Tlaková-ultrafiltrácia a ponorná ultrafiltrácia sú dve hlavné navrhnuté formy ultrafiltračnej membránovej technológie. Aj keď zdieľajú rovnaký princíp jadrovej membránovej filtrácie, líšia sa hnacou silou, štruktúrou membránového modulu, prevádzkovým režimom a použiteľnými scenármi.
I. Hnacia sila a prevádzkový režim
Tlaková{0}ultrafiltrácia typu
Surová voda sa čerpá do utesneného membránového krytu, čím sa vytvorí pozitívny tlakový rozdiel (zvyčajne 0,5–2,5 baru) naprieč membránou. Vyčistená voda preniká cez membránu pod tlakom a vyteká z výstupnej časti vody.
Môže fungovať ako slepá{0}}filtrácia alebo filtrácia s krížovým{1} tokom. Pri filtrácii v slepej uličke- môže miera regenerácie vody dosiahnuť 90 % – 95 %. Pri krížovej{7}}filtrácii sa koncentrát recykluje a miera regenerácie sa zníži na 75 % – 90 %.
Membránový tok je relatívne vysoký, s návrhovými hodnotami typicky v rozmedzí 40–120 l/(m²·h), v závislosti od kvality vody a výkonu membrány.
Ponorná ultrafiltrácia
Membránový modul je priamo ponorený do otvorenej vodnej nádrže. Čerpadlo permeátu čerpá vodu z dutiny membrány, čím vytvára podtlak (transmembránový tlakový rozdiel len 0,1–0,6 bar, tj -10 až -60 kPa). Voda je odfiltrovaná sacím pohonom.
Je to takmer úplne slepá filtrácia{0}} s mierou obnovy systému zvyčajne vyššou alebo rovnou 95 % a dlhým cyklom odstraňovania kalu.
Prietok je relatívne nízky, vo všeobecnosti je navrhnutý na 15–40 l/(m²·h), pretože nízky tlakový rozdiel a gravitačné usadzovanie vyžadujú dostatočnú plochu membrány.
II. Štruktúra membránového modulu a materiálové charakteristiky
Typ tlaku
Membránové vlákna sú zapuzdrené vo valcovom tlakovom -plášte ložiska, bežne s priemerom 4 palce/8 palcov, s dĺžkou 1 – 2 metre, s odolnosťou voči tlaku 3 – 10 barov.
Membránové vlákna môžu byť natlakované zvnútra alebo zvonka, výsledkom čoho je extrémne vysoká hustota balenia, dosahujúca 400–800 m²/m³ objemu modulu (8-palcové prvky môžu dosiahnuť plochu membrány 60–80 m²).
Bežné membránové materiály: PVDF, PES, PS; veľkosť pórov 0,01–0,04 μm; medzná molekulová hmotnosť 100–150 kDa.
Ponorený typ
Membránové vlákna sú zavesené v závese alebo zväzku bez vonkajšieho plášťa a sú priamo namontované na rám membrány a ponorené do nádrže. Typická hustota balenia membránového rámu je 200–400 m²/m³ objemu nádrže.
Membránové vlákna sa spoliehajú na nízko{0}}tlakové sanie, väčšinou typu vonkajšieho tlaku, pričom vrstva proti znečisteniu smeruje von. Membránová nádrž je vybavená perforovanými prevzdušňovacími rúrkami pre veľké vzduchové bubliny na drhnutie povrchu membrány.
Materiál je hlavne vystužený PVDF; membránové vlákna sú navrhnuté tak, aby vydržali-dlhodobé prevzdušňovacie vibrácie vyžadujúce vysokú pevnosť v ťahu.
III. Rozdiely v prevádzke a údržbe Spätné preplachovanie a čistenie
Tlakový typ využíva časté hydraulické spätné preplachovanie (prietok spätného preplachu môže dosiahnuť 1,5–2,5-násobok prietoku permeátu) v kombinácii so spätným preplachovaním vzduchom{2}}vodou.
Ponorené membránové systémy sa primárne spoliehajú na nepretržité prevzdušňovanie, ktoré vytvára veľké bubliny, ktoré drhnú membránové vlákna. Frekvencia spätného preplachovania je nízka a na udržanie priepustnosti sa bežne používa chemické čistenie.
Požiadavky na predúpravu
Membránové systémy tlakového-typu sú citlivé na častice v prítoku. Predúprava často vyžaduje samočistiaci filter (s presnosťou 100 – 300 μm) na ochranu membránových vlákien; v opačnom prípade je pravdepodobné, že dôjde k pretrhnutiu alebo znečisteniu vlákna.
Ponorné membránové systémy môžu vďaka svojim veľkým kanálom a{0}}usadzovaniu v nádrži priamo spracovať vysoké koncentrácie nerozpustených látok (napr. MLSS v MBR môže dosiahnuť 8 000 – 15 000 mg/l). Majú minimálnu závislosť od predčistenia a môžu priamo prijímať odpadové vody z koagulačných sedimentačných nádrží alebo biologických zmesových lúhov.
Chemická koncentrácia a spôsob čistenia
V membránových systémoch tlakového-typu cirkuluje chemický čistiaci roztok v kryte membrány a zabezpečuje dostatočný kontakt. Avšak strana permeátu musí byť počas procesu čistenia izolovaná.
Ponorené membránové systémy zahŕňajú online spätné preplachovanie chemikálií na namočenie membránových vlákien alebo zdvihnutie rámu membrány do nádrže na chemické čistenie. Je to o niečo náročnejšie-, ale so samotnými membránovými vláknami sa ľahšie manipuluje.