Анализ сферы применения ультрафильтрационного оборудования в различных областях

Ультрафильтрация — это новая технология мембранного разделения. Среди всех методов мембранного разделения, таких как микрофильтрация, ультрафильтрация, Обратный осмосПомимо осмоса, электродиализа и мембранной газоразделительной системы, ультрафильтрация имеет наиболее широкое применение и является наиболее зрелой технологией.

Технология ультрафильтрации имеет хорошо отработанные области применения в легкой промышленности, такой как пищевая, напиточная, алкогольная, фармацевтическая, текстильная, полиграфическая и красильная, нанесение поверхностных покрытий (электрофоретическая краска), бумажная промышленность, питьевая вода, улучшение водоснабжения сельских районов и электроника. Области применения включают в себя регенерацию электрофоретической краски, удаление пирогенов из фармацевтических препаратов, разделение и концентрирование белков, выделение крахмала. Очистка воды для пищевой промышленности, очистки воды для производства напитков и алкоголя, удаления мутности и осветления готовой продукции, удаления коллоидов из различных производственных вод, снижения мутности и содержания взвешенных твердых частиц, снижения индекса растворимости (SDI), удаления различных бактерий и вирусов, удаления гуминовой кислоты и других крупномолекулярных органических веществ, снижения ХПК и БПК, снижения цветности и содержания масел, а также извлечения полезных веществ из сточных вод и т. д.

I. Применение ультрафильтрации в питьевой воде (водопроводной воде)

В последние годы правительство уделяет пристальное внимание проектам по обеспечению питьевой водой и оказывает им существенную поддержку. Это касается не только городского водоснабжения, но и водоснабжения сельской местности. Улучшение водоснабжения в сельской местности обеспечивается целенаправленной политикой на всех уровнях, от центрального до местного. Использование ультрафильтрации для решения проблемы безопасной питьевой воды в сельской местности позволяет получать питьевую воду, свободную от бактерий, микроорганизмов и примесей, с неоспоримыми преимуществами, такими как низкие затраты на оборудование, простая автоматизация и стабильное качество воды.

II. Применение ультрафильтрации в пищевой промышленности

1. Соковая и напиточная промышленность. С 1980-х годов за рубежом для производства и переработки фруктовых и овощных соков, таких как яблочный, апельсиновый, грушевый, виноградный, лимонный и томатный, используются мембранные технологии разделения, такие как ультрафильтрация, для достижения стерилизации, осветления и концентрирования. По сравнению с традиционными методами, этот процесс предлагает ряд преимуществ: снижение эксплуатационных и трудовых затрат; сохранение ароматических и жирорастворимых компонентов во фруктовых и овощных соках, что приводит к вкусу, более близкому к свежим продуктам, и улучшению качества продукции; удаление микроорганизмов и избытка ферментов, что облегчает длительное хранение без осаждения; и более надежная работа благодаря автоматизированному управлению, что приводит к более стабильному качеству продукции.

В настоящее время в Китае технология ультрафильтрации применяется для производства некоторых новых фруктовых и овощных соков. Согласно отчетам, осветленный сок, полученный с помощью ультрафильтрации, значительно превосходит по качеству сок, полученный другими методами, при более низких затратах на обработку. Например, арбузный сок после ультрафильтрации сохраняет более 90% своих основных питательных веществ: сахаров, органических кислот и витамина С. Кроме того, ультрафильтрация обладает стерилизующим эффектом; арбузный сок, обработанный ультрафильтрацией, демонстрирует значительную степень стерилизации, превышающую 99,9%, что соответствует национальным гигиеническим стандартам для напитков и продуктов питания без пастеризации.

2. Применение ультрафильтрации в производстве чайных напитков.
После заваривания чай, благодаря своему уникальному аромату и вкусу, а также многочисленным полезным свойствам, стал вторым по популярности напитком в мире. По сравнению с традиционными методами осветления чая (низкотемпературное осаждение и адсорбционное удаление, ионное хелатирование, переносное растворение, методы осаждения, методы окисления и т. д.), ультрафильтрация — это чисто физический метод, не требующий добавления каких-либо добавок, что очень выгодно в пищевой промышленности. В то же время технология ультрафильтрации позволяет максимально сохранить эффективные компоненты, такие как полифенолы чая, аминокислоты и кофеин, обеспечивая при этом прозрачность с минимальным воздействием на цвет, аромат и вкус. Она также в значительной степени сохраняет вкусовые соединения черного чая. Кроме того, процесс ультрафильтрации осуществляется под давлением при температуре 20-30℃, что делает его особенно подходящим для осветления чая, чувствительного к высоким температурам. Ультрафильтрация при низких температурах может обеспечить более длительное сохранение стабильного качества чая. Полисахариды чая являются одним из важных активных компонентов чая, обладающих фармакологическими свойствами, такими как снижение уровня сахара в крови, антикоагулянтное и антитромботическое действие, повышение устойчивости к гипоксии и укрепление иммунитета. Современные исследования в этой области обширны и глубоки.

3. Молочная промышленность

В настоящее время технология ультрафильтрации в основном применяется для концентрирования сырого молока, концентрирования обезжиренного молока, предварительного концентрирования сыворотки, рафинирования сырого молока, разделения белков и пептидов, а также для извлечения лактозы, жира и белка из сточных вод сыворотки при производстве сыра. Она отличается энергосбережением, снижением денатурации белка, улучшением качества продукта и извлечением множества компонентов из молочных продуктов, предлагая значительные преимущества по сравнению с традиционными методами производства, недостижимые при использовании традиционных технологических процессов.

