راندمان فیلتراسیون اولترافیلتراسیون کاستی چقدر است؟

سلام! اگر در بخش تصفیه آب، بیوتکنولوژی یا غذا و نوشیدنی هستید، احتمالاً با کاست‌های اولترافیلتراسیون (UF) برخورد کرده‌اید - آن دسته از اسب‌های کاری که مولکول‌ها، ذرات و حتی باکتری‌ها را بدون استفاده از گرما یا مواد شیمیایی از مایعات جدا می‌کنند. اگر می‌پرسید «بازده فیلتراسیون این کاست‌ها چقدر است؟» تو تنها نیستی به عنوان فردی که سال‌ها این فیلترها را تامین می‌کند، می‌توانم به شما بگویم که کارایی یک عدد برای همه نیست - این به یک سری عوامل بستگی دارد، و این دقیقاً همان چیزی است که امروز می‌خواهم با شما در میان بگذارم. بدون اصطلاحات خفه کننده، فقط بینش دنیای واقعی از افرادی که هر روز با این فیلترها سر و کار دارند.

ابتدا بیایید اصول اولیه را به طور مستقیم بیان کنیم. UF از طریق منافذ غشایی کار می کند که از 1 نانومتر تا 100 نانومتر متغیر است - بسیار کوچکتر از میکروفیلتراسیون، اما بسیار بزرگتر از اسمز معکوس. راندمان فیلتر در اینجا به این معناست که کاست چقدر آلاینده‌های هدف را بیرون نگه می‌دارد (یا بسته به اینکه در کدام سمت فرآیند هستید) در حالی که اجازه می‌دهد مایع تمیز یا محصول مورد نظر عبور کند. برای اکثر کاست‌های استاندارد UF، این راندمان برای ذرات مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و ماکرومولکول‌های بزرگ بین 90 تا 99.99 درصد است - اما این فقط سطح سطح است. بیایید به چیزی که در واقع آن سوزن را حرکت می دهد شیرجه بزنیم.

اندازه منافذ احتمالا بزرگترین محرک است، درست است؟ اگر یک کاست تصادفی UF بگیرید، اندازه منافذ با کیلودالتون (kDa) اندازه‌گیری می‌شود که به وزن مولکولی مولکول‌هایی که می‌تواند مسدود کند، مربوط می‌شود. یک کاست 10 کیلو دالتون مولکول های کوچکتر از 300 کیلو دالتون را به دام می اندازد، بنابراین کارایی آن برای آن اهداف کوچک بسیار بالاتر است. صبر کنید، بیایید آن را در منظر قرار دهیم: 1 کیلو دالتون تقریباً 1 نانومتر است، بنابراین یک کاست 10 کیلو دالتون دارای منافذی در حدود 1 نانومتر است که برای نگه داشتن پروتئین هایی مانند آنتی بادی ها یا ویروس های کوچک عالی است. یک کاست 300 کیلو دالتون؟ این منافذ بزرگ‌تر هستند، بنابراین برای جداسازی پروتئین‌ها یا سلول‌های بزرگ‌تر استفاده می‌شود، نه ویروس‌های کوچک. به همین دلیل تطبیق kDa با برنامه شما غیرقابل مذاکره است. اگر نیاز به حذف E. coli دارید (حدود 100 نانومتر، که به 100 کیلو دالتون ترجمه می شود)، یک کاست 100 کیلو دالتون این کار را بهتر از یک کاست 10 کیلو دالتون انجام می دهد - زیرا ممکن است 10 کیلو دالتون خیلی سریع مسدود شود و کارایی آن کاهش یابد. من می توانم شما را به ما اشاره کنمکاست اولترافیلتراسیون 100 کیلوییاگر دقیقاً با آن محدوده کار می کنید.

سپس نوع خود کاست وجود دارد. همه کاست های UF یکسان ساخته نمی شوند. کاست‌های صفحه‌نمایش معلق ما کمی با کاست‌های استاندارد ورق تخت یا فیبر توخالی متفاوت هستند، درست است؟ طراحی صفحه معلق دارای صفحه های متخلخلی است که به غشاء متصل شده اند، که به کاهش رسوب کمک می کند (این ضایعاتی است که روی سطح غشاء جمع می شود و با گذشت زمان کارایی را از بین می برد). هنگامی که رسوب رخ می دهد، منافذ مسدود می شوند، بنابراین حتی یک کاست که 99٪ کارآمدی جدید دارد، پس از چند بار اجرا به 80٪ یا کمتر می رسد. این یک نقطه درد بزرگ برای مشتریان ما است، بنابراین ماکاست های اولترافیلتراسیون با صفحه معلقطراحی شده اند تا این رسوب را به حداقل برسانند و راندمان را حتی پس از چندین بار استفاده بالا نگه دارند. ما اینها را در تصفیه خانه های آب شهری که به صورت 24 ساعته کار می کنند، آزمایش کرده ایم و تا 6 ماه استفاده مداوم - بسیار طولانی تر از کاست های استاندارد - در راندمان 95 درصد ثابت هستند.

