Багато людей не до кінця розуміють відмінності між різними технологіями мембранної фільтрації. У цій статті ми надамо детальне пояснення.
Окрім видалення катіонів та аніонів (тобто опріснення), зворотний осмос (RO) також може усунути широкий спектр забруднень, тому його вважають різновидом фільтрації. Діапазон домішок, видалених за допомогою RO, нанофільтрації (NF), ультрафільтрації (UF), мікрофільтрації (MF) і звичайної фільтрації (CF), показано на малюнку 1, а розміри звичайних речовин можна знайти в таблиці 2.
Зворотний осмос (RO), нанофільтрація (NF), мікрофільтрація (MF) і ультрафільтрація (UF) є типами поперечно{0}}фільтрації. Під час процесу живильна вода поділяється на потік пермеату (продуктова вода) і потік концентрату, що містить концентровані розчинені речовини або зважені частинки, причому більшість розчинених речовин і домішок виноситься в концентрат (див. малюнок нижче).
На відміну від цього, звичайна фільтрація дозволяє воді протікати безпосередньо через фільтруючий матеріал (наприклад, фільтрувальний шар або мембрану), де домішки затримуються на середовищі або всередині нього (див. малюнок нижче).
На основі інформації з наведених вище малюнків ми можемо узагальнити характеристики різних технологій мембранної фільтрації:
1.Мікрофільтрація (MF)
Видаляє частинки розміром приблизно 0,1–1 мкм. В основному використовується для видалення бактерій, зважених твердих речовин і колоїдних речовин. Через нього можуть проходити розчинені тверді речовини та великі молекули. Робочий тиск зазвичай становить близько 0,07 МПа.
2. Ультрафільтрація (UF)
Видаляє частинки розміром більше приблизно 0,002–0,1 мкм. В основному використовується для видалення колоїдів, білків, зважених твердих речовин і мікроорганізмів. Здатний відкидати речовини з молекулярною масою (MWCO) понад 1000–100 000, пропускаючи при цьому розчинені тверді речовини та малі молекули. Робочий тиск зазвичай становить від 0,1 до 0,7 МПа.
3. Нанофільтрація (NF)
Названий за здатність видаляти частинки розміром близько 1 нм (0,001 мкм). Зазвичай видаляє органічні речовини з молекулярною масою понад 200–400 зі швидкістю опріснення 20–98 %. Видалення одновалентних іонів коливається від 20% до 98%, тоді як двовалентні іони можуть бути видалені з більш високою швидкістю 90%-98%. Підходить для видалення барвників, загального органічного вуглецю (TOC) і твердості. Робочий тиск зазвичай коливається від 0,35 до 1,6 МПа.
4. Зворотній осмос (RO)
Видаляє частинки розміром до 0,0001 мкм і органічні речовини з молекулярною масою понад 150–200. Швидкість опріснення може перевищувати 95%, що робить його основним методом попередньої обробки води з високою-солоністю та однією з найпередовіших технологій очищення води на сьогодні. Його застосування стає все більш широким. Робочий тиск зазвичай становить від 1,4 до 6,0 МПа.
Мембрани зворотнього осмосу (RO) не тільки забезпечують високу швидкість опріснення, але й функціонують як високоточні фільтри. Їх ефективний розмір пор може бути меншим за 0,001 мкм (діаметр людського волосся понад 30 мкм), що дозволяє системам RO видаляти дрібні зважені тверді речовини, бактерії, ендотоксини та інші забруднення. Однак слід зазначити, що пори у фізичному сенсі фактично не існують у RO мембранах; такі пори ніколи не спостерігалися, навіть під -великим збільшенням мікроскопів. Це робить RO-фільтрацію принципово відмінною від процесів із справжніми мембранними порами, таких як ультрафільтрація.
На малюнку показано, як вода проходить через RO мембрану. Це показує, що під час фільтрації вода протікає майже через всю поверхню мембрани, а швидкість основного потоку біля поверхні мембрани по суті така ж, як фактичний потік пермеату через мембрану.
Коли вода проходить через пори ультрафільтраційної (УФ) мембрани, загальна площа поперечного-перерізу пор набагато менша, ніж загальна поверхня мембрани. У результаті вода поблизу поверхні УФ-мембрани проходить через пори під тиском, в результаті чого швидкість потоку через кожну пору значно перевищує швидкість основного потоку біля поверхні мембрани.
Як для процесів RO, так і для UF, коли вода проникає крізь поверхню мембрани, зважені частинки та інші домішки у живильній воді затримуються на поверхні мембрани. Безперервний потік пермеату діє на ці забруднювачі, запобігаючи їх повторному -потрапленню в основний потік, який рухається паралельно поверхні мембрани. Щоб забруднення повернулися до основного потоку, сила зсуву паралельного потоку вздовж поверхні мембрани повинна подолати силу зсуву проникаючої води. Це пояснює, чому підтримка певної швидкості потоку живильної води є критичною для систем RO. Однак в UF-мембранах локальна швидкість через пори дуже висока, а зсув паралельного потоку поблизу поверхні мембрани недостатній, щоб запобігти утриманню забруднювачів, що залишаються на мембрані.
