История
С тех пор, как были разработаны методы обратного осмоса (ОО) и ультрафильтрации (УФ) в конце 50-х – начале 60-х гг прошлого века, спектр их применения постоянно расширялся. Изначально обратный осмос использовался для обессоливания морской и солоноватой воды. Повышение требований к промышленным предприятиям по сбережению воды, снижению расхода электроэнергии, контролю загрязнений и переработке отходов с целью повторного использования сделали новые применения обратного осмоса экономически привлекательными. Кроме того, благодаря прогрессу в биотехнологии и фармацевтике, вместе с продолжающимся прогрессом в развитии мембран, мембраны в настоящее время представляют собой важный этап для сепарации воды и примесей, который является более энергосберегающим, чем дистилляция, и не приводит к разрушению продуктов под действием температуры.
В целом, в настоящее время мембраны обратного осмоса делают возможным более интенсивное удаление солей при значительно меньшем рабочем давлении и, следовательно, меньших затратах. С помощью нанофильтрационной мембранной технологии можно удалять определённые соли и соединения при сравнительно низких рабочих давлениях.
Технологии мембранной очистки и их применение
Мембранные технологии обратного осмоса (ОО) и нанофильтрации (НФ) получили широкое признание в качестве наиболее эффективных и экономичных из доступных в настоящее время процессов. Обратный осмос и нанофильтрация способны очищать пресную, солоноватую, морскую воду из большинства естественных источников. Комбинация различных типов фильтрации и их ступеней очистки позволяет получать фильтрат, соответствующий большей части требований разных отраслей промышленности и питьевому качеству.
Различают по качеству воду, используемую для хозяйственно-питьевых нужд, для пищевой промышленности, орошения полей, для животноводства и др. отраслей народного хозяйства; для охлаждения элементов технологических агрегатов, пара, жидких и газообразных продуктов в холодильниках и конденсаторах; для нужд энергообеспечения населения и предприятий (питание паровых котлов); технологических целей промышленности; заводнения нефтяных пластов и т. д. За счёт применения ОО и НФ по отдельности, в сочетании друг с другом или с другими процессами, например, ионным обменом, можно снизить эксплуатационные затраты на реагенты, количество и качество сбрасываемых стоков. ОО занял свое место для производства сверх чистой воды, применяющейся в производстве полупроводников, энергетике (вода для подпитки котлов) и для медицинских/ лабораторных целей.
Различные технологии фильтрации, существующие в настоящий момент, можно классифицировать по размеру частиц, удаляемых из потока исходной воды. Традиционная макрофильтрация предназначена для очистки от взвешенных веществ и представляет собой пропуск исходной воды через фильтрующую загрузку. Очищаемая вода проходит через весь слой загрузки, а взвешенные вещества и грубодисперсные примеси оседают на поверхности или в объеме загрузки. Примерами такой фильтрации служат патронные фильтры, мешочные фильтры, песчаные фильтры и многослойные фильтры (фильтры с разнородной загрузкой). Разделяющая способность макрофильтрации обычно ограничивается удалением нерастворенных частиц крупнее 1 мкм. Для удаления мелких частиц и растворенных солей используются разные виды мембранной очистки.
При мембранной очистке исходная вода подается под давлением, поток воды проходит параллельно мембранной поверхности. Часть этого потока проходит через мембрану, оставляя задержанные частицы на поверхности или же задержанные примеси в концентрированном виде выводятся с отдельным потоком, называемым концентратом. Так как поток через мембранную поверхность проходит непрерывно, задержанные частицы не скапливаются, а отводятся с потоком концентрата. Таким образом, один поток исходной воды разделяется на два: поток очищенной воды (пермеат) и поток, насыщенный примесями (концентрат). По рейтингу фильтрации мембранная очистка делится на: микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, обратный осмос.
Микрофильтрация (МФ)
Микрофильтрация позволяет удалять частицы в диапазоне приблизительно 0,1–1 мкм. В целом, взвешенные частицы и крупные коллоидные частицы задерживаются, в то же время макромолекулы и растворенные твёрдые частицы проходят через МФ мембрану. МФ применяется для удаления бактерий, хлопьевидных материалов или общей взвеси. Рабочее давление обычно составляет около 0,7 бар.
Ультрафильтрация (УФ)
Ультрафильтрация позволяет удалять частицы в диапазоне приблизительно от 20 до 1000 Ангстрем (до 0,1 мкм). Все растворенные соли и более мелкие молекулы проходят через мембрану. Вещества, задерживаемые мембраной, включают коллоиды, белки, микробиологические загрязнения и крупные органические молекулы. Большая часть УФ мембран имеет рейтинг по молекулярной массе между 1000 и 100 000 Ангстрем. Рабочее давление обычно составляет около 1–7 бар.
