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Dispositivo di ultrafiltrazione (ultrafiltro)

1,Il principio del sistema di ultrafiltrazione del dispositivo di ultrafiltrazione della membrana è quello di separare selettivamente le sostanze attr

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1,Principio del dispositivo a membrana di ultrafiltrazione
Il sistema di ultrafiltrazione separa selettivamente le sostanze attraverso la struttura microporosa sulla superficie della membrana. Quando una miscela liquida scorre attraverso la superficie della membrana sotto una certa pressione, i soluti di piccole molecole passano attraverso la membrana (chiamata ultrafiltrazione), mentre le sostanze di grandi molecole sono intercettate, aumentando gradualmente la concentrazione di grandi molecole nella soluzione originale (chiamata soluzione concentrata), ottenendo così la separazione, la concentrazione e la purificazione di grandi e piccole molecole. L'ultrafiltrazione è diversa da tutta la filtrazione convenzionale e la filtrazione microporosa (sia filtrazione statica) in quanto ha un piccolo diametro di separazione e può quasi intercettare tutti i batteri, virus, particelle colloidali, proteine e la grande sostanza organica della molecola nella soluzione. Il secondo è che l'intero processo di filtrazione viene eseguito dinamicamente e solo una parte del solvente viene separata. Il liquido di materia prima che entra nel modulo di ultrafiltrazione, spinto dalla differenza di pressione su entrambi i lati della membrana, passa parzialmente attraverso la membrana per diventare liquido di ultrafiltrazione, mentre il resto diventa liquido concentrato e fluisce continuamente fuori, causando un accumulo limitato di sostanze che non possono passare attraverso la superficie della membrana. Il tasso di filtrazione può raggiungere un valore di equilibrio in uno stato stabile senza attenuazione continua e l'intero processo può essere sostenuto a lungo.
2,Caratteristiche del sistema di ultrafiltrazione
Le caratteristiche delle apparecchiature di ultrafiltrazione includono piccola impronta, grande area della membrana, struttura compatta, installazione e manutenzione semplici, basso consumo energetico e prestazioni stabili. L'ultrafiltrazione è una tecnologia di separazione a membrana, il cui componente principale è la membrana di ultrafiltrazione, utilizzata per la separazione delle sostanze a livello molecolare in soluzione. Il processo di ultrafiltrazione è alimentato dalla differenza di pressione su entrambi i lati della membrana e basato sul principio dello screening meccanico. La pressione utilizzata è solitamente 0,1 Mpa-0, 25 Mpa, e la dimensione dei pori di separazione è 1 μ m-0,1 μ m, con un taglio di peso molecolare di circa 500-1000000.
L'ultrafiltrazione viene effettuata a temperatura ambiente e bassa pressione, con basso consumo energetico, nessuna necessità di riscaldamento e nessuna necessità di farmaci per raggiungere lo scopo di separazione, concentrazione, separazione, purificazione e classificazione. Il dispositivo di ultrafiltrazione è facile da usare, veloce da avviare, facile da mantenere e facile da controllare. Può essere utilizzato da solo o come pretrattamento per l'acqua di ingresso di apparecchiature ad osmosi inversa e come trattamento di finitura per terminali ad alta purezza dell'acqua.
Aree di applicazione dei sistemi di ultrafiltrazione: filtrazione di alimenti, bevande, acqua potabile e acqua minerale; Preparazione del formaggio, separazione del siero di latte, purificazione del saccarosio e trattamento delle proteine vegetali; concentrazione e depurazione dei processi dell'industria farmaceutica; Separazione ed estrazione di preparati enzimatici e microrganismi; Rivestimento, vernice elettroforetica, trattamento delle acque reflue galvaniche, ecc.
3,Rispetto ai metodi tradizionali di separazione, la tecnologia di ultrafiltrazione ha le seguenti caratteristiche:
Il processo di filtrazione viene effettuato a temperatura ambiente, con condizioni miti e senza danni ai componenti, rendendolo particolarmente adatto alla separazione, classificazione, concentrazione e arricchimento di sostanze sensibili al calore come farmaci, enzimi, succhi di frutta, ecc.
2 Il processo di filtrazione non subisce cambiamenti di fase, non richiede riscaldamento, ha un basso consumo energetico, non richiede l'aggiunta di reagenti chimici, è privo di inquinamento ed è una tecnologia di separazione a risparmio energetico e rispettosa dell'ambiente.
3 La tecnologia di ultrafiltrazione ha un'elevata efficienza di separazione ed è molto efficace nel recupero di componenti in traccia da soluzioni diluite e nella concentrazione di soluzioni a bassa concentrazione.
