Màng siêu lọc UF là gì – Ứng dụng của màng siêu lọc UF trong xử lý nước
Màng siêu lọc UF là loại màng lọc mà áp suất buộc chất lỏng phải qua màng bán thấm. Màng bán thấm là một lớp mỏng vật liệu có khả năng tách các chất khi có áp lực tác động. Đây từng được coi là một công nghệ khả thi duy nhất để khử muối, loại màng này đang ngày càng được sử dụng để loại bỏ các vi khuẩn , vi sinh vật, vật liệu hạt, chất hữu cơ tự nhiên, các chất này có thể gây màu, mùi vị và mùi hôi cho nước đồng thời phản ứng với các chất khử trùng để tạo thành các sản phẩm phụ khử trùng.
Công nghệ lọc siêu lọc vật liệu màng sử dụng sợi rỗng, nước cấp chảy bên trong vỏ hoặc trong lòng của các sợi. Chất rắn lơ lửng và các chất hòa tan trọng lượng phân tử cao được giữ lại, trong khi chất hòa tan có trọng lượng phân tử thấp đi qua màng tế bào. Quá trình tách này được sử dụng trong công nghiệp và nghiên cứu để làm sạch và các giải pháp tập trung phân tử đặc biệt là giải pháp protein.
Siêu lọc UF là quá trình tách sử dụng các màng có kích thước lỗ trong khoảng từ 0,1 đến 0,001 micron. Thông thường siêu lọc UF loại bỏ các chất có trọng lượng phân tử cao, vật liệu keo và các phân tử polymer hữu cơ và vô cơ. Màng siêu lọc UF có thể loại bỏ các chất rắn lơ lửng, vi khuẩn, vi rút, nội độc tố và các mầm bệnh khác.
Các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp và các ion như natri, canxi, magie clorua và sunfat không bị loại bỏ. Bởi vì chỉ những loài có trọng lượng phân tử cao được loại bỏ, chênh lệch áp suất thẩm thấu trên bề mặt màng là không đáng kể. Do đó áp suất thấp là đủ để đạt được tốc tộ từ màng siêu lọc UF.
Thông lượng của màng siêu lọc được định nghĩa là lượng thấm được tạo ra trên một đơn vị diện tích bề mặt màng trên một đơn vị thời gian. Thông thường thông lượng được biểu thị bằng gallon trên mỗi feet vuông mỗi ngày (GFD) hoặc là m3/m2 mỗi ngày.
Màng siêu lọc UF có thể có thông lượng cực cao nhưng trong hầu hết các ứng dụng thực tế thông lượng dao động trong khoảng từ 5. – 200 GFD ở áp suất hoạt động khoảng 50 psig trong khi màng thẩm thấu ngược chỉ tạo ra từ 10 -30 GFD ở mức 200 – 400 psig
Đặc điểm của màng siêu lọc UF
Có modul màng siêu lọc UF có cấu hình dạng tấm, khung, xoắn ốc và hình ống. Tất cả các cấu hình đã được sử dụng thành công trong các ứng dụng quy trình khác nhau. Mỗi cấu hình đặc biệt phù hợp với một số ứng dụng cụ thể. Đối với nước có độ tinh khiết cao, thường sử dụng cấu hình xoắn ốc và mao quản. Cấu hình được chọn tùy thuộc vào loại và nồng độ của của vật liệu keo, hạt trong nước. Đối với nước có nồng độ cao, các cấu hình mở như tấm, khung và hình ống được sử dụng. Trong tất cả các cấu hình, thiết kế hệ thống tối ưu phải tính đến tốc độ dòng chảy, giảm áp suất, tốc độ điện năng, tắc nghẽn màng và chi phí.
Cấu trúc màng siêu lọc UF
Vật liệu sử dụng cho màng siêu lọc UF chủ yếu là polysulfone và cellulose acetate.Đối với màng siêu lọc UF khi sử dụng trong các ứng dụng xử lý nước có độ tinh khiết cao, các vật liệu modul màng phải tương thích với các hóa chất như hydro peroxide được sử dụng để vệ sinh màng định kỳ.
