Membrane process of ultrafiltration - state of the art

Ultrafiltracija je jedan od membranskih postupaka separacije koji pomoću gradijenta tlaka kao pokretačke sile uzrokuje prolazak otapala i jedne vrste otopljenih tvari kroz permselektivnu poroznu membranu, dok se ostale tvarie zadržavaju na membrani. Ovisno o željenome produktu, naglasak ultrafiltracijskog procesa je u proizvodnji pročišćenog permeata ili ugušćenog koncentrata. Ultrafiltracijske membrane su većinom anizotropne strukture, mogu biti izrađene od polimernog ili anorganskog materijala. Polimerne se membrane više primjenjuju zbog manje cijene i postizanja bolje poroznosti površine, dok su keramičke membrane kao glavni predstavnici anorganskog materijala bolje za primjenu u teškim operativnim uvjetima, otpornije su na mikroorganizme i lakše su za čišćenje. Nanomaterijali postaju sve češće primjenjivaniji u postupcima modifikacije ultrafiltracijskih membrana zbog izvrsnih pripadajućih svojstava kojima poboljšavaju membranska svojstva, odnosno smanjuju tendenciju blokiranja i pad fluksa. Koriste se nanočestice raznih metalnih oksida, gline, ugljičnog materijala i blok kopolimeri. Konfiguracije modula, u kojima su smještene ultrafiltracijske membrane, pojavljuju se u različitim dizajnima: šuplja vlakna, filter preše, spiralni namotaji i cijevni moduli. Uz navedene module, danas se koriste i takozvani dinamični moduli, u kojima membranska ploča rotira ili vibrira, a kao još jedan od načina poboljšanja brzine prijenosa tvari u membranskim modulima primjenjuju se vanjska polja, električno i ultrazvučno. Ultrafiltracija je dobro uhodani proces koji se danas primjenjuje u mnogim sektorima industrije. U ovom su radu istaknute primjene u mliječnoj i tekstilnoj industriji, biotehnologiji, bistrenju voćnih sokova industrije pića, obradi otpadnih voda u membranskom bioreaktoru, obradi kompleksnih emulzija ulje/voda, kao i u predobradi pojne vode za reverznu osmozu.Ultrafiltration is a membrane separation procedure that uses pressure gradient as a driving force to ensure passage of solvent and one type of solubles through permselective porous membrane, while other unwanted molecules stay retained on the membrane surface. Depending on the wanted product, emphasis of the ultrafiltration system is on either the production of purified permeate, or on the production of concentrated retentate. Ultrafiltration membranes are generally anisotropic and can be made of either polymer or inorganic material. Polymer membranes are more frequently used because of their lower price range and because they can attain better porous surface, while ceramic membranes, the main representatives of the abovementioned inorganic material, are more used in heavy operation conditions, are more microbe resistant, and easier to clean. Nanomaterials are becoming more frequently applied in ultrafiltration membrane modifications due to their belonging extraordinary properties, with which they achieve enhanced membrane characteristics, i.e. reduce membrane fouling and flux decrease. Nanoparticles of various metal oxides, clay nanoparticles, carbon nanomaterial and block copolymers are applied. Module configurations, in which the ultrafiltration membranes are housed, appear in various designs: hollow-fiber, plate and frame, spiral wound and tubular. Nowadays, with abovementioned modules, dynamic or shear-enhanced modul designs have also been used, in which the membrane plate rotates or vibrates. Another very different approach for enhancing mass transfer rates in membrane modules is to employ external force fields, electric and ultrasonic. Ultrafiltration is well established process which is applied in many industry sectors. In the scope of this state of the art work, its employment is distinguished in milk and textile industry, biotechnology, clarification of fruit juices in beverage industry, membrane bioreactor wastewater treatment, treatment of complexed oil/water emulsions, as in feed water pretreatment for reverse osmosis