Quais são as aplicações da ultrafiltração?

Aplicações Técnicas de Ultrafiltração UF

O princípio de funcionamento da ultrafiltração (UF):

Ultrafiltração (UF) A tecnologia é uma tecnologia avançada de separação por membrana desenvolvida nos últimos anos com base na ciência dos materiais e tem sido amplamente utilizada em vários campos da construção industrial e municipal.

A ultrafiltração (UF) é um processo de separação por membrana acionado por pressão que utiliza a capacidade de interceptação de materiais porosos para separar partículas de fluidos e componentes dissolvidos. Os tamanhos típicos dos poros das membranas de ultrafiltração estão na faixa de 0,01-0,1 micrômetros e oferecem taxas de remoção extremamente altas para bactérias e a maioria dos vírus, colóides, lodo, etc. As membranas de ultrafiltração são geralmente feitas de polímeros cujas propriedades básicas são principalmente hidrofóbicas. Modificações hidrofílicas, como mistura, são possíveis. O processo é operado à temperatura ambiente sem mudança de fase e sem contaminação secundária.

Ultrafiltração usando material de fluoreto de polivinilideno (PVDF), o Departamento de estrutura de fibra oca de camada dupla de pele. Entre as membranas de ultrafiltração de PVDF utilizadas em aplicações industriais, a ultrafiltração tem o menor tamanho nominal de poro e é capaz de remover quase todas as partículas, bactérias (taxa de remoção de 4 log), a maioria dos vírus e colóides. Apesar do pequeno tamanho dos poros, sua porosidade extremamente alta permite que o UF alcance fluxos comparáveis ​​à microfiltração, tornando-o uma escolha melhor do que a microfiltração na maioria dos casos.

A ultrafiltração utiliza uma estrutura de pressão externa que não é facilmente entupida, proporcionando maior capacidade de retenção de sujeira, maior área de filtração e limpeza mais fácil e completa. O projeto de fluxo é baseado na filtragem de fluxo total, mas os elementos podem ser facilmente convertidos para um modo de filtragem de fluxo escalonado. Em comparação com o fluxo escalonado, a filtragem de fluxo total consome menos energia e opera sob pressão mais baixa, resultando em custos operacionais mais baixos. A filtração de fluxo escalonado, por outro lado, pode lidar com fluidos com maior teor de sólidos suspensos. A forma específica de operação é, portanto, determinada pelo teor de sólidos em suspensão da água de alimentação.

A ultrafiltração geralmente é operada em fluxo constante, e a pressão diferencial transmembrana (TMP) aumentará gradualmente ao longo do tempo de operação, momento em que a camada de contaminação pode ser removida por retrolavagem regular ou lavagem com gás, enquanto o uso de biocidas ou outros agentes de limpeza pode controlar mais completamente a reprodução microbiana e remover contaminantes.

No campo do tratamento de água, a ultrafiltração pode ser usada para purificar a água, removendo partículas, colóides, bactérias, vírus, fontes de calor, proteínas e substâncias orgânicas macromoleculares.

Vantagens e características da ultrafiltração

Longa vida útil: a ultrafiltração adota material PVDF com desempenho especial e modificação hidrofílica, que possui excelente resistência à oxidação e resistência à fadiga, antipoluição e resistência transparente, prolongando muito a vida útil do filamento da membrana.

Alta qualidade de produção de água: a precisão média de filtração da ultrafiltração chega a 0,03 µm, a pressão do ponto de bolha é maior e a taxa de remoção de bactérias chega a 6 log, o que faz com que se obtenha melhor qualidade de produção de água.

Ampla gama de aplicações: a estrutura de pressão externa de ultrafiltração e o método patenteado de distribuição de água, permitindo uma gama mais ampla de conteúdo de sólidos suspensos na entrada, mais adequada para condições de aplicação de baixa qualidade da água e, ao mesmo tempo, garantindo uma alta taxa de recuperação de água.

Baixo custo operacional: O tipo de ultrafiltração com pressão externa pode adotar um método de limpeza de mistura ar-água de baixo custo, que pode manter com eficiência a estabilidade do fluxo a longo prazo e economizar o consumo de agente de limpeza químico.