Наиболее распространенным методом концентрирования и разделения сыворотки является ультрафильтрация. Ультрафильтрация позволяет получить порошок сывороточного протеина с содержанием белка от 35% до 85%. Благодаря непрерывному разбавлению концентрированной фазы путем полной фильтрации можно получить порошок сывороточного протеина с еще более высоким содержанием белка. Кроме того, внедрение комбинированных технологий ультрафильтрации и обратного осмоса позволяет одновременно удалять лактозу и золу из мембранного пермеата при концентрировании сывороточного протеина, значительно расширяя область применения цельной сухой сыворотки. Качество сывороточного протеина значительно улучшается после внедрения ультрафильтрации и обратного осмоса. По сравнению с продуктами, полученными традиционными методами, содержание белка почти в четыре раза выше, а содержание лактозы снижается примерно на 40%.

4. Нефтежировая промышленность: Применение технологии ультрафильтрации в процессах обезжиривания и обесцвечивания масел объединяет обезжиривание и обесцвечивание в единый процесс, исключая многие этапы традиционных методов, значительно увеличивая выход масла, сокращая количество используемой отбеливающей глины и затраты на ее обработку, а также минимизируя потери нейтральных масел, абсорбированных отбеливающей глиной. При переработке побочных продуктов переработки масел, таких как получение соевого белка, ультрафильтрационные мембраны могут использоваться для удержания белков с высокой молекулярной массой, позволяя при этом проходить малым молекулам. Концентрат соевого белка может быть получен с использованием полисульфонамидных мембран с порогом отсечения молекулярной массы 20 000–30 000. Мембрана обеспечивает степень удержания белка до 95%, а степень извлечения белка после концентрирования составляет 93,9%, что выше, чем при кислотном осаждении. В то же время, растворимость, пенообразование, эмульгирование и маслопоглощение изолята соевого белка, полученного с помощью мембранной технологии разделения, превосходят аналогичные показатели изолята соевого белка, полученного традиционным методом «щелочного растворения и кислотного осаждения».

5. В пивоваренной промышленности байцзю часто содержат этилпальмитат, этиллинолеат, этиллинолеат и другие вещества, растворимые в спирте, но нерастворимые в воде. При снижении содержания спирта и температуры растворимость этих веществ уменьшается, что приводит к помутнению байцзю и влияет на качество продукта. Эти мутные вещества имеют малый размер частиц и низкую удельную плотность, что не позволяет использовать традиционные методы, но качество байцзю можно гарантировать с помощью ультрафильтрации [7]. Ультрафильтрация, заменяющая центрифугирование, позволяет очищать вино без добавления химических реагентов, получая прозрачное вино и снижая содержание этанола. Фильтрация является важнейшим этапом в производстве пива, направленным на удаление мельчайших веществ, таких как дрожжи, белки и полифенольные соединения, улучшая биологическую и небиологическую стабильность пива. Пиво, отфильтрованное через хлопковый жмых или диатомитовую землю, называется разливным пивом, которое мутнеет после недели хранения. Пиво, прошедшее термическую пастеризацию, называется пастеризованным пивом, которое обычно можно хранить 60-90 дней, но его вкус не так хорош, как у разливного пива; ультрафильтрация может решить как проблему вкуса, так и проблему срока хранения. Соответствующие технологии и процессы обработки можно условно разделить на два типа: процессы фильтрации и процессы с использованием осветляющих агентов.

III. Применение ультрафильтрации в фармацевтической промышленности

Ультрафильтрация при экстракции и очистке компонентов традиционной китайской медицины

В последние годы, с широким распространением технологии ультрафильтрации в пищевой промышленности, все больше людей знакомятся с этой технологией и осваивают ее, получая множество преимуществ. Использование ультрафильтрации уже не ограничивается только пищевой промышленностью, и постепенно предпринимаются попытки применять ее в других областях, например, в процессе экстракции и очистки хлорогеновой кислоты, компонента традиционной китайской медицины.

IV. Применение ультрафильтрации на крупных промышленных предприятиях

Применение ультрафильтрации хорошо развито в крупных промышленных секторах, таких как нефтяная, химическая, металлургическая промышленность, электростанции и угольные шахты. Начиная с первых применений в сочетании с существующими процессами водоподготовки для получения высококачественной чистой воды (например, питательной воды для котлов на электростанциях и металлургических заводах), до очистки и рециркуляции технологической воды в промышленном производстве (например, конденсата, охлаждающей воды, циркуляционной воды и химической воды), а также до обработки и повторного использования промышленных сточных вод и канализационных отходов (например, повторное использование сточных вод на металлургическом заводе Тайюань и воды, закачиваемой в нефтепромыслы), ультрафильтрация проникла в различные технологические этапы крупных промышленных предприятий.

V. Применение в очистке и повторном использовании очищенной воды, сточных вод и промышленных стоков.

1. В промышленной очистке сточных вод технология ультрафильтрации может использоваться для извлечения краски из сточных вод электрофоретического нанесения покрытий и в настоящее время широко применяется в автоматизированных линиях электрофоретического нанесения покрытий по всему миру.

2. В очистке городских сточных вод технология ультрафильтрации используется как для городских, так и для бытовых сточных вод. В новостройках с более чем 500 домохозяйствами возможна мелкомасштабная переработка воды, например, использование очищенных ультрафильтрацией бытовых сточных вод для смыва туалетов, что может снизить потребление воды домохозяйствами на 40%.

3. Что касается опреснения морской воды, то в связи с текущей ситуацией с загрязнением морской воды в Китае ведется масштабная работа по внедрению этой технологии, в основном с использованием ультрафильтрационных мембран для предварительной обработки, чтобы обеспечить нормальный срок службы мембран обратного осмоса.