صبر کنید، بیایید در مورد نرخ جریان نیز صحبت کنیم، زیرا مستقیماً با راندمان ارتباط دارد. اگر مقدار زیادی مایع را خیلی سریع از داخل کاست عبور دهید، آلاینده ها زمان عبور از منافذ غشایی را ندارند - آنها درست از داخل کاست عبور می کنند و کارایی را کاهش می دهند. ما معمولاً به مشتریان می گوییم که برای کاست های UF ما به سرعت جریان متقاطع بین 0.5 تا 1.5 متر بر ثانیه پایبند باشند. خیلی کند است و مایع به اندازه کافی گردش نمی کند که منجر به رسوب بیشتر می شود. خیلی سریع، و جدایی که نیاز دارید را از دست می دهید. این یک تعادل است و تیم ما اینجاست که وارد عمل می‌شود—ما به مشتریان کمک می‌کنیم نرخ جریان را بر اساس تنظیمات خاص خود تغییر دهند تا پول خود را برای عملیات کم‌بازده هدر ندهند.

نکته دیگری که باید در نظر بگیرید: آنچه را که فیلتر می کنید. اگر با آب تغذیه تمیز و کم ذرات سر و کار دارید (مانند یک آزمایشگاه بیوتکنولوژی که محلول‌های بافری می‌سازد)، یک کاست ساده 10 کیلو دالتون ممکن است 99.9 درصد راندمان را از جعبه دریافت کند. اما اگر در حال فیلتر کردن فاضلاب خامی هستید که دارای انواع شن، روغن و مواد آلی است، حتی یک کاست سطح بالا نیز بعد از چند چرخه شروع به کاهش کارایی می کند، مگر اینکه خوراک را از قبل تصفیه کنید. ما اغلب توصیه می‌کنیم که کاست‌های UF را با یک مرحله پیش فیلتراسیون (مانند فیلتر 5 میکرونی) جفت کنید تا مواد بزرگ را ابتدا حذف کنید - این کار باعث کاهش رسوب‌ها و بالا نگه داشتن راندمان UF می‌شود. به همین دلیل مافیلترها و دستگاه های اولترافیلتراسیونخط شامل پیش فیلترهایی است که برای کار با کاست های UF ما طراحی شده اند، بنابراین مشتریان ما یک سیستم کامل و با راندمان بالا را دریافت می کنند.

اجازه دهید یک مثال واقعی سریع برای ساختن این موضوع به اشتراک بگذارم. یک مشتری غذا و نوشیدنی ما نیاز داشت تا پالپ آب میوه را از مایع جدا کند و در عین حال ترکیبات طعم طبیعی را دست نخورده نگه دارد. آنها در ابتدا از یک کاست 300 کیلو دالتون استفاده کردند، اما کارایی آنها برای حفظ خمیر کاغذ تنها 85 درصد بود، زیرا منافذ بسیار بزرگ بودند - تعداد زیادی ذرات ریز خمیر از بین می‌رفتند. آنها به ما تغییر مکان دادندکاست های اولترافیلتراسیون 300 کیلویی(صبر کنید، نه، تصحیح - آنها به 100 کیلو دالتون سوئیچ کردند؟ نه، صبر کنید، پالپ بزرگتر است، بنابراین 300 کیلو دالتون بهتر است. بله، آنها به کاست صفحه معلق 300 کیلو دالتون ما سوئیچ کردند، سرعت جریان متقاطع را تنظیم کردند، و راندمان حفظ پالپ آنها نیز به دلیل کاهش طراحی به 98٪ کاهش یافت. مانند کاست قدیمی آنها، پالپ روی غشاء ایجاد می شود.

در مورد نظافت چطور؟ حتی بهترین کاست ها نیز به تمیز کردن منظم نیاز دارند تا کارایی خود را پس از استفاده بازگردانند. تمیز کردن شیمیایی (با استفاده از اسیدها یا بازهای ملایم، بسته به رسوب) می تواند 90-95٪ کارایی اولیه را بازگرداند، اما اگر تمیز کردن را رها کنید، راندمان کاست در هر بار اجرا 10-15٪ کاهش می یابد. ما یک تمیز کردن عمیق هفتگی را برای کاربردهای صنعتی و یک تمیز کردن عمیق ماهانه را برای تنظیمات در مقیاس آزمایشگاهی توصیه می کنیم. تیم ما پروتکل‌های تمیز کردن رایگان را برای همه کاست‌هایی که عرضه می‌کنیم ارائه می‌کند، بنابراین مشتریان مجبور نیستند حدس بزنند که چگونه کارایی را در طولانی مدت حفظ کنند.

