Технические характеристики УФ-мембран DAGYEE и руководство по выбору

Как выбрать материал для ультрафильтрации? ПВДФ, ПЭС, ПС — плюсы и минусы

При выборе ультрафильтрационной мембраны большинство людей застревает на самом первом шаге — материале.
ПВДФ, ПЭС, ПС… Каждый производитель утверждает, что его материал — лучший. Смотришь на технические характеристики — все они кажутся одинаковыми. Но на реальном проекте ошибка в выборе материала обходится дорого: быстрое загрязнение, частые очистки, сокращение срока службы, а то и целая партия мембран, вышедшая из строя раньше времени.
В этой статье без маркетинговой шелухи. Сравниваем основные материалы для УФ-мембран, разбираем их сильные и слабые стороны и объясняем, какой вариант подходит для каких задач.

1. В чём реальная разница между этими материалами?
На рынке чаще всего встречаются три материала для УФ-мембран: ПВДФ (поливинилиденфторид), ПЭС (полиэфирсульфон) и ПС (полисульфон). У них разная химическая структура, и это определяет, где каждый материал работает лучше всего, а где — проигрывает.
ПВДФ — это кристаллический полимер. Относительная плотность 1,75-1,78, температура стеклования около 39°C, температура плавления 170°C, температура термического разложения превышает 316°C. Обладает хорошими механическими свойствами — ударопрочностью, износостойкостью и атмосферостойкостью. Исследования Харбинского политехнического университета показывают, что мембраны из ПВДФ имеют самую высокую устойчивость к загрязнению среди распространённых материалов, с необратимым пороговым потоком более 30 л/(м²·ч). Полые волокна из ПВДФ производства Toray, изготовленные по технологии термоиндуцированного фазового разделения (TIPS), считаются одними из самых прочных в отрасли.

ПЭС и ПС — жёсткие материалы с высокой температурой стеклования: ПЭС около 230°C, ПС около 190°C. Материалы на основе полисульфона обладают высокой механической прочностью, широким диапазоном pH и устойчивостью к бактериальному воздействию — именно поэтому они широко применяются в мембранной промышленности. Их слабое место? Оба материала гидрофобны, что приводит к низкому потоку и проблемам с загрязнением при обработке маслосодержащих сточных вод.
Химическая стойкость тоже различается. ПСФ и ПЭС обладают самой широкой химической стойкостью, выдерживая диапазон pH от 1,5 до 13. ПВДФ устойчив к кислотам, но в щелочной среде выдерживает только до pH 11.
Ещё один нюанс: транс-мембранное давление у ПВДФ ниже, чем у ПЭС и ПС, что упрощает очистку. Однако у ПВДФ транс-мембранное давление значительно выше, чем у ПАН, что делает его более склонным к загрязнению по сравнению с ПАН. Кроме того, ПАН нельзя использовать с хлором или кислотными очистителями, что ограничивает его применение в промышленных сточных водах, требующих химической очистки.

2. Устойчивость к загрязнению: почему ПВДФ так популярен?
Исследователи из Харбинского политехнического университета сравнивали мембраны из ПВХ, ПВДФ, ПЭС и ПС, фильтруя сырую воду, чтобы проанализировать их поведение в отношении порогового потока. Результаты были однозначны: мембраны из ПВДФ показали самую высокую устойчивость к загрязнению с необратимым пороговым потоком более 30 л/(м²·ч). Мембраны из ПС из-за меньшей молекулярной массы отсечения сильнее всего загрязнялись и показали самый низкий необратимый пороговый поток.
Что это значит на практике? При одинаковом качестве воды и условиях эксплуатации мембраны из ПВДФ требуют менее частой очистки и медленнее теряют производительность. В условиях высоких нагрузок, например в промышленных сточных водах, устойчивость к загрязнению напрямую влияет на эксплуатационные расходы и объём обслуживания.
В другом исследовании мембраны из ПЭС, ПС, ПВДФ и ПАН фильтровали навозную жижу в течение 630 минут непрерывной работы. Рейтинг сохранения потока менялся в зависимости от характеристик среды. Но по восстановлению потока после очистки лидировал ПВДФ.