Нанофильтрация (НФ)
Нанофильтрация позволяет удалять частицы в размером в нанометры, отсюда и термин «нанофильтрация». Нанофильтрация представляет собой средний процесс между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Молекулы органических веществ с молекулярной массой 200–400 задерживаются. Кроме того, задерживаются растворенные соли на 20–98 %. Соли, содержащие одновалентные ионы (например, хлорид натрия или кальция), задерживаются на 20–80 %, в то время как соли с двухвалентными анионами (например, сульфат магния), задерживаются в большей степени (90–98 %). НФ используется для удаления цветности и общего органического углерода из поверхностных вод, удаления жёсткости или радия из артезианской воды, общего снижения содержания растворенных веществ. Рабочее давление обычно составляет около 3,5–16 бар.
Обратный осмос (ОО)
Обратный осмос представляет собой самый тонкий уровень фильтрации. ОО мембраны служат барьером для всех растворенных солей, а также для веществ с молекулярным весом более 100. Молекулы воды, наоборот, свободно проходят через мембрану, благодаря чему на выходе создаётся поток чистой воды. Задержание растворенных солей обычно составляет 95 %–99,9 %. Рабочее давление ОО обычно варьируется от 5 бар для солоноватой воды и до 84 бар для морской воды.
Принципы работы обратного осмоса и нанофильтрации
Как работает обратный осмос
Явление осмоса можно увидеть, если в одну часть сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной, налить чистую воду, а в другую — соленую. Термин «полупроницаемая» означает, что мембрана является проницаемой для одних частиц и непроницаемой для других. Если использовать мембрану проницаемую только для молекул воды, то она не будет пропускать через себя растворенные в воде соли. Спустя некоторое время можно будет заметить, что концентрации в обеих частях сосуда выравниваются. Таким образом происходит явление осмоса — чистая вода проходит через полупроницаемую мембрану в сторону концентрированного раствора и концентрации выравниваются. Это явление естественно, т. к. любая система стремится к равновесию.
Из рисунка видно, что в результате осмоса увеличивается высота столба жидкости в той части сосуда, где находился соленый концентрированный раствор. Высота будет увеличиваться до тех пор, пока давление столба жидкости (соляного раствора) не будет достаточно высоким, чтобы поток воды остановился. Прилагаемое давление, при котором поток воды через мембрану остановится, называется осмотическим давлением. Если к жидкости приложить ещё большее давление, поток воды через мембрану может развернуться в обратном направлении. На этом и основан термин «обратный осмос». В результате воздействия давления из соляного раствора через мембрану будет выходить только чистая вода, так как соли мембрана не пропускает.
Как работает нанофильтрация
Нанофильтрационная мембрана не является абсолютным барьером для растворенных солей. Степень пропускания солей может быть низкой или высокой в зависимости от типа соли и типа мембраны. Нанофильтрационные мембраны с низкой проницаемостью имеют почти такое же рабочее давление, что и обратный осмос. Нанофильтрационные мембраны с высокой проницаемостью работают при более низком давлении. На практике обратный осмос и нанофильтарция применяются с тангенциальным процессом фильтрации. С помощью насоса высокого давления исходная вода непрерывно подается в систему мембран при повышенном давлении. Внутри мембранной системы исходная вода разделяется на поток с низким содержанием солей — очищенный продукт, называемый пермеатом, и высококонцентрированный поток, называемый концентратом. Клапан регулирования потока, называемый клапаном концентрата, регулирует выход пермеата.
При описании процессов обратного осмоса/ нанофильтрации обычно используются следующие термины.
Выход пермеата — процент получаемой очищенной воды (пермеата) от исходной воды, поступающей на мембранную очистку. Определенное значение выхода достигается регулированием расхода концентрата с помощью вентиля на концентрате. Выход пермеата фиксируется на максимальном уровне, при котором расход по пермеату является максимальным, но при этом исключается осаждение солей на поверхности мембран.
Степень очистки — процент растворённых веществ, удалённых на мембране из исходной воды. При обратном осмосе важно, чтобы степень удаления общего растворённого вещества была высокой, в то время как при нанофильтрации степень очистки от разных веществ может быть различной, например, возможна низкая степень удаления жёсткости и высокая степень удаления органического вещества.
Проскок — термин, противоположный термину «степень задержания», т. е. процентная доля растворенных (загрязняющих) веществ, содержащихся в — исходной воде, пропускаемых мембраной.
Пермеат — очищенная вода, полученная в результате мембранной очистки.
Расход (производительность) — расходом по исходной воде называется скорость потока исходной воды в м3/ч, подаваемой в мембранный элемент или систему мембран. Производительность по концентрату — скорость концентрированного потока в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы. Производительность по пермеату — скорость потока по фильтрату (пермеату) в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы.
Удельная производительность — скорость потока пермеата, проходящего через единицу мембранной площади, обычно измеряется в литрах на квадратный метр (л/м2×ч).
