thumb|280px|Tretman pitke vode od 300 m3/h, primjenom ultrafiltracije u Grundmühleu (Njemačka) Ultrafiltracija (UF) je način membranske filtracije u kojoj sile poput pritiska ili gradijenta koncentracije dovode do razdvajanja kroz polupropusnu membranu. Suspendovane čvrste materije i rastvorene supstance sa visokom molekulskom težinom zadržavaju se u takozvanom retentatu, dok voda i rastvorene supstance male molekulske mase prolaze kroz membranu u permeat (filtrat). Ovaj postupak odvajanja koristi se u industriji i istraživanjima za pročišćavanje i koncentriranje makromolekularnih (103–10 6Da) rastvora, posebno proteina.
Ultrafiltracija se u osnovi ne razlikuje od mikrofiltracije. Obje razdvajaju na osnovu izuzimanja veličine ili hvatanja čestica. Suštinski se razlikuje od membranskog razdvajanja plinova, koji se razdvaja na osnovu različitih količina apsorpcije i različitih brzina difuzije. Ultrafiltracijske membrane definirane su graničnim vrijednostima molekulske težine (MWCO) korištene membrane. Ultrafiltracija se primjenjuje u protočoj filtraciji ili slijepom modusu. UF processes are currently preferred over traditional treatment methods for the following reasons:
Principi Ultrafiltracija je postupak razdvajanja koji razdvaja molekule na osnovu veličine rastvorenih molekula. Može se napraviti membrana koja povezuje male molekule i dopušta prolaz velikih molekula, što se naziva obrnuta ili reverzna selektivnost.
Osnovni princip ultrafiltracije koristi razdvajanje rastvorenih supstanci od rastvarača kroz polupropusnu membranu. Odnos između pritiska na otopinu koja se odvaja i fluksa kroz membranu najčešće opisuje Darcyjeva:
gdje je J= protok (brzina protoka po površini membrane), TMP = transmembranski pritisak (razlika pritiska između dovoda i struje permeata), μ = viskoznost rastvarača, R t = ukupni otpor (zbir otpora membrane i otpora prema česticama).
Primjena Ultrafiltracija ima široku i raznorodnu primjenu, u rasponu od obrade bioloških makromolekula do obrade otpadnih voda. S operativnog gledišta, ultrafiltracija se koristi za stvaranje koncentriranog spoja (smanjujući količinu rastvarača), uklanja soli (desalinacija ) koja se obično koristi za uklanjanje čestica male molekulske težine iz rastvora proteina ili za prosvjetljavanje i pročišćavanje spoja, a potonje se zove frakcioniranje ili odvajanje određenih dijelova spoja.
Najčešći postupci primjene su za slijedeće potrebe: * Filtracija otpadnih voda iz mlinova za papirnu celulozu; * Proizvodnja sira (ultrafiltrirano mlijeko); * Uklanjanje nekih bakterija iz mlijeko|mlijeka]]; * Pročišćavanje procesnih i otpadnih voda; * Oporavak enzima; * Koncentriranje i bistrenje voćnog soka; * Dijaliza i drugi tretmani krvi; * Desaltizacija i razmjena rastvarača proteina (putem dijafiltracije); * Laboratorijska proizvodnja; *Datirane koštanog kolagen metodom radiougljika i sl.
300px|thumb|right|Dijagram osnovnih fizioloških mehanizama ultafiltracije u bubregu U fiziologiji bubrega, ultrafiltracija se javlja na barijeri između krvi i filtrata u glomerulskoj kapsuli (Bowmanova čahura). Kao u nebiološkim primjerima ultrafiltracije, pritisak (u ovom slučaju krvni pritisak) i gradijenti koncentracije dovode do razdvajanja kroz polupropusnu membranu ( koje omogućavaju podociti). Bowmanova čahura sadrži gustu kapilarnu mrežu koja se naziva glomerul. Krv teče u ove kapilare kroz aferentne arteriole i odlazi kroz eferentne arteriole.
Visok hidrostatski pritisak prisiljava male molekule u tubulskoj tečnosti kao što su voda, glukoza, aminokiseline, natrij-hlorid i urea, kroz filter, od krvi u glomerulskoj kapsuli preko bazne membrane Bowmanove čahure do bubrežne tubule. Ovaj proces se naziva ultrafiltracija; rezultirajuća tekućina, gotovo bez velikih proteina i krvnih ćelija, naziva se glomerulski filtrat ili ultrafiltrat. Further modification of ultrafiltrate, by reabsorption and secretion, transforms it into urine.
Glomerulski pritisak je oko 75 milimetara žive (10 kPa). Suprotstavljaju mu se osmotski pritisak (30 mmHg, 4,0 kPa) i hidrostatski pritisak (20 mmHg, 2,7 kPa) rastvorenih supstanci prisutnih u kapsulskom prostoru. Ova razlika u pritisku naziva se efektivni pritisak (25 mmHg, 3,3 kPa).
U hemodijaliznim centrima, ultrafiltracija se odvija u hemofilteru, na aparatima za hemodijalizu, kada je krvni pritisak veći od pritiska dijalizata (razlika = transmembranski pritisak (TMP)). Ovo uklanja tečnost iz krvi, a istovremeno zadržava krvne ćelije u sebi netaknutima.
Prednosti Prednost ultrafiltracije u usporedbi s drugim metodima je ta što je količina dobijenog proizvoda prilično velika, instalacija alata je relativno lahka, a ultrafiltracijski alat je lahko čistiti i održavati.Pabby AK, Rizvi SSH, Sastre AM. 2009. Handbook of Membrane Separations: Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological Applications. Boca Raton: Taylor & Francis.
Reference
Kategorija:Filtracija Kategorija:Obrada vode Kategorija:Membranska tehnologija