صبر کنید، بیایید به یک افسانه رایج بپردازیم: "کیلو دالتون بالاتر برابر با راندمان کمتر است." این فقط تا حدی درست است. اگر ذرات بزرگ را هدف قرار می دهید، یک کاست 300 کیلو دالتون نسبت به یک کاست 10 کیلو دالتون راندمان نگهداری بالاتری برای آن ذرات خواهد داشت، زیرا منافذ 10 کیلو دالتون خیلی کوچک هستند – بلافاصله مسدود می شوند، بنابراین حتی نمی توانید داده های ثابتی در مورد کارایی آن برای ذرات بزرگ بدست آورید. برای مولکول‌های کوچک (مانند پروتئین‌ها یا ویروس‌ها)، برعکس این موضوع صادق است: یک کاست 10 کیلو دالتون راندمان نگهداری بالاتری دارد زیرا منافذ آن کوچک‌تر است. همه چیز در مورد تطبیق kDa با آلاینده های هدف شما است. ماکاست اولترافیلتراسیون 10 کیلوییبه طور خاص برای جداسازی مولکول های کوچک، با بازده 99.9٪ برای ذرات کوچک به اندازه 1 نانومتر طراحی شده اند.

بیایید به کارایی آزمایش نیز بپردازیم. اگر مشتری هستید، می‌توانید کارایی کاستتان را خودتان با کیت‌های آزمایشگاهی ساده آزمایش کنید: تعداد آلاینده‌ها را در آب تغذیه و تراوش (مایع تمیزی که از غشاء عبور می‌کند) اندازه‌گیری کنید. برای باکتری ها، می توانید از آزمایش شمارش کلنی استفاده کنید. برای پروتئین ها می توانید از اسپکتروفتومتر UV استفاده کنید. اکثر مشتریان صنعتی این کار را ماهانه انجام می دهند تا مطمئن شوند که سیستم آنها مطابق انتظار عمل می کند. اگر راندمان شما کمتر از عدد رتبه بندی شده باشد، معمولاً نشانه رسوب است، نه یک کاست بد. این یکی دیگر از مواردی است که تیم ما می‌تواند به آن کمک کند—ما آزمایش در محل را برای مشتریان صنعتی برای عیب‌یابی مشکلات راندمان پایین ارائه می‌کنیم.

حالا بیایید در مورد اعداد واقعی صحبت کنیم تا این موضوع را جمع بندی کنیم. برای کاست‌های UF صفحه معلق استاندارد ما، راندمان رتبه‌بندی شده برای باکتری‌ها (E. coli، سالمونلا) ۹۹.۹ درصد، برای ویروس‌ها ۹۹.۵ درصد و برای پروتئین‌ها ۹۵ درصد است. اما در عمل، این اعداد بسته به عواملی که ذکر کردم می توانند بالا یا پایین بروند: اندازه منافذ، رسوب، سرعت جریان، کیفیت خوراک و تمیز کردن. مشتریانی که از پروتکل های تعمیر و نگهداری توصیه شده ما پیروی می کنند، معمولاً 97 تا 99 درصد راندمان را برای باکتری ها و ویروس ها دارند که برای بیشتر کاربردها - تصفیه آب شهری، تولید بیوتکنولوژی، پردازش نوشیدنی و حتی تولید دارو، بیش از اندازه کافی است.

اگر در حال خرید کاست های UF هستید، به راحتی می توانید از همه گزینه های موجود غرق شوید. اما به یاد داشته باشید: کارایی فقط به عدد موجود در برگه مشخصات نیست، بلکه نحوه ماندگاری آن عدد در طول زمان در عملیات خاص شما است. به همین دلیل است که ما فقط کاست نمی فروشیم. ما با مشتریان کار می کنیم تا نوع مناسب (صفحه نمایش معلق در مقابل استاندارد)، کیلو دالتون مناسب و نگهداری مناسب را برای بالا نگه داشتن راندمان تعیین کنیم. چه آزمایشگاهی باشید که به دنبال یک کاست کوچک 10 کیلو دالتون برای جداسازی پروتئین هستید یا یک کارخانه صنعتی که به یک کاست 300 کیلو دالتون برای تصفیه آب نیاز دارد، ما شما را تحت پوشش قرار می دهیم.

اگر آماده هستید تا در مورد نیازهای خاص خود صحبت کنید، یا اگر سؤالی دارید که کدام نوار کاست کارایی مورد نظرتان را به شما می دهد، برای مشاوره بدون تعهد با تیم ما تماس بگیرید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم راه حل مناسب UF را بیابید، بدون فروش - فقط مشاوره واقعی بر اساس سالها تجربه در صنعت فیلتراسیون. بیایید مطمئن شویم که راندمان فیلتراسیون شما دقیقاً همان چیزی است که نیاز دارید، بدون مصالحه.

مراجع

1. بلفورت، جی، دیویس، RH، و زیدنی، AL (1994). رفتار سوسپانسیون ها و محلول های ماکرومولکولی در میکروفیلتراسیون جریان متقاطع مجله علم غشاء، 96(1-2)، 1-58.
2. چریان، م. (1998). راهنمای اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون. مطبوعات CRC.
3. Field، RW، Wu، D.، Howell، JA، & Gupta، BB (1995). مدل سازی رسوب غشاء جریان متقاطع مجله علم غشاء، 100(1)، 25-37.
4. Zydney، AL (1998). اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون برای بیوتکنولوژی دیدگاه جاری در بیوتکنولوژی، 9(2)، 174-178.