Факторы, влияющие на работу обратного осмоса и нанофильтрации
Удельная производительность по пермеату и степень очистки — ключевые параметры, на которые обращают внимание при проектировании установок обратного осмоса или нанофильтрации. В основном на удельную производительность и степень очистки мембранной системы влияют несколько параметров, а именно:
- давление;
- температура;
- выход пермеата;
- концентрация солей в исходной воде.
Для предоставления технико-коммерческого предложения необходимо заполнить форму заказа.
Ниже разберем отдельно каждый элемент, а о том, как эти элементы работают вместе, можете узнать в статье ЧТО ТАКОЕ ОБРАТНЫЙ ОСМОС?
1. Пермеат
Пермеат — термин, обозначающий чистую воду, полученную на выходе системы обратного осмоса.
2. Дренаж
Дренаж — термин, обозначающий грязную воду, которая, пройдя вдоль мембраны, сливается в канализацию, унося с собой все загрязнения с поверхности мембраны.
3. Предфильтр (префильтр)
Предфильтром в системе обратного осмоса называется 1-я, 2-я и 3-я ступени очистки воды. Иногда ступеней всего две, а иногда одна. Задача предфильтров не очищать воду для нас с вами, как для потребителя, а лишь подготовить ее для подачи на 4-ю и самую важную ступень очистки — мембрану.
На качество воды на выходе предфильтры никак не влияют. Их задача — убрать агрессивные примеси в воде, которые разрушают мембрану. Предфильтры и их качество влияют на ресурс мембраны. Именно поэтому важно вовремя обслуживать систему и менять предфильтры не реже 1 раза в 6 месяцев.
Интервал 6 месяцев обусловлен скоростью развития микробиологии в воде. Если «запустить» и не обслуживать систему вовремя, то в ней заведется микробиологический «зоопарк», который распространится по трубкам дальше и, в очень запущенных случаях, придется менять систему полностью, так как вывести этот «зверинец» уже не будет возможности. И наоборот, своевременно обслуживаемые системы работают десятками лет без всяких проблем, давая на выходе чистейшую воду высочайшей степени очистки.
4. Трубка для осмоса
Трубки в системах обратного осмоса бывают двух размеров — 1/4″ — самая распространенная и 3/8″ — используется в премиальном сегменте — в прямоточных системах обратного осмоса.
5. Фитинг
Фитинги — это элементы, позволяющие соединять трубками между собой части системы. Фитинги бывают «прямые» (муфты), «уголки», «тройники».
6. Колба (корпус картриджа)
Колба — это тот элемент, куда вставляется сам картридж (предфильтр или мембрана). Производя замену картриджей, вы меняете сам сменный элемент, а колба остается. Исключение составляют картриджи стандарта InLine, где картридж меняется на новый вместе с колбой, точнее сказать колбы как таковой нет, картридж InLine меняется целиком в сборе.
7. Помпа (насос)
Помпа — это электрический элемент системы, задача которого повысить давление воды, подающейся на мембрану. Давление необходимо повышать, если в магистрали оно ниже 3 Бар. В прямоточных системах обратного осмоса помпа обычно уже встроена в систему. Наличие помпы — гарантия стабильной производительности системы и независимость от давления воды в доме.
8. Мембрана
Обратноосмотическая мембрана — это самый главный элемент в системе обратного осмоса. Мембрана — сложный высокотехнологичный элемент, состоящий из мембранного полотна и разделительных слоев, и все это смотано в рулон. Мембрана — это «сито», которое отсеивает грязь. В мембране вода разделяется на два потока — чистую воду (пермеат) и грязную воду (дренаж). Пермеат направляется в кран чистой воды, а дренаж сливается в канализацию, смывая с полотна мембраны все отделенные от воды примеси.
9. Производительность мембраны
Производительность мембраны — параметр, который показывает сколько чистой воды мембрана способна произвести за 1 день. Производительность мембраны принято обозначать в GPD (Gallons Per Day) Галлонов в день. Мембраны бывают производительностью 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 GPD.
Мембраны 50-100 GPD используются в системах с накопительным баком. Мембраны 200 GPD и выше используются в премиальных прямоточных системах обратного осмоса без накопительного бака. Производительность мембраны сильно зависит от температуры воды. Все указанные на мембране цифры актуальны для воды T=25°C.
10. Селективность мембраны
Селективность мембраны — параметр, который характеризует способность мембраны отделять чистую воду (пермеат) от примесей. Селективность — это по сути размер кластеров мембраны (размер ячеек «сита»). Чем селективность выше, тем чище вода на выходе. Обычно селективность мембраны 97-98%.
11. Промывка мембраны
Промывка мембраны происходит постоянно в процессе самой ее работы, так как вода, сливаемая в дренаж, проходит вдоль поверхности полотна мембраны, смывая в канализацию всю грязь. В этом суть мембранной очистки воды. Однако в некоторых системах обратного осмоса дополнительно есть система принудительной промывки мембран. Это когда, независимо от производства пермеата, запускается режим, при котором вся поступающая под давлением на мембрану вода сливается в дренаж, тем самым более эффективно обновляя поверхность мембранного полотна и продлевая срок службы мембраны.
