Много хора не разбират напълно разликите между различните технологии за мембранна филтрация. В тази статия ще предоставим подробно обяснение.
Освен отстраняване на катиони и аниони (т.е. обезсоляване), обратната осмоза (RO) може също да елиминира широк спектър от замърсители, поради което се счита за вид филтрация. Диапазоните на примесите, отстранени чрез RO, нанофилтрация (NF), ултрафилтрация (UF), микрофилтрация (MF) и конвенционална филтрация (CF), са показани на Фигура 1, докато размерите на обичайните вещества могат да бъдат намерени в Таблица 2.
Обратната осмоза (RO), нанофилтрацията (NF), микрофилтрацията (MF) и ултрафилтрацията (UF) са видове филтрация с кръстосан -поток. По време на процеса захранващата вода се разделя на поток от пермеат (продуктова вода) и поток от концентрат, съдържащ концентрирани разтворени вещества или суспендирани частици, като повечето от разтворените вещества и примесите се отвеждат в концентрата (вижте фигурата по-долу).
Обратно, конвенционалното филтриране позволява на водата да тече директно през филтърната среда (като филтърни легла или мембрани), където примесите се задържат върху или в рамките на средата (вижте фигурата по-долу).
Въз основа на информацията от горните фигури, можем да обобщим характеристиките на различните технологии за мембранна филтрация:
1. Микрофилтрация (MF)
Отстранява частици с размер приблизително 0,1–1 μm. Използва се главно за елиминиране на бактерии, суспендирани твърди вещества и колоидни вещества. Разтворени твърди частици и големи молекули могат да преминат. Работното налягане обикновено е около 0,07 MPa.
2. Ултрафилтрация (UF)
Отстранява частици, по-големи от приблизително 0,002–0,1 μm. Използва се предимно за отстраняване на колоиди, протеини, суспендирани твърди вещества и микроорганизми. Способен да отхвърля вещества с молекулно тегло (MWCO) над 1 000–100 000, като същевременно позволява преминаването на разтворени твърди вещества и малки молекули. Работното налягане обикновено варира от 0,1 до 0,7 MPa.
3. Нанофилтрация (NF)
Наречен заради способността си да премахва частици около 1 nm (0,001 μm). Обикновено премахва органични вещества с молекулно тегло над 200–400, със степен на обезсоляване от 20%–98%. Отстраняването на едновалентни йони варира от 20%–98%, докато двувалентните йони могат да бъдат отстранени при по-високи скорости от 90%–98%. Подходящ за отстраняване на оцветители, общ органичен въглерод (TOC) и твърдост. Работното налягане обикновено варира от 0,35 до 1,6 MPa.
4. Обратна осмоза (RO)
Отстранява частици с размери до 0,0001 μm и органични вещества с молекулно тегло над 150–200. Степента на обезсоляване може да надхвърли 95%, което го прави основен метод за предварителна обработка на вода с висока-соленост и една от най-напредналите технологии за пречистване на вода днес. Приложенията му стават все по-широки. Работното налягане обикновено варира от 1,4 до 6,0 MPa.
Мембраните за обратна осмоза (RO) не само предлагат високи скорости на обезсоляване, но също така функционират като високо прецизни филтри. Техният ефективен размер на порите може да бъде по-малък от 0,001 μm (диаметърът на човешката коса е над 30 μm), което позволява на RO системите да отстраняват фини суспендирани твърди вещества, бактерии, ендотоксини и други замърсители. Въпреки това, трябва да се отбележи, че порите във физически смисъл всъщност не съществуват в RO мембраните; такива пори никога не са били наблюдавани, дори под микроскоп-с голямо увеличение. Това прави RO филтрацията фундаментално различна от процесите с истински мембранни пори, като ултрафилтрацията.
Фигурата илюстрира как водата преминава през RO мембрана. Това показва, че по време на филтриране водата протича през почти цялата повърхност на мембраната и скоростта на основния поток близо до повърхността на мембраната е по същество същата като действителния поток на пермеата през мембраната.
Когато водата преминава през порите на ултрафилтрационна (UF) мембрана, общата площ на напречното-сечение на порите е много по-малка от общата повърхност на мембраната. В резултат на това водата близо до повърхността на UF мембраната се изтласква през порите под налягане, което води до значително по-висока скорост на потока през всяка пора от скоростта на основния поток близо до повърхността на мембраната.
И за процесите RO и UF, докато водата прониква през повърхността на мембраната, суспендираните частици и други примеси в захранващата вода се задържат върху повърхността на мембраната. Непрекъснатият поток на пермеат упражнява сила върху тези замърсители, предотвратявайки повторното им -влизане в основния поток, който се движи успоредно на повърхността на мембраната. За да се върнат замърсителите в основния поток, силата на срязване на паралелния поток по повърхността на мембраната трябва да преодолее силата на срязване на проникващата вода. Това обяснява защо поддържането на определен дебит на захранващата вода е критично за RO системите. В UF мембраните обаче локалната скорост през порите е много висока и срязването на паралелния поток в близост до повърхността на мембраната е недостатъчно, за да предотврати оставането на задържани замърсители върху мембраната.