Màng siêu lọc UF sử dụng các sợi rỗng của vật liệu màng, nước cấp chảy vào bên trong vỏ hoặc trong lòng sợi. Chất rắn lơ lửng và chất hòa tan có trọng lượng phân tử cao được giữ lại trong khi nước và chất hòa tan có trọng lượng phân tử thấp đi qua màng.
Màng siêu lọc UF về cơ bản không khác biệt với màng thẩm thấu ngược, màng vi lọc hay lọc nano ngoại trừ kích thước phân tử mà nó giữ lại. Màng siêu lọc là màng lọc lý tưởng để loại bỏ các chất keo, protein, vi khuẩn, pyrogens, protein và các đại phân tử lớn hơn kích thước lỗ màng.
Các ứng dụng của màng siêu lọc UF
Màng siêu lọc UF có thể được sử dụng để loại bỏ các hạt và đại phân tử từ nước thô để xử lý nước uống được. Nó được sử dụng để thay thế các hệ thống thứ cấp (đông tụ, keo tụ, lắng) và hệ thống lọc cấp 3 (lọc cát và clo hóa) được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước.
Khi xử lý nước có chất rắn lơ lửng cao, màng siêu lọc UF thường được tích hợp vào quy trình sơ cấp (sàng lọc, tuyển nổi và lọc) và một số phương pháp xử lý thứ cấp làm giai đoạn tiền xử lý.
Màng siêu lọc UF được ưa thích hơn các phương pháp xử lý truyền thống vì:
- Không yêu cầu hóa chất
- Chất lượng sản phẩm không đổi bất kể chất lượng nguồn nước cấp
- Kích thước nhỏ gọn
- Có khả năng loại bỏ 90 -100% mầm bệnh
Hệ thống lọc sử dụng màng siêu lọc UF
Trong xử lý nước thải, màng siêu lọc UF được sử dụng để tái chế và tái sử dụng nước mà hầu như không chứa chất rắn vật lý. Khi tái chế nước đơn giản nó cần ít xử lý. Tuy nhiên khi cần xử lý chuyên sâu thì màng siêu lọc UF được sử dụng, loại bỏ chất rắn vật lý ra khỏi nước bằng cách cho nó đi qua màng bán thấm.
Nước tái chế cũng có thể được sử dụng cho một số mục đích công nghiệp bao gồm:
- Bổ sung nước cấp cho nồi hơi hoặc tháp giải nhiệt
- Điều chỉnh PH
- Thiết bị rửa, giá đỡ và phương tiện, phòng cháy chữa cháy
- Xử lý nước rửa hoặc xử lý nước cho dây chuyền sản xuất trong các ngành sản xuất, xả nhà vệ sinh
- Kiểm soát bụi, hoạt động xây dựng và trộn bê tông.
Các ngành công nghiệp tiêu thụ lượng nước lớn hoặc xả nước thải có độc tính cao là những ngành sử dụng màng siêu lọc UF để tái sử dụng nước. Đó là các ngành như hóa chất, thép, nhựa, giấy và bột giấy, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, bao gồm nước ngọt và thực phẩm đóng hộp
Trong nhiều trường hợp màng siêu lọc UF được sử dụng để tiền lọc trong các hệ thống thẩm thấu ngược để bảo vệ quá trình thẩm thấu ngược
Sự khác biệt của màng siêu lọc UF so với các bộ lọc thông thường
Màng siêu lọc UF giống như thẩm thấu ngược là một quá trình phân tách dòng chảy chéo. Ở đây nước chảy tiếp tuyến dọc theo bề mặt màng, do đó tạo ra 2 dòng. Dòng đi qua màng được gọi là thấm. Loại và số lượng chất còn lại trong thấm sẽ phụ thuộc vào đặc điểm của màng, điều kiện hoạt động và chất lượng nước cấp. Các dòng nước khác sẽ tập trung dần dần các hạt, tạp chất … được loại bỏ bởi màng. Do đó trong sự phân tách dòng chảy chéo, bản thân màng không hoạt động như bộ thu thập các ion, phân tử hoặc chất keo mà chỉ đơn thuần là một rào cản đối với các loại này.