12. Обратный клапан
Обратный клапан — простой, но очень важный элемент системы. При его неисправности система «думает», что вы открыли краник чистой воды, и начинает вхолостую сливать воду в дренаж. В системах с баком обратный клапан встроен в фитинг-уголок на выходе колбы мембраны. В прямоточных системах — это отдельный элемент.
13. Четырехходовой клапан
Четырехходовой клапан (клапан отсечки, «паук») работает в паре с обратным клапаном. Четырехходовой клапан управляется обратным клапаном. Задача четырехходового клапана — перекрыть подачу воды, когда бак наполнен.
14. Реле НД (реле низкого даления)
Реле НД — электрический элемент управления системой обратного осмоса. По сути это выключатель, который размыкается, когда на входе в систему отсутствует давление воды. Его задача — защитить помпу и систему вцелом от работы «всухую».
15. Реле ВД (реле высокого давления)
Реле ВД — электрический элемент управления системой обратного осмоса. Задача датчика высокого давления определять, что вы открыли краник чистой воды и запустить систему в работу, открывая соленоид. В пассивной (без электричества) системе обратного осмоса эту роль выполняет четырехходовой клапан.
16. Соленоид (электромагнитный клапан)
Соленоид — электрический элемент управления системой обратного осмоса. Соленоид — это по сути кран подачи воды в систему, который открывается и закрывается по команде от компьютера или непосредственно от срабатывания Реле ВД.
17. Рестриктор (ограничитель потока)
Рестриктор (ограничитель потока) — простой, но важный элемент фильтра с обратным осмосом. Его задача — создать сопротивление воде, которая «хочет уйти» в дренаж. Именно из-за искуственно созданного сопротивления мы «заставляем» воду протискиваться сквозь кластеры мембраны и становиться чистой водой.
18. Накопительный бак
Накопительный бак — это герметично закрытая емкость, в которой накапливается чистая вода (пермеат). Баки бывают разных объемов — начиная от 1 Галлона (3,7 л) до 20 Галлонов (75 л). Выбирая себе систему обратного осмоса с баком, не стоит гнаться за размером бака, ведь чем больше бак, тем реже в нем будет происходить водообмен и тем «старее» в нем будет вода. Оптимальный размер накопительного бака — 12/8л. Объем бака правильно указывать двумя цифрами — первая цифра — это общий объем бака, вторая — полезный бъем бака.
Если вы купили систему, и вам немного не хватает объема воды в баке или наоборот, бак у вас большой, и вы хотите уменьшить его полезный обьем, есть «лайвхак» как можно не меняя бак, регулировать его полезный обьем.
Материал бака не имеет значения, так как вода не контактирует с корпусом, а находится в «груше» из медицинской резины.
Важно помнить, что накопительный бак — это тоже расходник и его необходимо менять не реже чем 1 раз в 4 года, либо производить его полную дезинфекцию.
19. Постфильтр
Постфильтр — это последняя (обычно 5-я) ступень в системе обратного осмоса. В фильтрах для воды с накопительным баком постфильтр играет очень важную роль — он улучшает органолептические свойства уже очищенной воды, которая хранилась в накопительном баке. Задача постфильтра — «освежить» воду, которая ждала несколько часов, а то и суток, пока она станет востребованной. В прямоточных системах обратного осмоса, где накопительного бака нет, и вода всегда свежая и холодная, роль постфильтра номинальная, и некорые производители проточных осмосов даже не ставят эту ступень, считая ее «рудиментом».
20. Соотношение пермеат/дренаж
Соотношение пермеат/дренаж — это отношение количества чистой воды, произведенной системой, к количеству воды, слитому в дренаж. В системах обратного осмоса это соотношение колеблется в зависимости от модели в пределах 1:0,8 и 1:1 до 1:6 и даже 1:10. О чем нам говорят эти цифры? Например, 1:2 означает, что на 1 литр пермеата приходится 2 литра дренажа. Мы не случайно этот термин поставили в конце статьи. Заморачиваться о том, сколько ваш исправно работающий фильтр обратного осмоса сольет воды в дренаж, не имеет смысла, так как принимая душ всего 10 минут, в канализацию сольется воды больше, чем обратный осмос, стоящий под мойкой на кухне, не сольет за месяцы своей работы. Другое дело, когда вы ставите обратный осмос в качестве магистральной системы очистки воды на весь дом, тогда это соотношение уже играет большую роль.
Соотношение пермеат/дренаж завистит от номинала рестриктора. В некоторых системах рестриктор не фиксированный, а регулируемый. Это позволяет гибко настраивать систему и задавать режим работы мембраны обратного осмоса. Правильно настроенный режим работы мембраны продлевает срок ее службы.
