Ultrafiltratie van het druk-type en ultrafiltratie onder water zijn twee reguliere technische vormen van ultrafiltratiemembraantechnologie. Hoewel ze hetzelfde kernmembraanfiltratieprincipe delen, verschillen ze qua drijvende kracht, membraanmodulestructuur, bedrijfsmodus en toepasbare scenario's.
I. Drijfkracht en werkwijze
Druk-Type ultrafiltratie
Ruw water wordt in een afgesloten membraanbehuizing gepompt, waardoor een positief drukverschil (doorgaans 0,5–2,5 bar) over het membraan ontstaat. Gezuiverd water dringt onder druk door het membraan en stroomt uit het productwateruiteinde.
Het kan werken als dead{0}}end-filtratie of cross-flow-filtratie. Bij doodlopende-filtratie kan het waterterugwinningspercentage 90%–95% bereiken. Bij kruis-flowfiltratie wordt het concentraat gerecycled en neemt het terugwinningspercentage af tot 75%–90%.
De membraanflux is relatief hoog, met ontwerpwaarden die doorgaans variëren van 40–120 L/(m²·u), afhankelijk van de waterkwaliteit en membraanprestaties.
Ondergedompelde ultrafiltratie
De membraanmodule wordt direct ondergedompeld in een open watertank. Een permeaatpomp zuigt water uit de membraanholte, waardoor onderdruk ontstaat (transmembraandrukverschil van slechts 0,1–0,6 bar, dwz -10 tot -60 kPa). Het water wordt door de zuigaandrijving eruit gefilterd.
Het is bijna volledig doodlopende filtratie, met een systeemherstelpercentage dat doorgaans groter is dan of gelijk is aan 95%, en een lange cyclus voor het verwijderen van slib.
De flux is relatief laag en bedraagt doorgaans 15–40 l/(m²·h), omdat het lage drukverschil en de zwaartekrachtbezinking voldoende membraanoppervlak vereisen.
II. Structuur en materiaalkenmerken van membraanmodules
Druktype
De membraanvezels zijn ingekapseld in een cilindrische druk-lagerschaal, gewoonlijk 4 inch/8 inch in diameter, 1 à 2 meter lang, met een drukweerstand van 3 à 10 bar.
De membraanvezels kunnen intern of extern onder druk worden gezet, wat resulteert in een extreem hoge pakkingsdichtheid, die een modulevolume van 400–800 m²/m³ bereikt (8-inch elementen kunnen een membraanoppervlak van 60–80 m² bereiken).
Gangbare membraanmaterialen: PVDF, PES, PS; poriegrootte 0,01–0,04 μm; grenswaarde molecuulgewicht 100–150 kDa.
Ondergedompeld type
De membraanvezels zijn opgehangen in een gordijn- of bundelconfiguratie, zonder buitenmantel, en worden rechtstreeks op het membraanframe gemonteerd en ondergedompeld in de tank. De typische pakkingsdichtheid van het membraanframe is 200–400 m²/m³ tankvolume.
De membraanvezels zijn afhankelijk van lage-drukzuiging, meestal van het externe druktype, met de aangroeiwerende laag naar buiten gericht. De membraantank is voorzien van geperforeerde beluchtingsleidingen zodat grote luchtbellen het membraanoppervlak kunnen schrobben.
Het materiaal is voornamelijk versterkt PVDF; de membraanvezels zijn ontworpen om langdurige beluchtingstrillingen-te weerstaan, wat een hoge treksterkte vereist.
III. Verschillen in bediening en onderhoud Terugspoelen en reinigen
Bij het druktype wordt veelvuldig hydraulisch terugspoelen gebruikt (de terugspoelflux kan 1,5-2,5 maal de permeaatflux bereiken) gecombineerd met lucht-waterterugspoelen.
Ondergedompelde membraansystemen zijn voornamelijk afhankelijk van continue beluchting om grote bellen te genereren die de membraanvezels schrobben. De terugspoelfrequentie is laag en chemische reiniging wordt vaak gebruikt om de doorlaatbaarheid te behouden.
Vereisten voor voorbehandeling
Membraansystemen van het druk-type zijn gevoelig voor deeltjes in het influent. Voorbehandeling vereist vaak een zelfreinigend filter (100–300 μm precisie) om de membraanvezels te beschermen; anders is vezelbreuk of vervuiling waarschijnlijk.
Ondergedompelde membraansystemen kunnen, vanwege hun grote kanalen en het bezinkingseffect in de tank, hoge concentraties zwevende vaste stoffen direct behandelen (MLSS in MBR's kan bijvoorbeeld 8000–15000 mg/l bereiken). Ze zijn minimaal afhankelijk van voorbehandeling en kunnen rechtstreeks afvalwater uit coagulatie-sedimentatietanks of biologisch mengwater accepteren.
Concentratie en methode van chemische reiniging
Bij membraansystemen van het druk-type circuleert de chemische reinigingsoplossing binnen de membraanbehuizing, waardoor voldoende contact wordt gegarandeerd. Tijdens het reinigingsproces moet echter de permeaatzijde geïsoleerd worden.
Ondergedompelde membraansystemen omvatten het online terugspoelen van chemicaliën om de membraanvezels te laten weken of het membraanframe in de chemische reinigingstank te tillen. Dit is iets arbeidsintensief-, maar de membraanvezels zelf zijn gemakkelijker te hanteren.