Principais Aplicações da Ultrafiltração

As aplicações da ultrafiltração envolvem principalmente três aspectos: aplicações industriais, bioquímica alimentar e água potável, que são descritos a seguir.

As aplicações industriais de ultrafiltração pode ser dividido em três tipos: (1) concentração (2) separação de solutos de moléculas pequenas (3) classificação de solutos de moléculas grandes.

A grande maioria das aplicações industriais pertence a este aspecto da concentração. A separação de solutos de moléculas pequenas pode ser alcançada combinando ou complexando com macromoléculas. A separação do cálcio livre e do cálcio ligado às proteínas é um exemplo. A separação de pequenos solutos, como dessalinização e troca de sal, pode ser realizada por ultrafiltração ou pela combinação de ultrafiltração com diálise. A classificação de solutos macromoleculares pode ser realizada utilizando membranas com diferentes valores de corte de peso molecular, ou utilizando um sistema combinado onde várias células de ultrafiltração são combinadas para que o líquido de uma célula possa ir para a próxima, com as membranas de cada célula cortando um progressivamente. diminuindo o valor do peso molecular.

Aplicações industriais

-Recuperação de tinta eletroforética usando ultrafiltração

-Recuperação de águas residuais oleosas por ultrafiltração

-Tratamento de águas residuais contendo metais pesados ​​por ultrafiltração

-Outras aplicações industriais

1 Uma das aplicações industriais da ultrafiltração —— Recuperação de tinta eletroforética por ultrafiltração

No processo de pintura eletroforética de metal, um objeto metálico eletricamente carregado é imerso em uma poça de tinta com carga oposta. Devido à atração de carga oposta, a tinta forma uma camada uniforme na superfície do metal, e o objeto metálico é pescado da piscina e lavado para retirar a tinta que com ele foi transportada. Para proteger o meio ambiente e economizar energia em um circuito fechado, um processo de ultrafiltração pode ser usado para reter a resina polimérica e as partículas de pigmento, enquanto permite que os sais inorgânicos, a água e os solventes passem através da membrana de ultrafiltração. Os componentes bloqueados são então devolvidos ao tanque de armazenamento de tinta eletroforética. O filtrado é usado para enxaguar peças recém-aplicadas recém-removidas da tinta de eletrodeposição para recuperar o excesso de tinta preso na peça.

Já em 1968, a patente da empresa norte-americana PPG propunha o uso de ultrafiltração e combinação de tecnologia de osmose reversa para tratar águas residuais de tintas eletroforéticas. Atualmente, a tecnologia tem sido amplamente utilizada em linhas de montagem automatizadas, centenas de módulos de membrana com área superior a 100m2 foram colocados em operação, principalmente para o tipo tubo. Como a solução da piscina é carregada eletricamente, foi desenvolvida uma membrana com a mesma carga na superfície, que não é facilmente contaminada devido à repulsão homogênea. A taxa de fluxo do permeado da membrana por vários meses permanece acima de 1 m / d sem limpeza, a vida útil da membrana é geralmente superior a 2 anos.

2 aplicações industriais de ultrafiltração do segundo – o uso de ultrafiltração para a recuperação de águas residuais oleosas

A emulsão óleo-água no processo de usinagem de metal é amplamente utilizada como ferramentas e peças de trabalho repetidamente em operações de trefilação a frio e conformação de rolos de metal, lubrificação e resfriamento de operações de corte, mas devido ao uso do processo é fácil de ser misturada com detritos metálicos , bactérias e limpeza de superfícies metálicas da água de enxágue, resultando em sua vida útil é muito curta. Moléculas individuais em seu peso molecular são pequenas o suficiente para passar através da membrana de ultrafiltração, e essas ultrafiltrações de águas residuais oleosas podem ser separadas com sucesso de sua fase oleosa, isso ocorre porque a tensão interfacial óleo-água é suficiente para que as gotículas de óleo não possam passar. a membrana foi umedecida com água, após a ultrafiltração da concentração de óleo permeado ser geralmente inferior a 10g/m3, atingiu o padrão de descarga pode ser descarregada na calha, e o concentrado do teor final de óleo de até 30% a 60% pode ser usado para combustão ou pode ser usado para combustão ou outros fins. O processo de operação é mostrado na figura abaixo. Além disso, banhos de solução de limpeza alcalina são frequentemente usados ​​para limpar peças metálicas oleosas ou sujas. A ultrafiltração também pode ser usada para processar esta solução de limpeza para remover graxa, óleo e partículas sujas e recuperar a maior parte do agente de limpeza na forma de filtrado.