21. Минерализатор
Минерализатор — это дополнительная ступень (обычно 6-я). Эта ступень призвана привнести в чистую воду некоторые минеральные элементы, чтобы сделать ее более близкой по составу к воде из природных источников. Подробно о минерализаторах можете прочитать в статье «Нужен ли минерализатор». Бывает производители оснащают системы очистки воды не только минерализатором, но и всякого рода «структуризаторами» воды, но это уже из раздела эзотерики и к получению химически чистой и полезной питьевой воды не имеет никакого отношения.
ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ ФИЛЬТРОВ
Узнайте — КАК ВЫБРАТЬ ФИЛЬТР ОБРАТНОГО ОСМОСА
Узнайте — ЧТО ТАКОЕ ОБРАТНЫЙ ОСМОС?
За подробной консультацией Вы можете обратиться к нашим специалистам 8(495)409-72-17, 8(909)165-89-65
Если Вам понравилась статья, поделитесь ей в Соцсети, нажав на иконку внизу и получите цифровой TDS-тестер воды в ПОДАРОК!*
© В соответствии со ст. 1270 ГК РФ полное или частичное копирование статьи или републикация запрещены без согласования с ее автором
Чтобы получить качественный продукт, необходимо прибегнуть к различным способом обработки молока. В промышленности создано большое количество методов очистки сырья. Благодаря этому пользователи не беспокоятся о качестве готовых товаров, ведь каждый из них полностью соответствует нормам и стандартам. О них мы и расскажем далее.
Тонкости обработки
Ультрафильтрация молока (УФ) – вид мембранной системы очистки при переработке цельного, сквашенного и сепарированного сырья. Благодаря процессу из жидкости выделяются белки и сыворотка. УФ распределяет коллоидные элементы в высокомолекулярные вещества размером 1–10 мкм. Очистку производят под давлением 0,1–0,5 Мпа.
Многие покупатели при осмотре упаковки интересуются, что такое ультрафильтрация и для чего используется данный метод. УФ проводят для получения сгустка молочных белков. Готовый продукт сушится и применяется при выпуске напитков, десертов, мороженого и других изделиях.
Также данную очистку делают для нормализации по белку, что востребовано производителями сыра.
Некоторые изготовители применяют метод стандартизации жидкости. При этом уменьшается концентрация белка. К такому способу прибегают, готовя сыр Фета. Во время производства последнего в концентрированную смесь добавляют закваску, после чего закрывают в таре и поддерживают необходимую температуру.
Выпуская йогурты для подготовительного насыщения сырья, также используют ультрафильтрационные системы.
УФ — процесс, приобретший популярность своей экономичностью. Специальные полупроницаемые перепонки разделяют молоко на два потока. Мембраны дают возможность очистить жидкость от микроорганизмов почти на 100%.
Кроме ультрафильтрации, существуют еще несколько видов «процеживания»:
- нанофильтрация;
- микрофильтрация;
- обратный осмос.
Первый способ используют для очистки от элементов около 1 нм. По отношению к содержанию ионов, высчитывается степень застопоривания частиц. Его применяют при деминерализации сыворотки (частичном обессоливании).
Микрофильтрация – очищение элементов от 0,1 до 1 мкм. Взвешенные и большие коллоидные частицы сохраняются в концентрате, а макромолекулы и разжиженные крупицы проходят сквозь перегородку. Применяется как прохладная стерилизация рассола для посолки сыров, обезжиренного молока и сыворотки.
Последний вид – мембраны препятствуют органическим, неорганическим молекулам и растворимым солям до 0,0005 мкм. Осмос применяется при глубокой очистке и пропускает только жидкость. Используется для концентрации практически всех компонентов сыворотки и молочного сырья.
Процесс разделения составляющих молока: что такое пермеат и ретенант
Сырье пропускается под давлением через мембраны на установках. В результате происходит его деление на фракции.
Когда скопление определенных компонентов уменьшается – это называется пермеатом (фильтратом), а увеличивается – ретентатом (концентратом).
Первый продукт является обеззараженным. При одноступенчатой очистке получается примерно 95% пермеата. При многоступенчатой обработке – до 99,5% от объема входящего обезжиренного молока.
В жидком УФ-пермеате содержатся микро- и макроэлементы, витамины и лактоза. В результате осушки получается безводный фильтрат. Последний имеет характеристики лучше сывороточного, тем самым придавая более приятный вкус изделиям.
Пермеат расходуют для нормализации в продуктах количества белка. Есть и возможность снизить показатели последнего. Также производители готовят обезжиренное стандартизированное молоко, в том числе и сухое.
Фильтрат иногда подменяет высушенную сыворотку во время изготовления некоторых пищевых продуктов.
Ретентат – это концентрат молочного белка (подсгущенная сыворотка). В веществе содержание казеина, жира и коллоидных солей увеличивается параллельно происходит удаление пермеата.
