Mange mennesker forstår ikke fullt ut forskjellene mellom ulike membranfiltreringsteknologier. I denne artikkelen vil vi gi en detaljert forklaring.
I tillegg til å fjerne kationer og anioner (dvs. avsalting), kan omvendt osmose (RO) også eliminere et bredt spekter av forurensninger, og det er derfor det anses som en type filtrering. Områdene for urenheter fjernet av RO, nanofiltrering (NF), ultrafiltrering (UF), mikrofiltrering (MF) og konvensjonell filtrering (CF) er vist i figur 1, mens størrelsene på vanlige stoffer kan finnes i tabell 2.
Omvendt osmose (RO), nanofiltrering (NF), mikrofiltrering (MF) og ultrafiltrering (UF) er typer kryss-strømfiltrering. Under prosessen deles tilførselsvannet i en permeatstrøm (produktvann) og en konsentratstrøm som inneholder konsentrerte oppløste stoffer eller suspenderte partikler, med det meste av oppløste stoffer og urenheter ført bort i konsentratet (se figuren nedenfor).
I motsetning til dette lar konvensjonell filtrering vann strømme direkte gjennom filtermediet (som filtersenger eller membraner), der urenheter holdes tilbake på eller inne i mediet (se figuren nedenfor).
Basert på informasjonen fra figurene ovenfor, kan vi oppsummere egenskapene til forskjellige membranfiltreringsteknologier:
1. Mikrofiltrering (MF)
Fjerner partikler med en størrelse på omtrent 0,1–1 μm. Brukes hovedsakelig for å eliminere bakterier, suspenderte stoffer og kolloidalt materiale. Oppløste faste stoffer og store molekyler kan passere gjennom. Driftstrykket er typisk rundt 0,07 MPa.
2. Ultrafiltrering (UF)
Fjerner partikler større enn ca. 0,002–0,1 μm. Brukes først og fremst for å fjerne kolloider, proteiner, suspenderte stoffer og mikroorganismer. I stand til å avvise stoffer med en molekylvekt (MWCO) over 1 000–100 000 samtidig som de lar oppløste faste stoffer og små molekyler passere. Driftstrykket varierer vanligvis fra 0,1 til 0,7 MPa.
3. Nanofiltrering (NF)
Oppkalt etter sin evne til å fjerne partikler rundt 1 nm (0,001 μm). Fjerner vanligvis organiske stoffer med molekylvekt over 200–400, med en avsaltningshastighet på 20–98 %. Fjerning av monovalente ioner varierer fra 20%–98%, mens toverdige ioner kan fjernes med høyere hastigheter på 90%–98%. Egnet for å fjerne fargestoffer, totalt organisk karbon (TOC) og hardhet. Driftstrykket varierer vanligvis fra 0,35 til 1,6 MPa.
4. Omvendt osmose (RO)
Fjerner partikler så små som 0,0001 μm og organiske stoffer med molekylvekt over 150–200. Avsaltningshastigheten kan overstige 95 %, noe som gjør det til en primær forbehandlingsmetode for vann med høy-saltholdighet og en av de mest avanserte vannbehandlingsteknologiene i dag. Dens bruksområder er stadig bredere. Driftstrykket varierer vanligvis fra 1,4 til 6,0 MPa.
Omvendt osmose (RO)-membraner tilbyr ikke bare høye avsaltningshastigheter, men fungerer også som svært presise filtre. Deres effektive porestørrelse kan være mindre enn 0,001 μm (menneskehårdiameter er over 30 μm), slik at RO-systemer kan fjerne fine suspenderte faste stoffer, bakterier, endotoksiner og andre forurensninger. Imidlertid bør det bemerkes at porer i fysisk forstand faktisk ikke eksisterer i RO-membraner; slike porer har aldri blitt observert, selv under høy-mikroskop. Dette gjør RO-filtrering fundamentalt forskjellig fra prosesser med ekte membranporer, som ultrafiltrering.
Figuren illustrerer hvordan vann passerer gjennom en RO-membran. Den viser at under filtrering strømmer vann gjennom nesten hele membranoverflaten, og hastigheten på hovedstrømmen nær membranoverflaten er i hovedsak den samme som den faktiske permeatstrømmen gjennom membranen.
Når vann passerer gjennom porene til en ultrafiltreringsmembran (UF), er det totale tverrsnittsarealet til porene mye mindre enn den totale membranoverflaten. Som et resultat blir vann nær UF-membranoverflaten presset gjennom porene under trykk, noe som fører til at strømningshastigheten gjennom hver pore er betydelig høyere enn hastigheten til hovedstrømmen nær membranoverflaten.
For både RO- og UF-prosesser, når vann trenger gjennom membranoverflaten, holdes suspenderte partikler og andre urenheter i fødevannet tilbake på membranoverflaten. Den kontinuerlige permeatstrømmen utøver en kraft på disse forurensningene, og hindrer dem i å -tre inn i hovedstrømmen som beveger seg parallelt med membranoverflaten. For at forurensningene skal gå tilbake til hovedstrømmen, må skjærkraften til den parallelle strømmen langs membranoverflaten overvinne skjærkraften til det gjennomtrengende vannet. Dette forklarer hvorfor å opprettholde en viss strømningshastighet for matevann er kritisk for RO-systemer. I UF-membraner er imidlertid den lokale hastigheten gjennom porene svært høy, og den parallelle strømningsskjæringen nær membranoverflaten er utilstrekkelig til å forhindre at tilbakeholdte forurensninger forblir på membranen.
