⑴Principio
El proceso de detección de membranas de ultrafiltración utiliza la diferencia de presión en ambos lados de la membrana como fuerza impulsora y la membrana de ultrafiltración como medio filtrante bajo una cierta presión, cuando el. Líquido crudo Cuando fluye a través de la superficie de la membrana, los muchos poros pequeños densamente cubiertos en la superficie de la membrana de ultrafiltración solo permiten que el agua y las sustancias moleculares pequeñas pasen y se conviertan en el permeado, sustancias en la solución original cuyo volumen es mayor que el permeado. El tamaño de los poros en la superficie de la membrana queda atrapado en el líquido de entrada de la membrana. Por otro lado, se convierte en un líquido concentrado, logrando así el propósito de purificar, separar y concentrar el líquido original.
⑵Membrana de ultrafiltración y dispositivo de ultrafiltración
①Tipos de membranas de ultrafiltración:
Las membranas de ultrafiltración más utilizadas incluyen: membrana de acetato de celulosa, membrana de polisulfona, membrana de poliamida
②Dispositivos de ultrafiltración: incluyen principalmente el tipo de placa y marco, el tipo de tubo, el tipo de rollo y el tipo de fibra hueca, etc., que son similares a los dispositivos de ósmosis inversa.
Ⅰ Dispositivo de ultrafiltración de placa y marco
Ventajas: El dispositivo es firme y adecuado para trabajar en un amplio rango de presión, el tamaño del espacio del canal de flujo es ajustable y el agua cruda; el canal no se bloquea fácilmente con escombros; es desmontable y fácil de limpiar; puede manejar diferentes volúmenes de agua aumentando o disminuyendo el número de membranas y placas de soporte.
Desventajas: el dispositivo es voluminoso; el área efectiva de la membrana por unidad de volumen es pequeña; la membrana requiere alta resistencia y generalmente está hecha de telas no tejidas para mejorar las propiedades mecánicas de la membrana.
Dispositivo de ultrafiltración tubular II
Ventajas: el canal de flujo de líquido crudo tiene un área de interceptación grande y no se bloquea fácilmente, la superficie de la membrana es relativamente fácil de limpiar y se puede limpiar químicamente o; fregado.
Desventajas: la densidad de llenado de la membrana interna por unidad de volumen es baja y ocupa un área grande; el tubo de la membrana tiene muchos codos y conectores, y la instalación del equipo requiere mucho tiempo.
Dispositivo de ultrafiltración tipo rodillo III
Ventajas: el área efectiva de la membrana por unidad de volumen es grande, el agua fluye mejor sobre la superficie de la membrana, la estructura es compacta y ocupa un área pequeña. Desventajas: Requisitos estrictos para el pretratamiento del agua entrante y requisitos de alta resistencia para la membrana utilizada. Durante el uso, si se descubre que la membrana está dañada, se deben reemplazar nuevos elementos de membrana.
Dispositivo de ultrafiltración de fibra hueca IV:
Ventajas: La mayor área efectiva de membrana por unidad de volumen, la mayor eficiencia de trabajo y un tamaño reducido. Las fibras huecas no requieren soportes.
Desventajas: Es difícil limpiar la membrana, solo se puede limpiar con agua o limpieza química, no con limpieza mecánica. Además, si la membrana de fibra hueca está dañada, se debe reemplazar todo el componente.
③Parámetros del proceso de ultrafiltración
Los principales parámetros incluyen el flujo de la membrana, la limpieza de la membrana y la vida útil de la membrana.
Cuando la presión de funcionamiento es de 0,11 ~ 0,6 Mpa y la temperatura es inferior a 60 °C, el flujo de membrana de la membrana de ultrafiltración es preferiblemente de 1 ~ 500 l/m2h. Los factores que afectan el flujo de la membrana incluyen: velocidad del agua de entrada, presión de operación, temperatura, concentración del agua de entrada y pretratamiento del agua cruda.
La membrana debe limpiarse periódicamente para alargar la vida útil de la membrana. La vida útil de la membrana en uso normal es de 12 a 18 meses.