Другими словами: данный способ – это когда молоко прошло сквозь мембрану; ретентат – элементы, которые не просочились через фильтр (остались бактерии и споры).
Оставшийся концентрат смешивают со сливками и в течение нескольких секунд подвергают термообработке (120–130 °С). Тепло убивает бактерии. Далее ретентат добавляется в пермеат, и сырье попадает в пастеризатор.
Производители сыров повышают качество продукта, благодаря описанным действиям. После пастеризатора полученное вещество передается в специальные сырные ванны.
Концентрат позволяет решить проблемы при производстве творога и сыров:
- отчасти решить вопрос сезонности свойств молока;
- сделать меньше расходы сырья;
- увеличить степень использования мощностей;
- повысить выпуск и вкусовые качества творога или сыра;
- уменьшить расход молокосвертывающих органических веществ.
УФ используется при переработке сыворотки и молока. Установка позволяет отделить лактозу, минералы и сосредоточить белки. Заблаговременная концентрация с помощью УФ делает больше долю сухих веществ, примерно от 12,5% до 16% и может увеличить в два раза производительность следующих стадий.
Функции УФ-обработки
Как уже сообщалось, процесс ультрафильтрации избавляет молоко от микроорганизмов. Из продукта удаляются возбудители, которые приведут к порче. Специальные установки оснащены фильтрами с микроскопическими отверстиями. УФ-стерилизация помогает сохранить вкусовые качества и пищевую ценность итоговых продуктов.
Специалисты сообщают, что важно соблюдать условия для получения хороших концентратов по микробиологическим показателям:
- нельзя использовать плохое сырье;
- на процесс должно тратиться минимально времени;
- температура мембранной обработки не способствует развитию бактерий.
Для уничтожения микроорганизмов подойдет 10°С или более 50°С. В большинстве случаев отдается предпочтение последнему температурному режиму, при нем обеспечивается высокая производительность установок. УФ проводят на молочном сырье, прошедшем тепловую обработку в течение 15-20 минут на 65°С или 74 ± 2°С за 15–20 с.
К функциям фильтрации относят фракционирование (ректификацию). Таким способом жидкость делится с помощью мембран на 2 вида: пермеат и ретентат.
Фракционирование — это многостадийная и последовательная операция, которая проводится для разбора:
- бактерий;
- белков молочного, растительного и животного происхождения;
- части лактозы;
- витаминов и других веществ.
Также вследствие УФ на мембранах сгущается молочный жир. Фильтрацию делают для получения концентрированного молока и сывороточного белка. Содержание последнего в сухом веществе колеблется в пределах от 34 до 85%.
Интересно
Этап нормализации по белку очень значим в выпуске сыра из-за нестабильной сезонности. УФ позволяет сконцентрировать молоко с закрепленным уровнем протеина, тем самым увеличив выход продукта.
Во время ультрафильтрации при сгущении жидкости получается концентрат с высоким содержанием белка. Произведенные продукты, с различным содержанием протеинов, высушиваются и реализуются в сухом виде. Такой концентрат становится основой в изготовлении напитков, мороженого и молочных десертов.
После термических процессов, УФ-технологии помогают удалить из жидкости кальций. Фильтрат просушивается на установках обратного осмоса или нанофильтрации. Далее фосфат убирают в ультрафильтрационных приборах.
После этого приборы УФ удаляют часть лактозы. Следующий этап — добавление фермента (лактаза), убирающего остатки указанных углеводов до 0,01%. Сладость полученной жидкости становится меньше.
Безлактозное молоко употребляется людьми, страдающими непереносимостью данного углевода. При этом изготовители стараются придерживаться технологий, обеспечивающих сохранение вкуса.
Направления использования
УФ включает в себя несколько методов обработки. Они используются для:
- Подсырной сыворотки, пахты, цельного, а также обезжиренного сырья. Плюсы: экономичный расход энергоресурсов, высокое качество жидкости из-за прекрасной изоляции белков от сыворотки, совпадение объемов полученного «отстоя» с периодом наибольшего употребления напитков, правильное пользование углеводов.
- Творожной сыворотки. Плюсы: заменяет сахарозу в разных продуктах (сгущенке, мороженом и др.), снижает вероятность заболевания кариесом, удешевляет приготовленные изделия.
Также существуют направления использования ретентата при обработке:
- цельного молока (фактор концентрации > 2). Преимущества: увеличивается выход готовой продукции примерно до 3%, экономичность молокосвертывающего фермента до 80%, стабильность операций при выпуске сыров, улучшение густоты и профилактика появления сыворотки, уровень пищевой ценности становится выше;
- цельного и обезжиренного молока (фактор концентрации < 2). Плюсы: поднимается процент выхода до 20%, получается менее кислая сворачиваемая жидкость;
- сыворотки достигается густота при низкой жирности, улучшается вкус при эксплуатации компонентов, повышается ценность (биологическая и пищевая) молочного напитка;
- пахты насыщенность вкуса становится более отчетливой, сохраняется аромат сливочного масла.
