L'ultrafiltrazione a pressione-e l'ultrafiltrazione sommersa sono due forme ingegneristiche tradizionali di tecnologia a membrana di ultrafiltrazione. Sebbene condividano lo stesso principio di filtrazione a membrana centrale, differiscono per forza motrice, struttura del modulo a membrana, modalità operativa e scenari applicabili.
I. Forza motrice e modalità operativa
Ultrafiltrazione di tipo pressione-
L'acqua non depurata viene pompata in un alloggiamento a membrana sigillata, creando una differenza di pressione positiva (tipicamente 0,5–2,5 bar) attraverso la membrana. L'acqua purificata permea attraverso la membrana sotto pressione e fuoriesce dall'estremità dell'acqua prodotta.
Può funzionare come filtraggio-vicolo cieco o filtraggio-a flusso incrociato. Nella filtrazione-senza uscita, il tasso di recupero dell'acqua può raggiungere il 90%–95%. Nella filtrazione a flusso incrociato-, il concentrato viene riciclato e il tasso di recupero diminuisce al 75%–90%.
Il flusso della membrana è relativamente elevato, con valori di progetto generalmente compresi tra 40 e 120 L/(m²·h), a seconda della qualità dell'acqua e delle prestazioni della membrana.
Ultrafiltrazione sommersa
Il modulo a membrana è direttamente immerso in un serbatoio d'acqua aperto. Una pompa del permeato aspira l'acqua dalla cavità della membrana, creando una pressione negativa (differenza di pressione transmembrana di soli 0,1–0,6 bar, ovvero da -10 a -60 kPa). L'acqua viene filtrata dall'azionamento di aspirazione.
Si tratta quasi interamente di una filtrazione-senza uscita, con un tasso di recupero del sistema generalmente superiore o uguale al 95% e un lungo ciclo di rimozione dei fanghi.
Il flusso è relativamente basso, generalmente progettato a 15–40 L/(m²·h) perché la bassa differenza di pressione e la sedimentazione per gravità richiedono un'area di membrana sufficiente.
II. Struttura del modulo a membrana e caratteristiche dei materiali
Tipo di pressione
Le fibre della membrana sono incapsulate in un guscio cilindrico-portante la pressione, generalmente di 4 pollici/8 pollici di diametro, 1–2 metri di lunghezza, con un grado di resistenza alla pressione di 3–10 bar.
Le fibre della membrana possono essere pressurizzate internamente o esternamente, ottenendo una densità di imballaggio estremamente elevata, che raggiunge i 400–800 m²/m³ di volume del modulo (gli elementi da 8 pollici possono raggiungere un'area della membrana di 60–80 m²).
Materiali comuni della membrana: PVDF, PES, PS; dimensione dei pori 0,01–0,04 μm; limite del peso molecolare 100–150 kDa.
Tipo sommerso
Le fibre della membrana sono sospese in una configurazione a cortina o a fascio, senza guscio esterno, e sono direttamente montate sul telaio della membrana e immerse nel serbatoio. La densità tipica di riempimento del telaio della membrana è di 200–400 m²/m³ di volume del serbatoio.
Le fibre della membrana si basano su un'aspirazione a bassa-pressione, per lo più di tipo esterno, con lo strato antivegetativo rivolto verso l'esterno. Il serbatoio della membrana è dotato di tubi di aerazione perforati per grandi bolle d'aria per pulire la superficie della membrana.
Il materiale è principalmente PVDF rinforzato; le fibre della membrana sono progettate per resistere alle vibrazioni di aerazione a lungo-termine, richiedendo un'elevata resistenza alla trazione.
III. Differenze nel funzionamento e nella manutenzione Controlavaggio e pulizia
Il tipo a pressione utilizza frequenti controlavaggi idraulici (il flusso di controlavaggio può raggiungere 1,5–2,5 volte il flusso del permeato) combinato con il controlavaggio con aria-acqua.
I sistemi a membrana sommersa si basano principalmente sull'aerazione continua per generare grandi bolle che sfregano le fibre della membrana. La frequenza del controlavaggio è bassa e la pulizia chimica è comunemente utilizzata per mantenere la permeabilità.
Requisiti di pretrattamento
I sistemi a membrana del tipo-a pressione sono sensibili al particolato nell'affluente. Il pretrattamento spesso richiede un filtro auto-pulente (precisione di 100–300 μm) per proteggere le fibre della membrana; in caso contrario, è probabile la rottura o la formazione di incrostazioni delle fibre.
I sistemi a membrana sommersa, grazie ai loro ampi canali e all'effetto di sedimentazione nel-serbatoio, possono trattare direttamente elevate concentrazioni di solidi sospesi (ad esempio, l'MLSS negli MBR può raggiungere 8.000–15.000 mg/L). Hanno una dipendenza minima dal pretrattamento e possono accettare direttamente gli effluenti dai serbatoi di sedimentazione della coagulazione o dal liquore misto biologico.
Concentrazione e metodo di pulizia chimica
Nei sistemi a membrana a pressione-, la soluzione detergente chimica circola all'interno dell'alloggiamento della membrana, garantendo un contatto sufficiente. Tuttavia, il lato permeato deve essere isolato durante il processo di pulizia.
I sistemi a membrana sommersa prevedono il controlavaggio in linea di sostanze chimiche per assorbire le fibre della membrana o il sollevamento del telaio della membrana nel serbatoio di pulizia chimica. Questo processo richiede un po' più di manodopera-, ma le fibre stesse della membrana sono più facili da maneggiare.