Procesy membranowe są to techniki pozwalające na koncentrację oraz separację substancji bez konieczności wykorzystania ciepła. Cząstki są rozdzielane na podstawie wielkości oraz kształtu molekularnego z wykorzystaniem ciśnienia oraz specjalnie zaprojektowanych membran półprzepuszczalnych. Jednym z procesów membranowych jest ultrafiltracja. Jest to proces, w czasie którego duże cząsteczki zostają zatrzymywane przez membranę, natomiast rozpuszczalnik wraz z mniejszymi cząsteczkami przechodzi przez nią. Ultrafiltracja jest procesem rozdziału wykorzystującym membranę, której pory mieszczą się w zakresie 0,1 – 0,001 mikrona. Typowo podczas ultrafiltracji z roztworu usuwane są cząsteczki o dużej masie molekularnej, cząsteczki koloidalne oraz organiczne i nieorganiczne polimery. Cząsteczki organiczne o niskiej masie molekularnej oraz jony, takie jak: sodowy, wapniowy, magnezowy, chlorkowy oraz siarczanowy przenikają przez membranę. Membrana przygotowywana jest z różnych materiałów przypominających w konsystencji żel. Często nieoszlifowana porcelana pokrywana jest odpowiednimi substancjami takimi jak: kwas krzemowy bądź żelatyna. Papierowy filtr jest impregnowany kwasem lodowym. Innym typem membrany jest cienki arkusz plastiku, w którego strukturze występują maleńkie pory.
Zastosowanie ultrafiltracji
Ultrafiltracja jest wykorzystywana m. in. do:
– oddzielania cząstek koloidalnych od reszty zawiesiny
– oddzielania cząstek o danym rozmiarze od cząstek o innych rozmiarach
– określenia dystrybucji cząsteczek o różnych wymiarach w systemie koloidalnym poprzez wykorzystanie filtrów z gradientem rozmiarów por
Jednym z bardziej efektywnych sposobów uzdatniania wody jest właśnie proces ultrafiltracji. Wykorzystywany jest również do oczyszczania wody. Umożliwia również używanie w przemyśle zamkniętego obiegu wody. Proces ten jest również wykorzystywany do oczyszczania innych płynów, takich jak: soki, wino i mleko. W przypadku wina i soków proces ten jest używany do klaryfikacji tych napojów. Ultrafiltracja w przypadku procesu mleczarstwa prowadzi do wzbogacenia mleka w białko. Szczególnie istotne jest to przy produkcji mleka odtłuszczonego, co pozwala na zachowanie odpowiedniego smaku w przeciwieństwie do dodawania odtłuszczonego mleka proszku, które w ostateczności daje słodkawy, niepożądany smak. Ultrafiltracja ma również ogromne znaczenie przy produkcji mleka na lody. Powoduje zwiększenie stężenia białka, co pozwala uniknąć tworzenia się kryształków podczas mrożenia. Pozwala także na wydłużenie okresu przechowywania lodów. Omawiany proces wykorzystuje się w produkcji serów, w celu usunięcia mikroorganizmów i innych niepożądanych ciał stałych, używanych w trakcie obróbki termicznej. Metoda ta pozwala na zachowanie wapnia, sodu i fosforu w serze, co nadaje mu charakterystyczną kremową konsystencję. W ten sposób zachowany jest dobry smak i zapach produktu spożywczego z zachowaniem bezpieczeństwa, ponieważ nie wykorzystuje się organizmów, które mogą mieć negatywny wpływ na zdrowie człowieka.
Uzdatnianie wody pitnej
Jak już wcześniej wspomniano ultrafiltracja ma niezwykle ważne znaczenie w procesie uzdatniania wody pitnej. Jest to szczególnie istotne w krajach zurbanizowanych. Niestety większość źródeł wody nie nadaje się do bezpośredniego użycia. Wcześniej należy ją uzdatnić, przede wszystkim usuwając z niej zanieczyszczenia, patogeny, niewłaściwy zapach oraz smak. Ultrafiltracja umożliwia jednoetapowo usunięcie patogenów oraz zmętnienia. Półprzepuszczalna membrana stanowi wystarczającą barierę, która pozwala usunąć bakterie, parazyty oraz wirusy, ponieważ są one większe od średnicy stosowanych por. Dodatkowo w porównaniu z innymi metodami uzdatniania wody, metoda ta nie pozostawia niezaktywowanych patogenów w wodzie. Ten proces uzdatniania został praktycznie całkowicie zautomatyzowany, jest również energooszczędny. Co więcej można go przeprowadzić przy wykorzystaniu energii słonecznej, więc jest niezwykle ekologiczny. Inną zaletą tej metody jest fakt, że do wody nie dodaje się na żadnym etapie środków chemicznych. Proces ten w połączeniu z aktywnym węglem pozwala na usunięcie przykrego zapachu oraz smaku, detergentów oraz pozostałości antybiotyków.
Agata Gajda
Źródło:
http://www.foodscience.uoguelph.ca/dairyedu/membrane.html#uf
http://www.millipore.com/ultrafiltration/uf/ultrafiltration
http://www.appliedmembranes.com/ultrafiltration.htm
http://www.answers.com/topic/ultrafiltration
http://www.freedrinkingwater.com/water-education/quality-water-filtration-method-ultrafiltration.htm
http://www.seccua.de/download/press/2010_04_WCP_Seccua_4922.pdf
http://www.chemengfiles.com/chemical-engineering-article/application-ultrafiltration-dairy-industry.html
http://www.inge.ag/index_en.php?section=applications&pic=technologie
