A ultrafiltração-de pressão e a ultrafiltração submersa são duas formas convencionais de engenharia de tecnologia de membrana de ultrafiltração. Embora compartilhem o mesmo princípio central de filtração por membrana, eles diferem na força motriz, na estrutura do módulo de membrana, no modo de operação e nos cenários aplicáveis.
I. Força motriz e modo de operação
Ultrafiltração-de pressão
A água bruta é bombeada para um invólucro de membrana selado, criando uma diferença de pressão positiva (normalmente 0,5–2,5 bar) através da membrana. A água purificada atravessa a membrana sob pressão e flui pela extremidade da água do produto.
Ele pode operar como filtragem-de beco sem saída ou filtragem-de fluxo cruzado. Na filtragem-de beco sem saída, a taxa de recuperação de água pode chegar a 90%–95%. Na filtração-de fluxo cruzado, o concentrado é reciclado e a taxa de recuperação diminui para 75%–90%.
O fluxo da membrana é relativamente alto, com valores de projeto normalmente variando de 40–120 L/(m²·h), dependendo da qualidade da água e do desempenho da membrana.
Ultrafiltração Submersa
O módulo de membrana está diretamente imerso em um tanque de água aberto. Uma bomba de permeado retira água da cavidade da membrana, criando pressão negativa (diferença de pressão transmembrana de apenas 0,1–0,6 bar, ou seja, -10 a -60 kPa). A água é filtrada pela unidade de sucção.
É quase inteiramente uma filtragem sem saída, com uma taxa de recuperação do sistema normalmente maior ou igual a 95% e um longo ciclo de remoção de lodo.
O fluxo é relativamente baixo, geralmente projetado em 15–40 L/(m²·h) porque a baixa diferença de pressão e a sedimentação por gravidade exigem área de membrana suficiente.
II. Estrutura do Módulo de Membrana e Características do Material
Tipo de pressão
As fibras da membrana são encapsuladas em um invólucro cilíndrico-de pressão, geralmente com 4/8 polegadas de diâmetro e 1 a 2 metros de comprimento, com uma classificação de resistência à pressão de 3 a 10 bar.
As fibras da membrana podem ser pressurizadas interna ou externamente, resultando em densidade de empacotamento extremamente alta, atingindo volume de módulo de 400–800 m²/m³ (elementos de 8 polegadas podem atingir uma área de membrana de 60–80 m²).
Materiais de membrana comuns: PVDF, PES, PS; tamanho de poro 0,01–0,04 μm; ponto de corte de peso molecular 100–150 kDa.
Tipo Submerso
As fibras da membrana são suspensas em configuração de cortina ou feixe, sem revestimento externo, e são montadas diretamente na estrutura da membrana e imersas no tanque. A densidade típica de empacotamento da estrutura da membrana é de 200–400 m²/m³ de volume do tanque.
As fibras da membrana dependem de sucção de baixa -pressão, principalmente do tipo pressão externa, com a camada anti-incrustante voltada para fora. O tanque de membrana está equipado com tubos de aeração perfurados para que grandes bolhas de ar esfreguem a superfície da membrana.
O material é principalmente PVDF reforçado; as fibras da membrana são projetadas para suportar vibrações de aeração-de longo prazo, exigindo alta resistência à tração.
III. Diferenças na Operação e Manutenção Retrolavagem e Limpeza
O tipo de pressão utiliza retrolavagem hidráulica frequente (o fluxo de retrolavagem pode atingir 1,5 a 2,5 vezes o fluxo do permeado) combinada com retrolavagem com ar-água.
Os sistemas de membrana submersa dependem principalmente de aeração contínua para gerar grandes bolhas que esfregam as fibras da membrana. A frequência de retrolavagem é baixa e a limpeza química é comumente usada para manter a permeabilidade.
Requisitos de pré-tratamento
Os sistemas de membrana-do tipo pressão são sensíveis a partículas no afluente. O pré-tratamento geralmente requer um filtro auto{2}limpante (precisão de 100–300 μm) para proteger as fibras da membrana; caso contrário, é provável que haja quebra ou incrustação da fibra.
Os sistemas de membrana submersa, devido aos seus grandes canais e ao{0}}efeito de sedimentação no tanque, podem tratar diretamente altas concentrações de sólidos suspensos (por exemplo, MLSS em MBRs pode atingir 8.000–15.000 mg/L). Eles têm dependência mínima de pré-tratamento e podem aceitar diretamente efluentes de tanques de coagulação e sedimentação ou licor misto biológico.
Concentração e Método de Limpeza Química
Em sistemas de membrana-do tipo pressão, a solução de limpeza química circula dentro do invólucro da membrana, garantindo contato suficiente. Contudo, o lado do permeado deve ser isolado durante o processo de limpeza.
Os sistemas de membrana submersa envolvem retrolavagem on-line de produtos químicos para embeber as fibras da membrana ou elevar a estrutura da membrana até o tanque de limpeza química. Isso exige um pouco mais de trabalho-, mas as próprias fibras da membrana são mais fáceis de manusear.