Kalvojen vertailu heran nanosuodatuksessa

Työssä verrattiin kaupallisia nanosuodatuskalvoja heran konsentroinnissa. Tutkitut kalvot olivat Desal-5 DK, NF45 ja Koch SR1. NF45-kalvosta tutkittiin kahta eri sukupolven kalvoa. Konsentrointiajoja tehtiin sekä laboratoriomittakaavan levysuotimella että pilot-mittakaavan spiraalimoduulilaitteella. Lisäksi tutkittiin juoksute- ja happoheran konsentrointien eroja. Erityistä huomiota kiinnitettiin permeaattivuon arvoihin konsentroinnissa ja kalvojen suolojen ja laktoosin pidätyskykyyn. NF45-kalvon uuden sukupolven malli osoittautui mittauksissa samankaltaiseksi suolojen ja laktoosin pidätyskyvyltään kuin Desal-5 DK. Koch SR1-kalvo, jonka suolojen ja laktoosin pidätyskyky on Desal-5 DK-kalvoa heikompi, puolestaan vastaa ominaisuuksiltaan NF45 vanhan sukupolven kalvoa. Vanhan sukupolven NF45-kalvon valmistus on loppunut keväällä 2000. Vaihdettaessa vanhan sukupolven NF45-kalvot uuden sukupolven kalvoihin on odotettavissa pienemmät permeaattivuot ja suuremmat suolojen ja laktoosin retentiot kuin aiemmin NF45-kalvolla. Juoksuteheran konsentroinnissa suurimmat permeaattivuot saatiin Koch SR1-kalvolla. Levysuotimella ja spiraalimoduulilla saadaan koostumukseltaan samanlainen juoksuteheratiiviste. Levysuotimella permeaattivuot ovat samalla konsentrointikertoimella suuremmat kuin spiraalimoduulilla. Tämä johtuu spiraalimoduuliin jäävistä kuolleista alueista, joissa ei ole virtausta. Uutta prosessia suunniteltaessa voidaan käyttää laboratoriomittakaavan levysuodinkokokeita, kun halutaan tietoa saatavan tuotteen koostumuksesta. Prosessin tuotantokapasiteetin arvioimiseen tarvitaan pilot-mittakaavan spiraalimoduulikokeita. Happoheratiiviste sisältää enemmän suoloja kuin samalla kalvolla valmistettu juoksuteheratiiviste. Tämä johtuu happoheran juoksuteheraa suuremmasta suolapitoisuudesta. Lisäksi happoheran konsentroinnin permeaattivuo on pienempi kuin juoksuteheran permeaattivuo, sillä happoheran alhainen pH, noin 4,5, vaikuttaa kalvon permeabiliteettiin heikentävästi.

Commercial nanofiltration membranes were studied in concentration and demineralization of whey. The tested membranes were Desal-5 DK, NF45 and Koch SR1. Two different generations of the NF45 membranes were studied. Concentration of whey was made with both a flat-sheet module and a pilot plant equipped with one spiral wound element. In addition, differences between sweet whey and acid whey concentration and demineralization were studied. The new generation of the NF45 membrane has equal retention characteristics with the Desal?5 DK. The Koch SR1 membrane has lower salt and lactose retentions than the Desal-5 DK and it has similar retention characteristics with the older generation of the NF45. The older NF45 membrane is no longer commercially available. When using the new generation of the NF45 membrane one can expect lower permeate flow and higher retentions of salts and lactose. The highest permeate flows of the tested membranes were reached with Koch SR1 membrane. Concentration of sweet whey with a flat-sheet module and a spiral wound element resulted in the same composition of the concentrate. Permeate flow was higher with the flat-sheet module than with the spiral wound element. The presence of dead zones in the spiral wound element is therefore evident. The flat-sheet module can be used when the composition of the product is the information wanted. Spiral wound module tests should be used when the production capacity of the process is unknown. Acid whey concentrate contains more salts than sweet whey concentrate. The salt content of acid whey is originally higher than the salt content of sweet whey. In addition, the permeate flow of acid whey is lower than the permeate flow of sweet whey. This results from the fact that the permeability of the membrane is lower at the pH value of acid whey, which is about 4,5.