Mange mennesker forstår ikke fuldt ud forskellene mellem forskellige membranfiltreringsteknologier. I denne artikel vil vi give en detaljeret forklaring.
Udover at fjerne kationer og anioner (dvs. afsaltning), kan omvendt osmose (RO) også fjerne en lang række forurenende stoffer, hvorfor det betragtes som en type filtrering. Områderne af urenheder fjernet ved RO, nanofiltrering (NF), ultrafiltrering (UF), mikrofiltrering (MF) og konventionel filtrering (CF) er vist i figur 1, mens størrelserne af almindelige stoffer kan findes i tabel 2.
Omvendt osmose (RO), nanofiltrering (NF), mikrofiltrering (MF) og ultrafiltrering (UF) er typer af kryds-flowfiltrering. Under processen opdeles fødevandet i en permeatstrøm (produktvand) og en koncentratstrøm indeholdende koncentrerede opløste stoffer eller suspenderede partikler, hvor de fleste opløste stoffer og urenheder føres bort i koncentratet (se figuren nedenfor).
I modsætning hertil tillader konventionel filtrering vand at strømme direkte gennem filtermediet (såsom filterlejer eller membraner), hvor urenheder tilbageholdes på eller inden i mediet (se figuren nedenfor).
Baseret på oplysningerne fra ovenstående figurer kan vi opsummere egenskaberne ved forskellige membranfiltreringsteknologier:
1. Mikrofiltrering (MF)
Fjerner partikler med en størrelse på ca. 0,1-1 μm. Anvendes hovedsageligt til at fjerne bakterier, suspenderede stoffer og kolloidt stof. Opløste faste stoffer og store molekyler kan passere igennem. Driftstrykket er typisk omkring 0,07 MPa.
2. Ultrafiltrering (UF)
Fjerner partikler større end ca. 0,002-0,1 μm. Anvendes primært til at fjerne kolloider, proteiner, suspenderede stoffer og mikroorganismer. I stand til at afvise stoffer med en molekylvægt (MWCO) over 1.000-100.000, samtidig med at opløste faste stoffer og små molekyler kan passere. Driftstrykket varierer generelt fra 0,1 til 0,7 MPa.
3. Nanofiltrering (NF)
Opkaldt efter dets evne til at fjerne partikler omkring 1 nm (0,001 μm). Fjerner typisk organiske stoffer med molekylvægte over 200-400, med en afsaltningshastighed på 20%-98%. Monovalent ionfjernelse varierer fra 20%-98%, mens divalente ioner kan fjernes med højere hastigheder på 90%-98%. Velegnet til at fjerne farvestoffer, total organisk kulstof (TOC) og hårdhed. Driftstrykket varierer normalt fra 0,35 til 1,6 MPa.
4. Omvendt osmose (RO)
Fjerner partikler helt ned til 0,0001 μm og organiske stoffer med molekylvægte over 150-200. Afsaltningshastigheden kan overstige 95 %, hvilket gør det til en primær forbehandlingsmetode til vand med høj-saltindhold og en af de mest avancerede vandbehandlingsteknologier i dag. Dens anvendelser er stadig mere brede. Driftstrykket varierer generelt fra 1,4 til 6,0 MPa.
Omvendt osmose (RO) membraner tilbyder ikke kun høje afsaltningshastigheder, men fungerer også som meget præcise filtre. Deres effektive porestørrelse kan være mindre end 0,001 μm (menneskehårdiameter er over 30 μm), hvilket gør det muligt for RO-systemer at fjerne fine suspenderede faste stoffer, bakterier, endotoksiner og andre forurenende stoffer. Det skal dog bemærkes, at porer i fysisk forstand faktisk ikke eksisterer i RO-membraner; sådanne porer er aldrig blevet observeret, selv under mikroskoper med høj-forstørrelse. Dette gør RO-filtrering fundamentalt anderledes end processer med ægte membranporer, såsom ultrafiltrering.
Figuren illustrerer, hvordan vand passerer gennem en RO-membran. Den viser, at under filtrering strømmer vand gennem næsten hele membranoverfladen, og hastigheden af hovedstrømmen nær membranoverfladen er i det væsentlige den samme som den faktiske permeatstrøm gennem membranen.
Når vand passerer gennem porerne i en ultrafiltreringsmembran (UF), er det samlede tværsnitsareal af porerne meget mindre end den samlede membranoverflade. Som et resultat tvinges vand nær UF-membranoverfladen gennem porerne under tryk, hvilket bevirker, at strømningshastigheden gennem hver pore er væsentligt højere end hastigheden af hovedstrømmen nær membranoverfladen.
For både RO- og UF-processer, da vand trænger gennem membranoverfladen, tilbageholdes suspenderede partikler og andre urenheder i fødevandet på membranoverfladen. Den kontinuerlige permeatstrøm udøver en kraft på disse forurenende stoffer og forhindrer dem i at-genindtræde i hovedstrømmen, der bevæger sig parallelt med membranoverfladen. For at forureningen kan vende tilbage til hovedstrømmen, skal forskydningskraften af den parallelle strøm langs membranoverfladen overvinde forskydningskraften af det gennemtrængende vand. Dette forklarer, hvorfor det er kritisk for RO-systemer at opretholde en vis fødevandsflowhastighed. I UF-membraner er den lokale hastighed gennem porerne imidlertid meget høj, og den parallelle strømningsforskydning nær membranoverfladen er utilstrækkelig til at forhindre tilbageholdte forurenende stoffer i at forblive på membranen.