4. il processo di ultrafiltrazione utilizza solo la pressione come forza motrice per la separazione della membrana, quindi il dispositivo di separazione è semplice, il processo è breve, l'operazione è facile ed è facile da controllare e mantenere.
5. Ultrafiltrazione ha anche alcune limitazioni in quanto non può ottenere direttamente formulazioni a polvere secca. Per le soluzioni proteiche, tipicamente si può ottenere solo una concentrazione del 10-50%.
4,Introduzione all'industria di applicazione di ultrafiltrazione
Attualmente, l'applicazione della tecnologia di trattamento delle acque a membrana nei processi ambientali comprende principalmente metodi come ultrafiltrazione, osmosi inversa, dialisi ed elettrodialisi per il trattamento di varie acque reflue industriali. La tecnologia di ultrafiltrazione è diventata la principale tecnologia di separazione a membrana utilizzata nei progetti di trattamento delle acque reflue grazie alla sua bassa pressione di esercizio, al basso consumo energetico, all'alto flusso e all'elevata efficienza di separazione, in grado di recuperare e riutilizzare sostanze e acqua utili, soprattutto con le sue elevate caratteristiche di flusso.
1. Riciclo di vernici elettroforetiche
L'applicazione su larga scala della tecnologia di ultrafiltrazione all'estero iniziò negli anni '70 e fu applicata nel riciclaggio di vernici elettroforetiche. La vernice nelle acque reflue rappresenta dal 10% al 50% della quantità totale di vernice utilizzata. L'utilizzo della tecnologia di ultrafiltrazione per il trattamento delle acque reflue elettroforetiche della vernice può non solo ridurre la perdita di vernice e riutilizzare le acque reflue, ma anche consentire ai sali inorganici nocivi di passare attraverso la membrana di ultrafiltrazione, aumentando così la resistenza specifica della vernice elettroforetica. La regolazione e il controllo della composizione della soluzione di vernice assicura il normale funzionamento della vernice elettroforetica.
Nei primi anni '70, i dispositivi tubolari di ultrafiltrazione a membrana CA sono stati utilizzati principalmente per trattare le acque reflue elettroforetiche anodiche della vernice. Alla fine degli anni '70, i dispositivi di ultrafiltrazione telaio, rotolo e fibra cava sono stati sostituiti per trattare le acque reflue elettroforetiche catodiche della vernice. Alcune fabbriche automobilistiche domestiche e industrie di vernice elettroforetica adottano anche la tecnologia di ultrafiltrazione. Ad esempio, la fabbrica automobilistica di Changchun ha introdotto un dispositivo speciale di ultrafiltrazione elettroforetica della vernice a fibra cava catodica dalla società Aomicon, che è composto da 30 moduli della membrana con un diametro di 7,62 cm collegati in parallelo, con una superficie totale della membrana di circa 75 m2 e una capacità di elaborazione di 1,5 t/h. È dotato di un sistema di inversione automatica a tempo liquido circolante per ridurre l'inquinamento della membrana ed estendere il ciclo di pulizia della membrana.
Dopo il trattamento di ultrafiltrazione, la vernice elettroforetica assicura che la resistività della soluzione di vernice del serbatoio elettroforetico sia superiore a 500 Ω / cm, mantenendo la stabilità del contenuto solido della vernice elettroforetica. Il tasso di ritenzione della vernice elettroforetica è 97% ~98% e il volume di drenaggio è notevolmente ridotto, risparmiando una grande quantità di acqua deionizzata per il rifornimento.
2. Fibre chimiche e acque reflue dell'industria tessile
Esistono vari tipi di acque reflue nell'industria delle fibre chimiche che possono essere trattate e recuperate mediante ultrafiltrazione, come il recupero dell'alcool polivinilico (PVA). Una fabbrica in Giappone utilizza un dispositivo tubolare di ultrafiltrazione di 8 cm2 per concentrare la materia prima PVA da 0,1% a 10-15 volte, con una pressione di ingresso di 3,92 × 105 Pa, una pressione di uscita di 1,96 × 105 Pa, una temperatura di alimentazione di 55-66 ℃, un flusso d'acqua della membrana di 100-140 L/(cm2 · h), un tasso di separazione PVA del 98,2% e un recupero giornaliero di circa 20 kg di PVA. L'operazione è buona.
Esistono vari tipi e composizioni complesse di acque reflue di tintura, principalmente comprese acque reflue colorate contenenti sale e materia organica; acque reflue clorurate e brominate; acque reflue organiche contenenti tracce di acidi e basi; Acque reflue colorate contenenti cationi quali rame, piombo, cromo, manganese, mercurio, ecc; Acque reflue organiche contenenti zolfo. La quantità di acque reflue è grande, la concentrazione è alta, il colore è alto e la tossicità è alta, rendendola una delle acque reflue industriali più difficili da trattare.
