulsos, se puede reducir la contaminación de la membrana, la tasa de permeación del primer y segundo paso se puede aumentar casi 1 veces y la concentración de albúmina en el permeado es mucho menor, generalmente menos de 0,4 g/l.