Ultrafiltracja-ciśnieniowa i ultrafiltracja zanurzeniowa to dwie główne opracowane formy technologii membran ultrafiltracyjnych. Chociaż mają tę samą zasadę filtracji z membraną rdzeniową, różnią się siłą napędową, strukturą modułu membrany, trybem pracy i możliwymi scenariuszami.
I. Siła napędowa i tryb pracy
Ciśnienie-Typ Ultrafiltracja
Surowa woda jest pompowana do szczelnej obudowy membrany, tworząc dodatnią różnicę ciśnień (zwykle 0,5–2,5 bara) na membranie. Oczyszczona woda przenika przez membranę pod ciśnieniem i wypływa ze strony wody produktowej.
Może działać jako filtracja-ślepa lub filtracja z przepływem-krzyżowym. W przypadku filtracji-ślepej, stopień odzysku wody może osiągnąć 90%–95%. W przypadku filtracji-z przepływem krzyżowym koncentrat jest poddawany recyklingowi, a stopień odzysku spada do 75–90%.
Strumień membrany jest stosunkowo wysoki, a wartości projektowe zwykle mieszczą się w zakresie 40–120 L/(m²·h), w zależności od jakości wody i wydajności membrany.
Ultrafiltracja zanurzeniowa
Moduł membranowy zanurzany jest bezpośrednio w otwartym zbiorniku na wodę. Pompa permeatu pobiera wodę z wnęki membrany, tworząc podciśnienie (różnica ciśnień transmembranowych wynosząca zaledwie 0,1–0,6 bara, tj. -10 do -60 kPa). Woda jest filtrowana przez napęd ssący.
Jest to prawie całkowicie filtracja-, ze współczynnikiem odzysku systemu zwykle większym lub równym 95% i długim cyklem usuwania osadu.
Strumień jest stosunkowo niski, zwykle projektowany na 15–40 l/(m²·h), ponieważ mała różnica ciśnień i osadzanie grawitacyjne wymagają wystarczającej powierzchni membrany.
II. Struktura modułu membranowego i charakterystyka materiału
Typ ciśnienia
Włókna membrany są zamknięte w cylindrycznej panewce-łożyska ciśnieniowego, zwykle o średnicy 4 cali/8 cali, długości 1–2 metrów i wytrzymałości na ciśnienie 3–10 barów.
Włókna membrany mogą być poddawane działaniu ciśnienia wewnętrznego lub zewnętrznego, co skutkuje wyjątkowo dużą gęstością upakowania, sięgającą 400–800 m²/m³ objętości modułu (elementy 8-calowe mogą osiągnąć powierzchnię membrany 60–80 m²).
Typowe materiały membranowe: PVDF, PES, PS; wielkość porów 0,01–0,04 µm; granica masy cząsteczkowej 100–150 kDa.
Typ zanurzony
Włókna membranowe zawieszone są w układzie kurtyny lub wiązki, bez osłony zewnętrznej, mocowane bezpośrednio na ramie membrany i zanurzane w zbiorniku. Typowa gęstość upakowania ramy membranowej wynosi 200–400 m²/m3 objętości zbiornika.
Włókna membrany opierają się na ssaniu pod niskim-ciśnieniem, głównie pod ciśnieniem zewnętrznym, z warstwą przeciwporostową skierowaną na zewnątrz. Zbiornik membranowy wyposażony jest w perforowane rurki napowietrzające, w których duże pęcherzyki powietrza szorują powierzchnię membrany.
Materiał to głównie wzmocniony PVDF; włókna membrany są zaprojektowane tak, aby wytrzymywać-długotrwałe wibracje spowodowane napowietrzaniem, co wymaga dużej wytrzymałości na rozciąganie.
III. Różnice w działaniu i konserwacji. Płukanie wsteczne i czyszczenie
Typ ciśnieniowy wykorzystuje częste płukanie hydrauliczne (strumień płukania wstecznego może osiągnąć 1,5–2,5-krotność strumienia permeatu) w połączeniu z płukaniem wstecznym powietrzem-wodą.
Zanurzone systemy membranowe opierają się głównie na ciągłym napowietrzaniu w celu wytworzenia dużych pęcherzyków, które szorują włókna membrany. Częstotliwość płukania wstecznego jest niska, a w celu utrzymania przepuszczalności powszechnie stosuje się czyszczenie chemiczne.
Wymagania dotyczące obróbki wstępnej
Systemy membranowe-ciśnieniowe są wrażliwe na cząstki stałe na dopływie. Przygotowanie wstępne często wymaga-filtra samoczyszczącego (dokładność 100–300 μm) w celu ochrony włókien membrany; w przeciwnym razie prawdopodobne jest pęknięcie lub zanieczyszczenie włókien.
Zanurzone systemy membranowe, ze względu na duże kanały i-efekt osadzania w zbiorniku, mogą bezpośrednio oczyszczać zawiesiny stałe o wysokim stężeniu (np. MLSS w MBR może osiągnąć 8000–15000 mg/l). Są w minimalnym stopniu zależne od obróbki wstępnej i mogą bezpośrednio przyjmować ścieki z osadników koagulacyjnych lub mieszanego ługu biologicznego.
Stężenie i metoda czyszczenia chemicznego
W ciśnieniowych-systemach membranowych chemiczny roztwór czyszczący krąży w obudowie membrany, zapewniając wystarczający kontakt. Jednakże strona permeatu musi zostać odizolowana podczas procesu czyszczenia.
Zanurzone systemy membranowe obejmują płukanie wsteczne środków chemicznych w trybie online w celu namoczenia włókien membrany lub podnoszenie ramy membrany do zbiornika do czyszczenia chemicznego. Jest to nieco bardziej pracochłonne,-ale same włókna membranowe są łatwiejsze w obróbce.