3 Aplicações industriais de ultrafiltração do terceiro —- uso de ultrafiltração para tratar águas residuais contendo metais pesados

A ultrafiltração aprimorada por micelas (MEIJF) é um método de ultrafiltração desenvolvido recentemente combinado com tecnologia de surfactante. Seu princípio é mostrado na figura abaixo. Nas águas residuais industriais, a concentração injetada é superior à concentração crítica de micelas de surfactantes, a extremidade hidrofóbica do emaranhamento interno, enquanto a extremidade hidrofílica carregada negativamente do arranjo da superfície, tornando assim a superfície das micelas com carga negativa. Os cátions metálicos nas águas residuais são adsorvidos devido ao efeito eletrostático, e a membrana de ultrafiltração com peso molecular inferior ao peso molecular das micelas pode fazer com que os íons metálicos sejam retidos.

O surfactante dodecilsulfato de sódio (SDS) foi adicionado às águas residuais simuladas para separar quatro íons, Cd2+, Zn2+, Cd+ e Ca2+, respectivamente, e a taxa de retenção foi acima de 96%, e a taxa de fluxo do permeado da membrana foi a mesma que a de a água pura, o que indica que a aplicação industrial do MEUF é possível. Alguns pesquisadores também utilizaram ácido desoxicólico natural e lecitina como surfactantes, e os resultados mostram que seu efeito de separação em Ca2+, Pb2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+ é melhor que o SDS, com taxa de retenção acima de 99,9%. Como a concentração de surfactante no MEUF deve ser superior à concentração micelar crítica para formar micelas, o MEUF não pode ser usado para a separação de íons metálicos em baixas concentrações.

Mesmo que uma pequena quantidade não seja polieletrólito despolimerizado completado com metilcelulose (CMC) e ácido poliestireno sulfônico (PSS) em vez de surfactante adicionado às águas residuais, o polieletrólito que é dissociado, o contra-íon (Na +) na água, o O polímero é carregado negativamente, as águas residuais de íons de metais pesados, como Cu2 + e combinação de polímero com um corte de peso molecular do polímero, podem ser usadas para reter as águas residuais Cu2 + na membrana de ultrafiltração. O Cu2+ nas águas residuais pode ser retido pela membrana de ultrafiltração com MWCO menor que o polímero. Este MEUF aprimorado é chamado de ultrafiltração aprimorada com polieletrólito (PEIJF), e a concentração de Cu2+ nas águas residuais pode ser reduzida de 100 × 10-6 para 1 × 10-6 usando esta técnica.

Existe um processo de ultrafiltração denominado IEIJF (Ion-Expulsion Ultrafiltration) que utiliza o efeito repulsivo dos íons para separação. É bem conhecido que as micelas se ligam menos que o número estequiométrico de contra-íons na água e, portanto, têm uma carga que é próxima de uma constante numa ampla faixa de concentrações iônicas. IEUF utiliza esta propriedade das micelas para separar íons com a mesma carga, e a figura a seguir mostra o diagrama esquemático do processo IEUF. De acordo com o princípio de equilíbrio de Donnan, quando os ânions e cátions dissociados em solução estão em equilíbrio no permeado e se concentram em ambos os lados da membrana, seus produtos de atividade iônica são iguais e, assim, a concentração de cada íon pode ser calculada. Os cálculos mostram que o Cr042- pode ser concentrado 21,5 vezes no permeado quando o equilíbrio é alcançado.