④Aplicación de la ultrafiltración en el tratamiento de aguas residuales
Actualmente se ha utilizado en el tratamiento de aguas residuales de pintura en aerosol, aguas residuales de procesamiento de metales y aguas residuales de la industria alimentaria en la industria de fabricación de automóviles y en la recuperación de aguas residuales útiles. sustancias.
El principio de la ultrafiltración es también un principio del proceso de separación por membrana. La ultrafiltración utiliza una membrana activa por presión para interceptar coloides, partículas y sustancias con un peso molecular relativamente alto en el agua bajo la acción de una fuerza impulsora externa (presión). ). El proceso de separar agua y pequeñas partículas de soluto a través de una membrana. Las sustancias con un peso molecular de 3x10000-1x10000 pueden filtrarse a través de los microporos de la superficie de la membrana. Cuando el agua a tratar pasa a través de la superficie de la membrana a un cierto caudal con la ayuda de una presión externa, las moléculas de agua y los solutos con un peso molecular inferior a 300-500 pasan a través de la membrana, mientras que las partículas y macromoléculas más grandes que los poros de la membrana. son interceptados debido a la detección, por lo que el agua se purifica. Es decir, cuando el agua pasa a través de la membrana de ultrafiltración, se puede eliminar la mayor parte de la sílice coloidal contenida en el agua y al mismo tiempo se puede eliminar una gran cantidad de materia orgánica.
El principio de la ultrafiltración no es complicado. Durante el proceso de ultrafiltración, debido a la acumulación continua de impurezas atrapadas en la superficie de la membrana, se producirá una polarización de la concentración. Cuando la concentración de soluto en la superficie de la membrana alcance un cierto límite, se formará una capa de gel que hará que la permeabilidad al agua de la membrana disminuya. Esto limita en cierta medida la aplicación de la ultrafiltración. Con este fin, es necesario realizar investigaciones a través de experimentos para determinar el proceso óptimo y las condiciones operativas para minimizar el impacto de la polarización de la concentración y hacer de la ultrafiltración un método confiable de pretratamiento por ósmosis inversa.
a. En comparación con los procesos de pretratamiento tradicionales, la ultrafiltración tiene un sistema simple, fácil operación, tamaño reducido, baja inversión y excelente calidad del agua, que puede cumplir con los requisitos de entrada de agua de varios dispositivos de ósmosis inversa.
b. Una selección razonable de las condiciones operativas y los procesos de limpieza puede controlar completamente el problema de polarización de la concentración de la ultrafiltración, lo que hace que este método de pretratamiento sea más confiable.
c. La ultrafiltración tiene buenas características de eliminación de varios coloides en el agua, por lo que se puede considerar ampliada al pretratamiento de sistemas de desalinización de intercambio iónico y pulido de condensado.
Durante el proceso de ultrafiltración, el líquido de agua profunda fluye a través de la superficie de la membrana bajo la presión de la presión. El agente profundo (agua) más pequeño que los poros de la membrana y la membrana permeable al soluto de molécula pequeña se convierten en el líquido de purificación (. filtrado). Los solutos y grupos de solutos más grandes que los poros de la membrana quedan atrapados y descargados con el flujo de agua, convirtiéndose en un líquido de contracción profunda. El proceso de ultrafiltración es filtración dinámica y la separación se completa en condiciones de flujo. Los solutos sólo se depositan de forma limitada en la superficie de la membrana, y la tasa de ultrafiltración decae hasta cierto punto y tiende al equilibrio, y puede restablecerse mediante limpieza.
La ultrafiltración es una de las tecnologías de separación por membranas impulsadas por la presión. Para separar moléculas grandes y pequeñas, el tamaño de los poros de la membrana está entre 20 y 1000 °A. La ultrafiltración de fibra hueca (membrana) tiene las ventajas de una alta densidad de llenado por unidad de recipiente y un pequeño espacio de piso.