Shanghai Printing and Dyeing Factory è stata la prima a utilizzare un dispositivo di ultrafiltrazione esterno in fibra di acido acetico per trattare le acque reflue della tintura e recuperare i coloranti con successo.
Le acque reflue di lavaggio della lana sono una delle acque reflue più inquinate dell'industria tessile e contengono una grande quantità di solidi sospesi, oli e detergenti sintetici, con la lanolina come il principale inquinante. La lanolina è una materia prima per le industrie chimiche e farmaceutiche quotidiane, nonché un buon conservante e lubrificante, con alto valore economico. Il metodo tradizionale di riciclaggio della lanolina ha un basso tasso di recupero, mentre l'uso della tecnologia di ultrafiltrazione per il trattamento delle acque reflue di lavaggio della lana ha ottenuto buoni risultati.
Molte fabbriche domestiche di filatura e lavaggio della lana utilizzano l'ultrafiltrazione per trattare le acque reflue di lavaggio della lana, che comprende quattro sistemi: pretrattamento, concentrazione di ultrafiltrazione, separazione centrifuga e riutilizzo dell'acqua Rispetto ai processi centrifughi tradizionali, il tasso di recupero del grasso della lana è 1-2 volte superiore, il tasso di ritenzione dell'olio è 98% ~99%, e il tasso di ritenzione del COD è 90% ~98%.
3. Acque reflue dell'industria cartaria
L'industria cartaria consuma molta acqua e le acque reflue provenienti dalla fabbricazione della carta provengono principalmente da processi come peeling, pulping, lavaggio, sbiancamento e fabbricazione della carta.
L'uso della tecnologia di ultrafiltrazione per il trattamento delle acque reflue di fabbricazione della carta non solo può concentrare e recuperare alcuni componenti utili nelle acque reflue, ma anche riutilizzare l'acqua permeata.
Nel 1981, il Giappone ha costruito un dispositivo a membrana tubolare con una capacità di elaborazione giornaliera di 4000 m3 utilizzando il modulo di ultrafiltrazione NTU-3508, che è il più grande dispositivo al mondo. La Cina attualmente ha la capacità di produrre tali componenti di membrana di ultrafiltrazione e osmosi inversa e li sta rapidamente promuovendo.
4. Rifiuti di stampa di banconote
Il trattamento dei rifiuti liquidi provenienti dalle lastre di pulizia nell'industria cinese della stampa di banconote è sempre stato un problema difficile e duraturo. Dopo il trattamento di ultrafiltrazione, il liquido trasparente del liquido residuo della piastra di pulizia che passa attraverso la membrana non contiene inchiostro e il contenuto di alcali rimane invariato. Il tasso di rimozione del COD è superiore al 99%, e il contenuto solido del liquido residuo della piastra di pulizia con un contenuto solido del 3% può essere concentrato al 12%. Il tasso di recupero del liquido di scarto è 75%, ed è più conveniente e conveniente rispetto all'uso del metodo di neutralizzazione per trattare il liquido di scarto.
5. Acque di birra
Il liquido residuo di glutammato monosodico è un liquido viscoso contenente una grande quantità di materia organica come batteri e cloruri, con un COD fino a 70000 mg/L. Lo scarico di liquido residuo provoca un grave inquinamento per l'ambiente e contiene anche alcuni preziosi sottoprodotti metabolici. La fabbrica del glutammato monosodico utilizza CA, PS, PVC e altre membrane di ultrafiltrazione per trattare il liquido residuo del glutammato monosodico e il permeato è chiaro e trasparente, con un tasso di rimozione batterica superiore al 98%. Trasportato attraverso una conduttura in una fabbrica di salsa di soia per la produzione di salsa di soia monosodica glutammato; L'ultrafiltrazione della soluzione concentrata può produrre preziosi sottoprodotti metabolici contenenti proteine, grassi e acidi nucleici; L'ultrafiltrazione del brodo di fermentazione dell'acido glutammico, con permeato chiaro e trasparente, può migliorare notevolmente la purezza e il tasso di estrazione quando utilizzato per estrarre l'acido glutammico.
6. Trattamento delle acque reflue oleose
Le acque reflue emulsionate dell'olio sono un comune refluo industriale e il trattamento di ultrafiltrazione delle acque reflue emulsionate dell'olio è stato applicato per più di 20 anni. Il tasso di ritenzione dell'olio può superare il 99%, il tasso di rimozione del COD raggiunge il 95%, il rapporto di concentrazione del volume è alto e il flusso medio di ultrafiltrazione è di 30 L/(cm2 · h).