Các bộ lọc thông thường chỉ loại bỏ các chất rắn lơ lửng bằng cách giữ lại chúng tại các khe lọc của vật liệu lọc. Do đó các bộ lọc này hoạt động như một kho chứa chất rắn lơ lửng và phải được làm sạch hoặc thay thế thường xuyên. Các bộ lọc này sử dụng dòng chảy ngược để loại bỏ các chất rắn lơ lửng tương đối lớn và để màng thực hiện công việc loại bỏ các hạt mịn và chất rắn hòa tan.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của màng siêu lọc UF
Áp lực vận hành
Tốc độ thẩm thấu tỷ lệ thuận với áp suất áp dụng trên bề mặt màng. Tuy nhiên do sự tắc nghẽn và nén chặt gia tăng, áp lực vận hành hiếm khi vượt qua 100 psig và thường khoảng 50 psig. Trong một số modul màng siêu lọc loại mao quản, áp suất vận hành thậm chí còn thấp hơn do giới hạn cường độ vật lý được áp đặt bởi modul màng
Nhiệt độ hoạt động
Tỷ lệ thấm tăng khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên nhiệt độ thường không phải là một biến kiểm soát. Điều quan trọng là phải biết ảnh hưởng của nhiệt độ đến thông lượng màng để phân biệt giữa sự sụt giảm thấm thấu do nhiệt độ giảm và ảnh hưởng của các thông số khác.
Hiệu suất của màng siêu lọc UF
Trong hệ thống xử lý nước có độ tinh khiết cao, màng siêu lọc UF đang dần thay thế các lõi lọc 0,2 micron. Màng siêu lọc với mức cắt trọng lượng phân tử 10000 có kích thước lỗ lọc là 0,003 micron. Khi chúng được sử dụng thay thế cho các lõi lọc 0,2 micron hiệu quả loại bỏ hạt được cải thiện rất nhiều. Ngoài ra màng siêu lọc UF không dễ bị ảnh hưởng bởi vi khuẩn phát triển qua chúng như bộ lọc 0,2 micron
Vận hành và bảo trì màng siêu lọc UF
Vận hành và bảo trì màng siêu lọc UF tương tự như hệ thống thẩm thấu ngược. Cần lưu giữ hồ sơ hàng ngày về dòng cấp và thấm, áp suất và nhiệt độ của nước cấp và giảm áp của hệ thống.
Màng lọc phải được làm sạch khi tỷ lệ thấm vào hệ thống giảm từ 10% trở lên.
Quá trình làm sạch được sử dụng phụ thuộc vào màng siêu lọc UF được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ hay vô cơ, hoặc thậm chí cả 2.
Để loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ, quy trình làm sạch chung để làm sạch màng ống là sử dụng chất tẩy có độ kiềm thấp, trung bình ở mức 0,6% – 1% trong tối đa 40 – 60 phút.
Để loại bỏ các chất gây ô nhiễm vô cơ, cách xử lý tốt nhất là bằng axit citric với nồng độ tối đa là 3%. Các axit nên lưu thông trong 1 – 3 giờ. Axit clohydric cũng có thể được sử dụng để làm sạch màng cũng như axit oxalic, lưu huỳnh và axit nitric.
Lưu lượng nước cấp rất quan trọng đối với hoạt động của màng siêu lọc UF. Sự sụt giảm của lưu lượng nước có thể là do sự cố trong bộ lọc sơ bộ (nếu có ) với van điều khiển lưu lượng hoặc với chính máy bơm.
Khi hệ thống ngừng hoạt động hơn 2 ngày, nên sử dụng chất diệt khuẩn để vệ sinh. Khi khởi động lại, dòng thấm phải được chuyển hướng để thoát cho đến khi tất cả các vi khuẩn được loại bỏ.
Bài viết tham khảo
