ultrafiltrasyon sistemi
ultrafiltrasyon sistemi

UF ya da ultrafiltrasyon sistemleri suda bulunan sudan daha yüksek moleküler ağırlığa sahip partikülleri sudan ayrıştıran, ters ozmoz membranlarında olduğu gibi basınç ile çalışan bir filtre teknolojisidir. Bu tür sistemler sudaki partikül ve askıda katı maddeleri gidermekte son derece etkilidir. Ultrafiltrasyon sistemlerinin filtrasyon başarımı 5 nanometreye kadar düşmektedir. Bu açıdan mikrofiltrasyon sistemlerinden daha hassas bir filtreleme yeteneğine sahiptir. Yine aynı sebeple işletme basıncı mikrofiltrasyona göre biraz daha yüksektir. Genel olarak 2-4 bar aralığında çalışmaktadır ve ortalama akış kapasitesi membran yüzey alanının her bir m2’si için 40-120 litre aralığındadır. Özellikle endüstriyel su arıtma projelerinde multimedya kum filtre yerine sıklıkla kullanılırlar.

Bir ultrafiltrasyon ünitesi mikroskobik seviyedeki tüm askıda katı maddeleri filtreleyebilir. UF membranları hollow fiver adı verilen özel bir membran tekniği kullanır. Böylece 0.025 mikron mertebesine kadar sudaki katı maddeleri ayrıştırabilmek özelliğine sahiptir. Bir insan saçının 70-80 mikron kalınlığında olduğu düşünüldüğünde, ultrafiltrasyon cihazlarının mikro seviyede su filtrelemede ne kadar etkin bir çözüm olduğu rahatlıkla anlaşılabilir.

UF sistemlerinde başarı MWCO (molecular weight cut off) ismindeki bir parametre ölçülür. Bu parametre bir ultrafiltrasyon membranının protein, glikol gibi moleküler ağırlığı sudan yüksek maddelerin %90’nını tutabilme süresi ile belirlenen bir parametredir. Örneğin bir uf membranı böyle bir karışımın geçişinin %90 veya daha fazlasını 2 gün boyunca engelleyebiliyorsa ve 2 gün sonra %89’a düşüyorsa bu membran için MWCO 2’dir. MWCO parametresi uluslararası bir standart olmadığından genel geçer bir ölçüm prensibi değildir ancak teknik yaklaşımlarda sıklıkla kullanılır.

Ultrafiltrasyon sistemleri aşağıdaki uygulamalar için sıklıkla kullanılır:
  • Süt ve peynir altı suyu gibi maddelerden proteinlerin geri kazanılması, meyve suyunun şeker konsantrasyonu, şişelenmiş içme suyundan bakterilerin ve askıda katı maddelerin ve organiklerin uzaklaştırılması,
  • Atık su sistemlerinde yağdan arındırma
  • Şebeke sularında suyun bakteri ve virüslerden arındırılması, atık sudan kullanma suyu temin prosesleri
  • RO sistemlerinde ön arıtma olarak askıda katı maddeleri uzaklaştırmak

UF ve RO Sistemleri Arasındaki Farklar

UF sistemleri genellikle askıda katı maddeleri ayrıştırmakta kullanılır. Bu yönüyle suda çözünmüş maddeleri suda uzaklaştırmakta yeterli gelmeyebilir. Ters ozmoz sistemleri ise suda çözünmüş maddeler de dahil moleküler seviyede filtreleme yapar. UF sistemleri mikrofiltrasyon ile nanofiltrasyon arasında bir başarıma sahiptir.

Nasıl Çalışır?

Ultrafiltrasyon sistemleri standart tortu filtreleri ile aynı mantıkta çalışır. Askıda katı maddeler UF membranları içerisindeki gözenekli yapılar tarafından tutulur. Temel olarak basınçlı suyun membranlara doğru itilmesi ve düşük moleküler ağırlıktaki suyun membranlardan geçmesi prensibine dayanır. Tipik bir UF sistem diyagramı aşağıda gösterilmektedir.

Ultrafiltrasyon sistemi çalışma prensibi

Ultrafiltrasyon sistemi çalışma prensibi

Avantajları

UF membran sistemleri filtrasyon yeteneği açısından ileri seviyede, düşük enerji tüketimine sahip bir önfiltrasyon sistemidir. Bir UF sistemi ileri bulanıklık gideriminin yanında bakteri, virüs gibi patojenleri de filtreler. Bu yönü ile kum filtre gibi multimedya filtrelerden ayrışır. Özetle bir UF sistemi aşağıdaki avantajlara sahiptir:

  • Yüksek debide yüksek filtrasyon yeteneği
  • İleri patojen filtrasyonu (bakteri, virüs vb.)
  • Ters yıkama olanağı sayesinde uzun ömür ve yüksek performans
  • Modüler tasarımları sayesinde kompakt tasarım olanağı
  • Yüksek kimyasal ve sıcaklık direnci

Ultrafiltrasyon Membranları

UF membranları organik polimerler veya inorganik malzemelerden yapılabilir. Bu seçim UF sisteminin filtreleyeceği malzemenin moleküler ağırlığı, polimer zincirleri ile etkileşimi gibi özel parametrelere dayanır. Su arıtma endüstrisinde çok yüksek ağırlıklı olarak Hollow Fiber membranlar kullanılır. Membran malzemesinin türü kimyasal, termal ve mekanik stabilite açısından önemlidir ancak çoğu zaman akı ve filtre yeteneği açısından önemli bir fark yaratmaz. [1]

Ultrafiltrasyon Sistem Dizaynı

Ultrafiltrasyon, düşük basınç altında; genellikle 0.5-5 bar aralığında çalışır. Bu basınç seviyesi düşük güçlü pompalarla veya pompa kullanmadan bu prosesin işletilebilmesini, dolayısı ile düşük maliyetli bir işletme imkanı sunar.

UF membranları gözenekli bir alt tabaka malzemesi üzerinde modüler olarak üretilir. Bu membranların her birine modül adı verilir. Her bir modül besleme girişi, konsantre çıkışı, süzüntü çıkışı portlarına sahiptir. Piyasada 2 ana tipte modül bulunmaktadır. Bunlar spiral sarım ve hollow fiber membranlardır. Diğer modül tipleri döner modüller, titreşimli modüller, Dean vorteks tipi modüller gibi özel bir amaca yönelik prosese özel olarak tasarlanan tipte modüllerdir.

UF Modül Tipleri

UF Modül Tipleri

Her modül tasarımı kendine has temizlik, işletme, basınç kaybı, filtrasyon başarımı gibi farklı avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Hollow fiber modüller diğer modül tiplerine kıyasla işletme performansı ve temizleme kolaylığı açısından daha avantajlıdır. Benzer şekilde spiral sarım membranlar da benzer avantajlara sahiptir. Diğer membran tiplerinin işletme ve sahip olma maliyetleri çok yüksek olmakla beraber prosese özel olduklarından spesifik alanlarda tercih edilebilmektedir. [1]

Kaynaklar

[1] I G. Wenten : Dept. of Chemical Engineering – Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10 Bandung, Indonesia, “MEMBRANE IN WATER AND WASTEWATER TREATMENT,” [Online]. Available: https://www.researchgate.net/profile/I-Gede-Wenten-2/publication/281236429_MEMBRANE_IN_WATER_AND_WASTEWATER_TREATMENT/links/56385aa208ae7f7eb18531ab/MEMBRANE-IN-WATER-AND-WASTEWATER-TREATMENT.pdf. [Accessed 3 12 2023].