Rurowe membrany ultrafiltracyjne to technologia membranowa, która pod ciśnieniem wykorzystuje selektywne przenikanie i mechaniczne działanie przesiewające membrany w celu uzyskania skutecznego oddzielania składników roztworu o różnej wielkości cząstek. Jego podstawowa zasada działania polega na różnicy między wielkością porów membrany a wielkością cząstek składników roztworu zasilającego. Dzięki unikalnej konstrukcji rurowego kanału przepływowego tworzony jest tryb filtracji-z przepływem krzyżowym, który tłumi zanieczyszczenia i utrzymuje stabilny strumień.
Z punktu widzenia mechanizmu rozdzielania warstwa oddzielająca rurowej membrany ultrafiltracyjnej ma jednolity rozmiar porów w zakresie od nanometrów do mikrometrów, zwykle w zakresie 2–100 nanometrów, co odpowiada granicy masy cząsteczkowej wynoszącej około 1 000–500 000 daltonów. Kiedy roztwór zasilający przepływa przez wewnętrzną lub zewnętrzną ściankę rurki membranowej pod pewnym ciśnieniem (zwykle 0,1–0,5 MPa), cząsteczki wody i małe-cząsteczki rozpuszczone mniejsze niż rozmiar porów membrany mogą przedostać się przez warstwę membrany na stronę permeatu, tworząc oczyszczony permeat. Tymczasem zawieszone cząstki, koloidy, bakterie, białka, polisacharydy itp., większe niż wielkość porów membrany, są zatrzymywane przez membranę i odprowadzane osiowo wzdłuż rurki membrany z koncentratem. Proces ten polega zasadniczo na przesiewaniu fizycznym, dodatkowo wzmocnionym przez odpychanie elektrostatyczne naładowanych cząstek przez ładunek powierzchniowy membrany, co poprawia dokładność separacji.
Konstrukcja rurowego kanału przepływowego stanowi kluczowe wsparcie dla jego zasady działania. W przeciwieństwie do membran kompaktowych, takich jak membrany z włókien kanalikowych, membrany rurowe wykorzystują jako nośnik porowate rurki nośne o średnicach od kilku milimetrów do kilkudziesięciu milimetrów, tworząc-przepływ krzyżowy-o dużej prędkości roztworu nawozowego wewnątrz lub na zewnątrz rury. Ten-wzorzec przepływu krzyżowego zapewnia, że większość roztworu zasilającego przepływa w sposób ciągły równolegle do powierzchni membrany, przy czym tylko niewielka ilość cieczy przenika przez warstwę membrany, skutecznie zmniejszając warstwę graniczną membrany oraz obniżając polaryzację stężenia i szybkość osadzania substancji rozpuszczonych na powierzchni membrany. Jednocześnie szerokie kanały przepływowe zmniejszają ryzyko zatykania się cząstkami stałymi. Nawet w przypadku zawiesin stałych lub roztworów zasilających o wysokiej-lepkości turbulentne szorowanie pozwala utrzymać czystość powierzchni membrany, co jest kluczem do jej doskonałych właściwości przeciwporostowych w porównaniu z innymi konfiguracjami.
During operation, the coordinated control of pressure, flow rate, and temperature directly affects operational efficiency. Appropriately increasing pressure can increase flux, but excessive pressure will exacerbate membrane fouling and energy consumption. Maintaining a sufficiently high cross-flow velocity (typically >2 m/s) ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia zanieczyszczeń. Umiarkowane ogrzewanie może zmniejszyć lepkość surowca i poprawić wydajność przenoszenia masy, ale musi być kontrolowane w zakresie odporności temperaturowej materiału membrany.
Podsumowując, rurowe membrany ultrafiltracyjne, dzięki synergicznemu mechanizmowi „przesiewania-przesiewu-przesiewu-przepływu poprzecznego-ciśnieniowo, umożliwiają skuteczne klarowanie, zagęszczanie i frakcjonowanie złożonych roztworów nawozowych. Jego zasada działania jest zgodna z podstawowymi zasadami separacji membranowej, a innowacyjność konstrukcyjna pokonuje ograniczenia tradycyjnej technologii membranowej w zakresie przeciwporostowym i możliwości dostosowania do warunków pracy, co czyni go niezawodnym rozwiązaniem w przypadku trudnych zadań separacji cieczy.
