Πολλοί άνθρωποι δεν κατανοούν πλήρως τις διαφορές μεταξύ των διαφόρων τεχνολογιών φιλτραρίσματος μεμβράνης. Σε αυτό το άρθρο, θα δώσουμε μια λεπτομερή εξήγηση.
Εκτός από την αφαίρεση κατιόντων και ανιόντων (δηλαδή αφαλάτωση), η αντίστροφη όσμωση (RO) μπορεί επίσης να εξαλείψει ένα ευρύ φάσμα μολυσματικών ουσιών, γι' αυτό και θεωρείται ένας τύπος διήθησης. Τα εύρη ακαθαρσιών που αφαιρούνται με RO, νανοδιήθηση (NF), υπερδιήθηση (UF), μικροδιήθηση (MF) και συμβατική διήθηση (CF) φαίνονται στο Σχήμα 1, ενώ τα μεγέθη των κοινών ουσιών μπορούν να βρεθούν στον Πίνακα 2.
Η αντίστροφη όσμωση (RO), η νανοδιήθηση (NF), η μικροδιήθηση (MF) και η υπερδιήθηση (UF) είναι τύποι διήθησης διασταυρούμενης-ροής. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, το νερό τροφοδοσίας διαιρείται σε ένα ρεύμα διείσδυσης (νερό προϊόντος) και σε ένα ρεύμα συμπυκνώματος που περιέχει συγκεντρωμένες διαλυμένες ουσίες ή αιωρούμενα σωματίδια, με τις περισσότερες από τις διαλυμένες ουσίες και τις ακαθαρσίες να μεταφέρονται στο συμπύκνωμα (δείτε το παρακάτω σχήμα).
Αντίθετα, το συμβατικό φιλτράρισμα επιτρέπει στο νερό να ρέει απευθείας μέσα από τα μέσα φίλτρου (όπως στρώματα φίλτρου ή μεμβράνες), όπου οι ακαθαρσίες συγκρατούνται πάνω ή μέσα στο μέσο (δείτε την παρακάτω εικόνα).
Με βάση τις πληροφορίες από τα παραπάνω σχήματα, μπορούμε να συνοψίσουμε τα χαρακτηριστικά των διαφορετικών τεχνολογιών φιλτραρίσματος μεμβράνης:
1.Μικροδιήθηση (MF)
Αφαιρεί σωματίδια μεγέθους περίπου 0,1–1 μm. Χρησιμοποιείται κυρίως για την εξάλειψη βακτηρίων, αιωρούμενων στερεών και κολλοειδούς ύλης. Μπορούν να περάσουν διαλυμένα στερεά και μεγάλα μόρια. Η πίεση λειτουργίας είναι συνήθως περίπου 0,07 MPa.
2.Υπερδιήθηση (UF)
Αφαιρεί σωματίδια μεγαλύτερα από περίπου 0,002–0,1 μm. Χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση κολλοειδών, πρωτεϊνών, αιωρούμενων στερεών και μικροοργανισμών. Δυνατότητα απόρριψης ουσιών με μοριακό βάρος (MWCO) πάνω από 1.000–100.000, ενώ επιτρέπει τη διέλευση διαλυμένων στερεών και μικρών μορίων. Η πίεση λειτουργίας κυμαίνεται γενικά από 0,1 έως 0,7 MPa.
3. Νανοδιήθηση (NF)
Ονομάστηκε για την ικανότητά του να αφαιρεί σωματίδια περίπου 1 nm (0,001 μm). Συνήθως αφαιρεί οργανικές ουσίες με μοριακά βάρη πάνω από 200–400, με ρυθμό αφαλάτωσης 20%–98%. Η αφαίρεση μονοσθενών ιόντων κυμαίνεται από 20%-98%, ενώ τα δισθενή ιόντα μπορούν να αφαιρεθούν σε υψηλότερους ρυθμούς 90%-98%. Κατάλληλο για αφαίρεση χρωστικών, ολικού οργανικού άνθρακα (TOC) και σκληρότητας. Η πίεση λειτουργίας κυμαίνεται συνήθως από 0,35 έως 1,6 MPa.