Outras aplicações industriais de ultrafiltração:

(1) Aplicação de ultrafiltração na preparação de água de alta pureza

Muitos requisitos de água industrial são muito rigorosos, especialmente na indústria eletrônica, muitos lugares precisam usar água de alta pureza, que desempenha um papel importante na garantia da qualidade do produto. Por exemplo, nos processos de corte, moagem, epitaxial, difusão e evaporação de dispositivos semicondutores de circuito integrado, para serem limpos repetidamente com água de alta pureza, circuitos integrados em uma área muito pequena, há muitos circuitos entre componentes vizinhos é de apenas 0,002 mm ou mais , portanto, os requisitos de limpeza da água são muito rigorosos. Requisitos gerais para matéria orgânica não solúvel e isenta de íons, sem corpo bacteriano e sem partículas maiores que 0,5 μm. Cada planta IC possui um sistema central de produção de água de alta pureza, que é então entregue ao ponto de uso através de um sistema de distribuição. O processo de purificação é o seguinte:

Água da torneira → pré-filtração → ultrafiltração (ou microfiltração) → osmose reversa → leito misto de resina de troca aniônica e catiônica → ultrafiltração → microfiltração do sistema de distribuição → microfiltração no ponto de uso → uso

A ultrafiltração é usada principalmente para remover colóides, partículas e bactérias no processo de preparação de água de alta pureza. Os componentes de ultrafiltração usados ​​para preparação de água de alta pureza são principalmente do tipo fibra oca, com taxa de fluxo de permeado de membrana tão alta quanto 2~4m/d.

(2) Contendo amido e tratamento de águas residuais enzimáticas.

Em algumas indústrias de processamento de alimentos, como o processamento de batata, as águas residuais contêm baixa concentração de amido, as descargas da indústria cervejeira contêm enzimas e assim por diante. A ultrafiltração pode ser usada para recuperar amido e enzimas e derivar águas residuais que podem ser descarregadas.

(3) Tratamento de águas de desengomagem provenientes da indústria têxtil.

Materiais de colagem como amido e polímeros solúveis em água (álcool polivinílico) são frequentemente usados ​​em processos têxteis para facilitar o processo. O pano tecido é lavado para remover o material de colagem, resultando em uma solução diluída contendo o material de colagem. A ultrafiltração pode ser usada para recuperar esse material de colagem para reutilização e resulta em um filtrado aquoso de boa qualidade que pode ser descarregado ou reutilizado.

(4) Concentração da emulsão.

Na fabricação e aplicação de borracha sintética, a água de lavagem de recipientes, reatores, etc. contém uma solução de emulsão diluída, que é concentrada com sucesso pelo processo de ultrafiltração.

(5) Processamento da solução de descarga da lã enxaguada.

Esta descarga contém óleos e gorduras emulsionadas do tipo lanolina emulsionadas por detergentes, que podem ser desidratadas por ultrafiltração (frequentemente combinada com operação centrífuga).

(6) Tratamento de descarga da fábrica de celulose.

Esta descarga contém lignossulfonatos de alto peso molecular, que podem ser separados e concentrados por ultrafiltração.

(7) Aplicação no processo de preparação da medicina chinesa.

Atualmente, o Ministério da Saúde da China incluiu a tecnologia de separação por membranas como um dos métodos de separação e refinamento da medicina tradicional chinesa. A tecnologia de ultrafiltração é usada principalmente na preparação de injeção de medicina tradicional chinesa (como injeção composta de danshen, injeção de Yinhuo Huang, injeção de bebida desinfetante Wumai, etc.), na extração de ingredientes ativos (como a extração de teste de huangling de huangling) e a preparação de extratos medicinais e assim por diante. Ultrafiltração sozinha ou com carvão ativado, a osmose reversa também é usada para remover bactérias e pirogênios com eficácia; a preparação de solução oral de medicina chinesa (solução oral de essência de ginseng, solução oral de quatro essências Hailong Haji), a preparação de água pura para uso farmacêutico, bebidas para cuidados de saúde.

Aplicações Bioquímicas Alimentares da Ultrafiltração

Aplicações bioquímicas alimentares da ultrafiltração ——- Tratamento de laticínios por ultrafiltração

O processo de produção de vinagre de leite da indústria de laticínios produzirá uma grande quantidade de soro de leite, segundo as estatísticas, apenas nos Estados Unidos todos os anos são produzidos 25 milhões de m3 de soro de leite, então o campo se tornou o maior campo de aplicações de ultrafiltração. Através da ultrafiltração pode-se obter o concentrado contendo 10% de proteína e, se for atomizado, pode-se obter o soro de leite em pó contendo 65% de proteína, que pode ser utilizado como substituto do leite em pó desnatado em produtos de panificação. Se for dessalinizado ainda mais, pode-se obter o produto com teor de proteína superior a 80%, que pode ser utilizado na alimentação infantil. E o permeado contendo lactose pode ser utilizado como ração animal após concentração e secagem.