С помощью специальных приборов и мембран производится очистка молока (цельного, обезжиренного, сквашенного) и сыворотки. В результате под разным давлением жидкость делится на пермеат и ретентат. Первый – практически полностью очищен от бактерий, а второй – содержит микроорганизмы, которые могут привести к порче продукта. Ретентат после обработки смешивают с пермеатом.
Также молочное сырье подвергается фракционированию, отделяя бактерии от белков и витаминов. Кроме того, из жидкости почти полностью удаляется кальций, а затем лактоза. Последний углевод исключают для людей, страдающих его непереносимостью.
Интересно
Молочный продукт, прошедший УФ, используется при изготовлении сыров, мороженого, различных десертов и напитков. Благодаря процессу, продукты хранятся дольше, не теряя свой вкус.
Мембранное разделение потока
Мембранные процессы разделения основываются на различной проницаемости того или иного компонента газообразной или же жидкой среды. Поток, который проходит через мембрану, называется фильтратом или пермеатом, а задержанный — концентратом или ретентатом.
Мембранные процессы отличаются принципом своего действия. Это могут быть:
- разделение, обусловленное градиентами давлений — так называемые барометрические процессы;
- разделение, обусловленное электрическим потенциалом — электромембранные процессы;
- разделение, обусловленное различными концентрациями компонентов — диффузионно-мембранные процессы;
- комбинированные процессы, совмещающие в себе сразу несколько факторов.
Технология получения пермеата и отсеивания ретентата предполагает наличие существенной мембранной поверхности. Наша уникальная конструкция — это не просто обычная мембранная пленка — это специальный блок, получивший название мембранного модуля.
Сырьевой поток подается в этот модуль с определенной скоростью. Конструкция мембраны такова, что одни компоненты проходят через нее быстрее, иные — более медленно. То есть скорость потока будет меняться по поверхности мембраны в зависимости от координаты его нахождения.
На выходе из модуля мы получаем:
пермеат, Он содержит все ненужные примеси, в том числе и диоксид серы, сероводород, сероуглерод, меркаптаны, воду, соли и т. п.;
ретентат — очищенный газ, подготовленный к подаче в магистральную сеть.
Пермеат является газовым концентратом, в котором в значительной мере повышено содержание тяжелых углеводородов. В мире нефтехимическая промышленность широко применяет это ценное сырье в различных технологических процессах. Пермеат выделяется из попутного нефтяного газа (ПНГ) в процессе его подготовки к транспортировке или использованию.
Для того чтобы утилизировать попутный нефтяной газ и выделить пермеат, применяют углеводородные установки на базе мембран. Эта технология обеспечивает корректировку свойств газа, увеличение метанового числа, уменьшение температуры точки росы и теплового эквивалента. После обработки газ можно транспортировать без опасности заморозки, использовать в качестве топлива благодаря его улучшенным характеристикам.
НПК «Грасис» предлагает принципиально новый метод разделения газов, подготовки газа в пермеат, в основе которого лежит инновационная мембранная технология. Применение комплексной подготовки ПНГ позволяет получать продукт, соответствующий требованиям ГТС ОАО «Газпром», проводить очистку по примесям, содержащим серу, и снизить точку росы для воды и углеводородов. Преимущество новых установок заключается в применении мембран половолоконного, а не плоского типа, что показали проведенные испытания.
Видео
Процесс разделения составляющих молока: что такое пермеат и ретенант
Сырье пропускается под давлением через мембраны на установках. В результате происходит его деление на фракции.
Когда скопление определенных компонентов уменьшается – это называется пермеатом (фильтратом), а увеличивается – ретентатом (концентратом).
Первый продукт является обеззараженным. При одноступенчатой очистке получается примерно 95% пермеата. При многоступенчатой обработке – до 99,5% от объема входящего обезжиренного молока.
В жидком УФ-пермеате содержатся микро- и макроэлементы, витамины и лактоза. В результате осушки получается безводный фильтрат. Последний имеет характеристики лучше сывороточного, тем самым придавая более приятный вкус изделиям.
Пермеат расходуют для нормализации в продуктах количества белка. Есть и возможность снизить показатели последнего. Также производители готовят обезжиренное стандартизированное молоко, в том числе и сухое.
Фильтрат иногда подменяет высушенную сыворотку во время изготовления некоторых пищевых продуктов.
Ретентат – это концентрат молочного белка (подсгущенная сыворотка). В веществе содержание казеина, жира и коллоидных солей увеличивается параллельно происходит удаление пермеата.
Другими словами: данный способ – это когда молоко прошло сквозь мембрану; ретентат – элементы, которые не просочились через фильтр (остались бактерии и споры).
