Ultrafiltrasyon (UF) sistemleri, suyun kendisinden daha yüksek moleküler ağırlığa sahip parçacıkları ayırmak için ters osmoz membranlarına benzer şekilde basınç altında çalışan filtrasyon teknolojileridir. Bu sistemler, suda askıda bulunan katı maddeleri ve parçacıkları etkili bir şekilde temizleme konusunda son derece etkilidir. Ultrafiltrasyon sistemleri, filtrasyon performansını 5 nanometreye kadar ulaşabilir, bu da onları mikrofiltrasyon sistemlerinden daha hassas hale getirir. Bu nedenle, işletme basınçları mikrofiltrasyona kıyasla biraz daha yüksektir ve genellikle 2 ile 4 bar arasında değişir. Ortalama akış kapasitesi, membran yüzey alanı başına yaklaşık 40 ila 120 litre civarındadır. Genellikle, çoklu medya kum filtreleri yerine endüstriyel su arıtma projelerinde kullanılırlar.​

Bir ultrafiltrasyon ünitesi, tüm askıda katı maddeleri mikroskobik seviyede filtreleyebilir. UF membranları, boş lif olarak bilinen özel bir membran tekniği kullanarak, katı parçacıkları yaklaşık 0.025 mikrona kadar çıkarabilme yeteneğine sahiptir. İnsan saçının kalınlığının 70–80 mikron olduğu düşünüldüğünde, ultrafiltrasyon cihazlarının mikro seviyede su filtrasyonu için ne kadar etkili olduğu kolayca görülebilir.

UF sistemlerinde, performans MWCO (Moleküler Ağırlık Kesim Değeri) adı verilen bir parametre kullanılarak ölçülmektedir. Bu parametre, bir UF membranın suyun moleküler ağırlığından (örneğin, proteinler veya glikoller gibi) daha yüksek moleküler ağırlığa sahip maddelerin en az %90'ını ne kadar süreyle tutabileceği ile belirlenir. Örneğin, bir UF membran bu maddelerin en az %90'ının geçişini iki gün boyunca engelleyebiliyorsa, ancak bu tutma süresi iki gün sonra %89'a düşüyorsa, bu membranın MWCO'su 2 olarak kabul edilir. MWCO uluslararası bir standart olmadığından, evrensel olarak tanınan bir ölçüm prensibi değildir, ancak teknik değerlendirmelerde sıklıkla kullanılmaktadır.​

Ultrafiltrasyon sistemlerinin yaygın uygulamaları şunlardır:

• Süt veya peynir altı suyu gibi maddelerden proteinlerin geri kazanılması, meyve suyundaki şekerlerin yoğunlaştırılması, şişelenmiş içme suyundan bakterilerin, askıda katıların ve organik maddelerin giderilmesi.

• Atık su sistemlerinde yağ giderme.

• Belediyenin suyundaki bakteri ve virüsleri temizlemek, atık sudan kullanılabilir su üretmek.

• Askıda katı maddeleri temizlemek için RO sistemlerinde ön işlem adımı olarak hizmet vermek.

UF ve RO Sistemleri Arasındaki Farklar

UF sistemleri genellikle askıda katı maddeleri ayırmak için kullanılır, bu da suyun içindeki çözünmüş maddeleri ortadan kaldırmak için yeterli olmayabilir. Ters osmoz sistemleri ise, çözünmüş maddeleri de içerecek şekilde moleküler seviyede filtreleme yapar. UF performansı genellikle mikrofiltrasyon ile nanofiltrasyon arasında yer alır.

Nasıl Çalışır?

Ultrafiltrasyon sistemleri, standart tortu filtreleriyle aynı prensipte çalışır. Askıda kalan katı maddeler, UF membranlarının gözenekli yapısı tarafından tutulur. Temelde, basınçlı su membranlardan geçirilir ve daha düşük moleküler ağırlığa sahip suyun geçmesine izin verilir. Aşağıda tipik bir UF sistem diyagramı gösterilmektedir:

Avantajlar

UF membran sistemleri, düşük enerji tüketimi ile gelişmiş filtrasyon yetenekleri sunarak, ön işlem aşaması olarak son derece etkili hale gelir. Bulanıklığı azaltmanın yanı sıra, bir UF sistemi bakteriler ve virüsler gibi patojenleri filtreler, bu da onu kum bazlı çoklu medya filtrelerinden ayırır. Özetle, UF sistemleri şunları sağlar:

• Yüksek akış hızlarında yüksek filtrasyon verimliliği.

• Gelişmiş patojen filtrasyonu (bakteriler, virüsler, vb.).

• Geri yıkama yetenekleri sayesinde uzun ömür ve yüksek performans.

• Modüler yapılandırmalar sayesinde kompakt tasarım seçenekleri.

• Yüksek kimyasal ve sıcaklık direnci.

Ultrafiltrasyon Membranları

UF membranlar organik polimerlerden veya inorganik malzemelerden yapılabilir. Seçim, filtrelenecek maddelerin moleküler ağırlığı ve polimer zincirleriyle etkileşimleri gibi belirli parametrelere bağlıdır. Su arıtma endüstrisinde, genellikle boşluklu lif membranlar kullanılmaktadır. Membran malzemesinin türü, kimyasal, termal ve mekanik stabilite için önemlidir, ancak genellikle akış veya filtrasyon performansında önemli farklılıklara neden olmaz.

Ultrafiltrasyon Sistemi Tasarımı

Ultrafiltrasyon genellikle düşük basınçlarda çalışır—genellikle 0.5 ile 5 bar arasında. Bu kadar düşük çalışma basınçları, işlemin düşük güçlü pompalarla veya bazı durumlarda pompa olmadan çalışmasına olanak tanır ve maliyet etkin bir işletme sunar.

UF membranlar, her bir membran biriminin "modül" olarak adlandırıldığı gözenekli bir destek katmanı üzerinde modüler formda üretilir. Her modül, besleme suyu için bir giriş, konsantre çıkışı ve permeat çıkışı içerir. Piyasada iki ana modül tipi bulunmaktadır: spiral sarılmış ve boş lif membranları. Diğer modül tipleri - döner modüller, titreşimli modüller veya Dean vortex modülleri gibi - belirli süreçler için özel olarak tasarlanmıştır.

Her modül tasarımının temizlik, işletim, basınç düşüşü ve filtrasyon performansı açısından kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. Diğer modül türleriyle karşılaştırıldığında, boş lif modülleri temizlik kolaylığı ve işletim verimliliği açısından avantajlıdır; spiral sarılmış membranlar da benzer avantajlar sunar. Diğer özel membran türleri ise daha yüksek işletim ve sahiplik maliyetleri ile birlikte gelir, ancak belirli endüstriyel uygulamalar için tercih edilebilir.