Tratamento de soro de leite por processo de ultrafiltração

Na ultrafiltração de soro de leite são utilizadas diversas formas de módulos, sendo que o maior deles contém uma área de membrana de 1.800 m2 e uma capacidade diária de 1.000 m3 de soro de leite. geralmente é operado a 50°C. A taxa de fluxo do permeado da membrana é inicialmente superior a 1 m3. A vazão do permeado da membrana é inicialmente maior que 1m/d, mas quando o soro é concentrado por um fator de 10 a viscosidade é maior que 0,002Pas (0,02P), a vazão do permeado da membrana cai para 0,5m/d, e a vazão do permeado da membrana cai para 0,5m/d. O limite de concentração é, portanto, em grande parte determinado pela contaminação da membrana e pelo aumento da viscosidade do concentrado de soro de leite. A ultrafiltração aplicada à indústria alimentícia tem como questão mais importante a limpeza e esterilização diária. Geralmente primeiro lavagem alcalina, depois lavagem ácida e finalmente esterilização com solução de hipoclorito de sódio. A vida útil da membrana pode ser superior a 1 ano.

Um novo processo de produção de queijo é primeiro concentrar o leite desnatado por ultrafiltração 3 a 4 vezes e depois usar seu concentrado para fermentação para produzir vinagre de leite, que está sendo gradualmente popularizado com sua grande superioridade. Como o concentrado tratado é utilizado para produzir enzimas lácteas, seu rendimento pode ser aumentado em mais de 20%, de acordo com a estimativa conservadora pode economizar 6% do leite; Além disso, a lactose é retirada do leite para deixar o vinagre de leite mais saboroso e, por fim, também reduz a quantidade de processamento de soro de leite.

Aplicações Bioquímicas Alimentares da Ultrafiltração —— Clarificação de suco por ultrafiltração

O suco fresco extraído da maçã fica turvo devido à presença de compostos como a pectina. Os métodos convencionais utilizam enzimas, saponinas e gelatina para precipitá-los e, em seguida, o sobrenadante é retirado e filtrado para obter o suco clarificado. Através da ultrafiltração ou microfiltração para clarificar o suco, remover primeiro apenas parcialmente a pectina, pode reduzir a quantidade de enzima, eliminando saponina e gelatina, economizando matéria-prima e economizando trabalho e tempo. Ao mesmo tempo, a taxa de recuperação do suco foi melhorada, até 98% ~ 99%. Além disso, o tratamento de ultrafiltração da qualidade do suco também foi melhorado, turbidez de apenas 0,4 ~ 0,6 NTU (processo tradicional para 1,5 ~ 3,0 NTU). E porque a ultrafiltração pode ser a remoção metatérmica de bactérias no suco, prolongando assim a vida útil do suco.

Aplicações bioquímicas alimentares da ultrafiltração —- extração de albumina sérica por ultrafiltração

O isolamento da albumina sérica do plasma envolve uma série complexa de processos. Uma fração que foi processada contendo 3% de albumina, 20% de etanol e outras moléculas pequenas é separada do etanol em um processo de três etapas usando uma membrana de ultrafiltração com MWCO de 30.000. Durante a primeira e a segunda etapas, a vazão do permeado da membrana foi de 0,5-0,7 m3/d e, durante a última etapa, diminuiu para menos de 0,1 m3/d. De acordo com o último relatório [chamado, o uso de membrana metálica de zircônia com peso molecular de corte de 10.000, que possui maior vida útil da membrana e mais energia. Juntamente com o uso de backflush e alimentação por pulso pode reduzir a contaminação da membrana, a taxa de permeação da primeira e segunda etapa pode ser aumentada quase 1 vezes, e a concentração de albumina no permeado é muito menor, geralmente inferior a 0,4 g/L.