Оставшийся концентрат смешивают со сливками и в течение нескольких секунд подвергают термообработке (120–130 °С). Тепло убивает бактерии. Далее ретентат добавляется в пермеат, и сырье попадает в пастеризатор.
Производители сыров повышают качество продукта, благодаря описанным действиям. После пастеризатора полученное вещество передается в специальные сырные ванны.
Концентрат позволяет решить проблемы при производстве творога и сыров:
- отчасти решить вопрос сезонности свойств молока;
- сделать меньше расходы сырья;
- увеличить степень использования мощностей;
- повысить выпуск и вкусовые качества творога или сыра;
- уменьшить расход молокосвертывающих органических веществ.
УФ используется при переработке сыворотки и молока. Установка позволяет отделить лактозу, минералы и сосредоточить белки. Заблаговременная концентрация с помощью УФ делает больше долю сухих веществ, примерно от 12,5% до 16% и может увеличить в два раза производительность следующих стадий.
Функции УФ-обработки
Как уже сообщалось, процесс ультрафильтрации избавляет молоко от микроорганизмов. Из продукта удаляются возбудители, которые приведут к порче. Специальные установки оснащены фильтрами с микроскопическими отверстиями. УФ-стерилизация помогает сохранить вкусовые качества и пищевую ценность итоговых продуктов.
Специалисты сообщают, что важно соблюдать условия для получения хороших концентратов по микробиологическим показателям:
- нельзя использовать плохое сырье;
- на процесс должно тратиться минимально времени;
- температура мембранной обработки не способствует развитию бактерий.
Для уничтожения микроорганизмов подойдет 10°С или более 50°С. В большинстве случаев отдается предпочтение последнему температурному режиму, при нем обеспечивается высокая производительность установок. УФ проводят на молочном сырье, прошедшем тепловую обработку в течение 15-20 минут на 65°С или 74 ± 2°С за 15–20 с.
К функциям фильтрации относят фракционирование (ректификацию). Таким способом жидкость делится с помощью мембран на 2 вида: пермеат и ретентат.
Фракционирование — это многостадийная и последовательная операция, которая проводится для разбора:
- бактерий;
- белков молочного, растительного и животного происхождения;
- части лактозы;
- витаминов и других веществ.
Также вследствие УФ на мембранах сгущается молочный жир. Фильтрацию делают для получения концентрированного молока и сывороточного белка. Содержание последнего в сухом веществе колеблется в пределах от 34 до 85%.
Интересно
Этап нормализации по белку очень значим в выпуске сыра из-за нестабильной сезонности. УФ позволяет сконцентрировать молоко с закрепленным уровнем протеина, тем самым увеличив выход продукта.
Во время ультрафильтрации при сгущении жидкости получается концентрат с высоким содержанием белка. Произведенные продукты, с различным содержанием протеинов, высушиваются и реализуются в сухом виде. Такой концентрат становится основой в изготовлении напитков, мороженого и молочных десертов.
После термических процессов, УФ-технологии помогают удалить из жидкости кальций. Фильтрат просушивается на установках обратного осмоса или нанофильтрации. Далее фосфат убирают в ультрафильтрационных приборах.
После этого приборы УФ удаляют часть лактозы. Следующий этап — добавление фермента (лактаза), убирающего остатки указанных углеводов до 0,01%. Сладость полученной жидкости становится меньше.
Безлактозное молоко употребляется людьми, страдающими непереносимостью данного углевода. При этом изготовители стараются придерживаться технологий, обеспечивающих сохранение вкуса.
При описании процессов обратного осмоса/ нанофильтрации обычно используются следующие термины
Выход пермеата — процент получаемой очищенной воды (пермеата) от исходной воды, поступающей на мембранную очистку. Определенное значение выхода достигается регулированием расхода концентрата с помощью вентиля на концентрате. Выход пермеата фиксируется на максимальном уровне, при котором расход по пермеату является максимальным, но при этом исключается осаждение солей на поверхности мембран.
Степень очистки — процент растворённых веществ, удалённых на мембране из исходной воды. При обратном осмосе важно, чтобы степень удаления общего растворённого вещества была высокой, в то время как при нанофильтрации степень очистки от разных веществ может быть различной, например, возможна низкая степень удаления жёсткости и высокая степень удаления органического вещества.
Проскок — термин, противоположный термину «степень задержания», т. е. процентная доля растворенных (загрязняющих) веществ, содержащихся в — исходной воде, пропускаемых мембраной.
Пермеат — очищенная вода, полученная в результате мембранной очистки.
Расход (производительность) — расходом по исходной воде называется скорость потока исходной воды в м3/ч, подаваемой в мембранный элемент или систему мембран. Производительность по концентрату — скорость концентрированного потока в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы. Производительность по пермеату — скорость потока по фильтрату (пермеату) в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы.
Удельная производительность — скорость потока пермеата, проходящего через единицу мембранной площади, обычно измеряется в литрах на квадратный метр (л/м2×ч).