Η τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης είναι μια προηγμένη και αποτελεσματική μέθοδος που χρησιμοποιεί την επιλεκτική διαπερατότητα ημιπερατών μεμβρανών για τον διαχωρισμό, τον καθαρισμό και τη συγκέντρωση διαφορετικών συστατικών μέσα σε ένα μείγμα, επιτυγχάνοντας στοχευμένο διαχωρισμό συγκεκριμένων ουσιών. Τις τελευταίες δεκαετίες, αυτή η τεχνολογία έχει αναπτυχθεί γρήγορα και έχει γίνει μια βασική διαδικασία στην επεξεργασία νερού, την επεξεργασία τροφίμων, τη βιοϊατρική και την παραγωγή χημικών. Λειτουργεί επίσης ως βασική τεχνολογία που υποστηρίζει την εξοικονόμηση ενέργειας και την ανακύκλωση των πόρων στη σύγχρονη βιομηχανία προστασίας του περιβάλλοντος.
I. Ορισμός και Αρχή της Τεχνολογίας Διαχωρισμού Μεμβρανών
Μια "μεμβράνη" αναφέρεται σε ένα λεπτό στρώμα υλικού με επιλεκτική διαπερατότητα που επιτρέπει σε ορισμένες ουσίες να περάσουν ενώ μπλοκάρουν άλλες, υπό την επίδραση κινητήριων δυνάμεων όπως η διαφορά πίεσης, η κλίση συγκέντρωσης, το ηλεκτρικό πεδίο ή η διαφορά θερμοκρασίας.
Η θεμελιώδης αρχή του διαχωρισμού της μεμβράνης έγκειται στις διαφορές στο μέγεθος, τη διαλυτότητα, το φορτίο ή την πολικότητα μεταξύ μορίων, ιόντων ή σωματιδίων, που έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικούς ρυθμούς μετανάστευσης κατά μήκος της μεμβράνης-επιτυγχάνοντας έτσι διαχωρισμό ή συγκέντρωση.
Στον τομέα της επεξεργασίας νερού, ο διαχωρισμός μεμβράνης βασίζεται κυρίως σεφυσική διήθηση, αφαιρώντας αποτελεσματικά τα αιωρούμενα στερεά, τα κολλοειδή, τους οργανικούς ρύπους, τα ιόντα και τους μικροοργανισμούς. Επιτυγχάνει καθαρισμό υψηλής-απόδοσης χωρίς την εισαγωγή χημικών αντιδραστηρίων και προσφέρει εξαιρετικά πλεονεκτήματα όπως υψηλή επιλεκτικότητα, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και βιωσιμότητα.
Ο πυρήνας μηχανισμός διαχωρισμού της μεμβράνης βασίζεται στοεπιλεκτική διαπερατότητατων μεμβρανών-η ικανότητα να επιτρέπουν τη διέλευση συγκεκριμένων ουσιών ενώ απορρίπτονται άλλες, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
II. Ταξινόμηση Τεχνολογιών Διαχωρισμού Μεμβρανών
Οι τεχνολογίες διαχωρισμού μεμβράνης μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με το μέγεθος των πόρων της μεμβράνης και τον μηχανισμό διαχωρισμού στους ακόλουθους κύριους τύπους:
1. Μικροδιήθηση (MF)
Με μεγέθη πόρων περίπου 0,1–10 μm, οι μεμβράνες MF αφαιρούν κυρίως τα αιωρούμενα σωματίδια, τα βακτήρια και τα μακρομοριακά οργανικά από το νερό. Τα κοινά υλικά περιλαμβάνουν το πολυπροπυλένιο (PP) και το φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF). Τα συστήματα MF διαθέτουν υψηλή ροή και χαμηλή πίεση λειτουργίας και χρησιμοποιούνται ευρέως στον καθαρισμό του πόσιμου νερού και στην επεξεργασία τροφίμων.
2. Υπερδιήθηση (UF)
Με μεγέθη πόρων περίπου 0,01–0,1 μm, οι μεμβράνες UF μπορούν να συγκρατήσουν ιούς, κολλοειδή και μακρομοριακές οργανικές ενώσεις. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε βιοφαρμακευτικά προϊόντα, σε συστήματα επεξεργασίας βιομηχανικών λυμάτων και σε συστήματα βιοαντιδραστήρα μεμβράνης (MBR).
3. Νανοδιήθηση (NF)
Με μεγέθη πόρων που κυμαίνονται από 1-10 nm, οι μεμβράνες NF βρίσκονται μεταξύ UF και RO σε απόδοση. Αφαιρούν αποτελεσματικά δισθενή ιόντα και μικρά οργανικά μόρια, καθιστώντας τα κατάλληλα για αποσκλήρυνση πόσιμου νερού, επαναχρησιμοποίηση βιομηχανικών λυμάτων και ως προεπεξεργασία για συστήματα RO.
4. Αντίστροφη όσμωση (RO)
Με μεγέθη πόρων μικρότερα από 1 nm, το RO είναι η καλύτερη διαθέσιμη τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης. Μπορεί να αφαιρέσει σχεδόν όλες τις διαλυμένες ουσίες στο νερό, συμπεριλαμβανομένων αλάτων, βαρέων μετάλλων και μικρών οργανικών ρύπων.
Η μεμβράνη RO (μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης) χρησιμεύει ως το βασικό συστατικό στην αφαλάτωση θαλασσινού νερού, στην παραγωγή νερού υψηλής{{0}καθαρότητας και στα συστήματα καθαρού νερού.
Επιπλέον, εξειδικευμένα έντυπα όπως π.χΗλεκτροδιάλυση (ED), Αιμοκάθαρση (DS), Διαχωρισμός αερίων (GS), καιPervaporation (PV)έχουν επεκτείνει περαιτέρω το πεδίο εφαρμογής και τις δυνατότητες εφαρμογής των τεχνολογιών διαχωρισμού μεμβράνης.