Ventajas y desventajas de la tecnología de ultrafiltración
En comparación con los métodos de separación tradicionales, la tecnología de ultrafiltración tiene las siguientes características:
1. Temperatura, las condiciones son suaves y no hay daño a los componentes, por lo que es particularmente adecuado para la separación, clasificación, concentración y enriquecimiento de sustancias sensibles al calor, como medicamentos, enzimas, jugos de frutas, etc.
2. No hay cambio de fase en el proceso de filtración, no hay necesidad de calentamiento, bajo consumo de energía, no es necesario agregar reactivos químicos y no contamina. Es una tecnología de separación que ahorra energía y es respetuosa con el medio ambiente. .
3. La tecnología de ultrafiltración tiene una alta eficiencia de separación y es muy eficaz para recuperar componentes traza en soluciones diluidas y concentrar soluciones de baja concentración.
4. El proceso de ultrafiltración solo utiliza la presión como fuerza impulsora para la separación de la membrana, por lo que el dispositivo de separación es simple, el proceso es corto, la operación es simple y es fácil de controlar y mantener.
5. El método de ultrafiltración también tiene ciertas limitaciones, ya que no puede obtener directamente preparaciones en polvo seco. Para soluciones de proteínas, generalmente sólo se puede obtener una concentración del 10 al 50%.
El dispositivo de ultrafiltración se lleva a cabo en un recipiente sellado. Utiliza aire comprimido como energía para empujar el pistón en el recipiente hacia adelante para formar una presión interna en el líquido de la muestra. fondo del contenedor. Las moléculas pequeñas más pequeñas que el diámetro de los poros de la placa de la membrana son extruidas fuera de la placa de la membrana debido a la presión, mientras que las moléculas grandes quedan atrapadas en la placa de la membrana. Al comienzo de la ultrafiltración, la velocidad de la ultrafiltración es relativamente rápida porque las moléculas del soluto se distribuyen uniformemente en la solución. Sin embargo, a medida que se siguen descargando moléculas pequeñas, las moléculas grandes quedan atrapadas y acumuladas en la superficie de la membrana, y la concentración aumenta cada vez más. Se forma un gradiente de concentración de abajo hacia arriba y la velocidad de ultrafiltración disminuirá gradualmente. Se llama fenómeno de polarización de concentración. Para superar el fenómeno de polarización de la concentración y aumentar el caudal, se han diseñado varios dispositivos de ultrafiltración:
1. Ultrafiltración sin agitación
Este dispositivo es relativamente simple y solo funciona en un ambiente cerrado. Se aplica una cierta presión a la membrana para exprimir moléculas pequeñas y moléculas de disolvente fuera de la membrana. Sin un dispositivo de agitación, la polarización de la concentración es más grave y solo es adecuada para ultrafiltración de pequeño volumen con concentraciones diluidas.
2. Ultrafiltración con agitación
La ultrafiltración con agitación coloca el dispositivo de ultrafiltración sobre un agitador electromagnético y coloca una varilla magnética en el recipiente de ultrafiltración. Durante la ultrafiltración, el agitador magnético se enciende mientras se aplica presión al recipiente. Los solutos de moléculas pequeñas y las moléculas de solvente se descargan de la membrana. Cuando las moléculas grandes se acumulan en la superficie de la membrana del filtro, el agitador electromagnético las dispersa en la solución. . Este método no es propenso a la polarización de la concentración y mejora la velocidad de la ultrafiltración.
4. Ultrafiltración de fibra hueca
Debido al área de interceptación limitada del dispositivo de ultrafiltración de placa de membrana, la ultrafiltración de fibra hueca está equipada con muchos capilares de fibra hueca en una columna hueca. Se conectan dos extremos, el diámetro interior del tubo es generalmente de aproximadamente 0,2 mm y el área efectiva puede alcanzar 1 centímetro cuadrado. Cada capilar de fibra es como una bolsa de diálisis en miniatura, lo que aumenta en gran medida la superficie de penetración y mejora la. Velocidad de ultrafiltración. La membrana de ultrafiltración de nanomembrana también es un tipo de membrana de ultrafiltración hueca.