4. Αντίστροφη όσμωση (RO)
Αφαιρεί σωματίδια τόσο μικρά όσο 0,0001 μm και οργανικές ουσίες με μοριακά βάρη πάνω από 150–200. Τα ποσοστά αφαλάτωσης μπορεί να υπερβούν το 95%, καθιστώντας την κύρια μέθοδο προεπεξεργασίας για το νερό υψηλής-αλατότητας και μία από τις πιο προηγμένες τεχνολογίες επεξεργασίας νερού σήμερα. Οι εφαρμογές του είναι ολοένα και πιο ευρείες. Η πίεση λειτουργίας κυμαίνεται γενικά από 1,4 έως 6,0 MPa.
Οι μεμβράνες αντίστροφης όσμωσης (RO) όχι μόνο προσφέρουν υψηλούς ρυθμούς αφαλάτωσης αλλά λειτουργούν και ως φίλτρα υψηλής ακρίβειας. Το πραγματικό μέγεθος πόρων τους μπορεί να είναι μικρότερο από 0,001 μm (η διάμετρος της ανθρώπινης τρίχας είναι μεγαλύτερη από 30 μm), επιτρέποντας στα συστήματα RO να αφαιρούν λεπτά αιωρούμενα στερεά, βακτήρια, ενδοτοξίνες και άλλους ρύπους. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι οι πόροι με τη φυσική έννοια δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα στις μεμβράνες RO. Τέτοιοι πόροι δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ, ακόμη και με μικροσκόπια-μεγάλης μεγέθυνσης. Αυτό κάνει τη διήθηση RO ριζικά διαφορετική από τις διαδικασίες με πραγματικούς πόρους μεμβράνης, όπως η υπερδιήθηση.
Το σχήμα δείχνει πώς το νερό περνά μέσα από μια μεμβράνη RO. Δείχνει ότι κατά τη διήθηση, το νερό ρέει μέσω σχεδόν ολόκληρης της επιφάνειας της μεμβράνης και η ταχύτητα της κύριας ροής κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης είναι ουσιαστικά η ίδια με την πραγματική ροή του διηθήματος μέσω της μεμβράνης.
Όταν το νερό διέρχεται από τους πόρους μιας μεμβράνης υπερδιήθησης (UF), η συνολική-διατομή των πόρων είναι πολύ μικρότερη από τη συνολική επιφάνεια της μεμβράνης. Ως αποτέλεσμα, το νερό κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης UF ωθείται μέσω των πόρων υπό πίεση, με αποτέλεσμα η ταχύτητα ροής μέσω κάθε πόρου να είναι σημαντικά υψηλότερη από την ταχύτητα της κύριας ροής κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης.
Και για τις διεργασίες RO και UF, καθώς το νερό διαπερνά την επιφάνεια της μεμβράνης, αιωρούμενα σωματίδια και άλλες ακαθαρσίες στο νερό τροφοδοσίας διατηρούνται στην επιφάνεια της μεμβράνης. Η συνεχής ροή διείσδυσης ασκεί μια δύναμη σε αυτούς τους ρύπους, εμποδίζοντάς τους να εισέλθουν ξανά στην κύρια ροή που κινείται παράλληλα με την επιφάνεια της μεμβράνης. Για να επιστρέψουν οι ρύποι στην κύρια ροή, η δύναμη διάτμησης της παράλληλης ροής κατά μήκος της επιφάνειας της μεμβράνης πρέπει να υπερνικήσει τη δύναμη διάτμησης του νερού που διαπερνά. Αυτό εξηγεί γιατί η διατήρηση ενός συγκεκριμένου ρυθμού ροής νερού τροφοδοσίας είναι κρίσιμη για τα συστήματα RO. Ωστόσο, στις μεμβράνες UF, η τοπική ταχύτητα διαμέσου των πόρων είναι πολύ υψηλή και η διάτμηση παράλληλης ροής κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης είναι ανεπαρκής για να αποτρέψει την παραμονή των συγκρατούμενων ρύπων στη μεμβράνη.