Il contenuto di olio nelle acque reflue oleose è di solito 100-1000 mg/L, superando lo standard nazionale di scarico (10 mg/L), quindi il trattamento di rimozione dell'olio deve essere effettuato prima dello scarico. I moduli della membrana di ultrafiltrazione della fibra cava e l'attrezzatura di ultrafiltrazione possono essere utilizzati, con una pressione di esercizio di 0,10 MPa, temperatura delle acque reflue di 40 ℃, e un tasso di permeabilità della membrana di 60-120 L/(cm2 · h). Può trattare le acque reflue contenenti 100-1000 mg/L petrolio greggio per soddisfare lo standard di scarico ambientale di meno di 10 mg/L e la qualità dell'acqua trattata soddisfa lo standard di iniezione dell'acqua dei campi petroliferi a bassa permeabilità.
Durante la lavorazione dei metalli viene generata una grande quantità di acque reflue contenenti olio da taglio, solidi sospesi e detergenti, che devono essere trattate prima dello scarico.
Il trattamento con ultrafiltrazione può separare le acque reflue in due parti: il concentrato contiene olio e particelle sospese, mentre il permeato non contiene quasi olio. Combinando ultrafiltrazione e microfiltrazione, l'olio viene dapprima concentrato al 10% mediante microfiltrazione. La permeabilità della membrana di microfiltrazione è di 250 L/(cm2 · h), quindi viene effettuato il trattamento di ultrafiltrazione per recuperare l'85% del detergente.
La combinazione di ultrafiltrazione e osmosi inversa (o nanofiltrazione) può essere utilizzata nei separatori a membrana per i campi petroliferi per il trattamento delle acque reflue oleose generate dall'estrazione dell'olio. In primo luogo, l'acqua separata entra nella membrana di ultrafiltrazione della fibra cava e quindi il permeato entra nella membrana di osmosi inversa (o membrana di nanofiltrazione), che non solo rimuove i solidi sospesi, ma rimuove anche i sali e gli oli disciolti per soddisfare i requisiti di qualità speciale dell'acqua.
7. Acque reflue in pelle
Le principali materie prime utilizzate per la depilazione nell'industria della pelle sono Na2S e calce, che rappresentano circa il 10% del totale delle acque reflue della pelle. Sono altamente tossiche, con contenuto di solfuro che varia dai 2000 ai 4000 mg/L. Anche i solidi sospesi e i valori di torbidità sono elevati, rendendoli le acque reflue più inquinate nell'industria della pelle. Nel trattamento delle acque reflue, l'ultrafiltrazione è utilizzata per separare le proteine e le membrane solfonate del polisolfone sono utilizzate per l'ultrafiltrazione per aumentare la concentrazione di percolato di 5-10 volte. La membrana non si ostruirà e il suo effetto di trattamento è migliore delle tecnologie generali di depurazione.
L'ultrafiltrazione può recuperare il 40% di Na2S, il 20% di calce e il 68% ~70% di liquido, e recuperare una grande quantità di proteine. Si stima che 30-40 kg di cheratina possono essere ottenuti per tonnellata di pelle salata, avendo così buoni benefici economici [13].
8. Acque reflue dell'industria alimentare
La produzione di isolato di proteine di soia genera una grande quantità di acque reflue organiche ad alta concentrazione. Utilizzando l'ultrafiltrazione per trattare le acque reflue non solo può recuperare proteine solubili e oligosaccaridi con alto valore economico, ma anche risolvere i problemi ambientali. Rispetto ai metodi di trattamento tradizionali, ha bassi costi operativi, alta efficienza di produzione, qualità stabile del prodotto e facile funzionamento.
Il contenuto organico del liquido residuo della produzione di fecola di patate è alto e il COD è solitamente di circa 10000 mg/L. All'estero, la tecnologia di ultrafiltrazione viene applicata per rimuovere il COD dalle acque reflue di scarico della fecola di patate e concentrarsi e recuperare le proteine solubili. Il valore COD delle acque reflue è ridotto da 8175 mg/L a 3610 mg/L e il tasso di rimozione del COD è 55,8%. Dopo l'incrostazione della membrana, la pulizia con la soluzione di NaOH a 40 ℃ e 0,1 mol/L ha portato ad un tasso di recupero di circa il 90%.
Inoltre, la tecnologia di ultrafiltrazione viene utilizzata anche per il trattamento delle acque reflue come acque reflue fotografiche e acque reflue radioattive.

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