УФ-мембраны DAGYEE используют материал ПВДФ с собственной технологией армирования волокна, обеспечивая прочность на разрыв более 150 Н и срок службы более 5 лет. Мутность пермеата стабильно ≤0,1 НТЕ, SDI ≤2,5 — без проблем соответствует требованиям к воде для систем обратного осмоса.

3. Химическая стойкость: подбор материала под среду
ПВДФ имеет явное преимущество в устойчивости к окислению.
ПВДФ выдерживает очистку высокими концентрациями гипохлорита натрия — критическое преимущество для применений, требующих агрессивной химической очистки. В промышленных сточных водах, сточных водах текстильных производств и других сложных средах устойчивость ПВДФ к химическому воздействию делает его более долговечным, чем ПЭС и ПС. УФ-мембраны DAGYEE выдерживают более 2000 ppm хлора при очистке.
ПС/ПЭС предлагают более широкую устойчивость к кислотам и щелочам.
ПСФ и ПЭС выдерживают диапазон pH от 1,5 до 13 — один из самых широких среди УФ-материалов. Для промышленных сточных вод с широкими колебаниями pH или высоким содержанием кислот/щелочей ПЭС или ПС могут быть более надёжным выбором. ПВДФ в щелочной среде выдерживает только до pH 11.
Модификация материала может улучшить характеристики.
Легирование — смешивание полимеров для использования их взаимодополняющих свойств — позволяет улучшить характеристики. Например, введение гидрофильных веществ в ПСФ — эффективный способ повысить гидрофильность полисульфоновых мембран и снизить их склонность к загрязнению.

4. Механическая прочность: ПВДФ и ПС — самые прочные
Сравнение физической стабильности различных мембранных материалов показывает, что ПСФ и ПВДФ — самые прочные полимеры, а ПВДФ более гибок, чем ПС. Эта гибкость имеет значение: ПВДФ лучше выдерживает многократные изгибы и обратные промывки в половолоконных мембранах, с меньшим риском обрыва волокон.
ПЭС и ПС как жёсткие материалы более склонны к повреждениям и обрыву волокон. Поэтому их обычно проектируют в конфигурации «изнутри-наружу». В этом режиме вода течёт от внутренней поверхности волокна к наружной, волокно испытывает расширение, а не сжатие — снижается риск обрыва.
Мембраны DAGYEE используют конфигурацию «снаружи-внутрь», что обеспечивает высокую грязеёмкость и устойчивость к колебаниям качества воды на входе. В сочетании с обратной промывкой водой и воздухом очистка становится проще, качественнее, а межпромывочные интервалы увеличиваются.

5. Технические характеристики УФ-мембран DAGYEE

6. Руководство по выбору

Заключение
Не существует «лучшего» материала мембраны — есть только материал, который лучше всего подходит для вашей задачи.
Для промышленных и муниципальных сточных вод с высокой нагрузкой и частой очисткой ПВДФ даёт реальные преимущества в устойчивости к загрязнению и окислению, экономя ваши деньги и время в долгосрочной перспективе.

Для высокоточных фильтраций и промышленной воды с широкими колебаниями pH ПЭС и ПС предлагают более широкую химическую стойкость и лучшую термостойкость.
Для бюджетных проектов с относительно чистой водой стоит рассмотреть ПАН — хорошая гидрофильность и низкая цена, но срок службы и прочность ниже, чем у ПВДФ.
Модули УФ-мембран DAGYEE — это высокопрочные половолоконные мембраны из ПВДФ, обеспечивающие мутность пермеата ≤0,1 НТЕ, SDI ≤2,5 и срок службы более 5 лет. Они выдерживают более 2000 ppm хлора при очистке и подходят для питьевой воды, промышленных стоков, повторного использования воды и предварительной очистки для РО/НФ.
Нужна помощь в выборе УФ-мембран? Пришлите данные о качестве воды и условиях эксплуатации — мы порекомендуем правильный материал и конфигурацию системы.