Daudzi cilvēki pilnībā neizprot atšķirības starp dažādām membrānas filtrēšanas tehnoloģijām. Šajā rakstā mēs sniegsim detalizētu skaidrojumu.
Papildus katjonu un anjonu noņemšanai (ti, atsāļošanai), reversā osmoze (RO) var arī novērst plašu piesārņotāju klāstu, tāpēc to uzskata par filtrēšanas veidu. Ar RO, nanofiltrāciju (NF), ultrafiltrāciju (UF), mikrofiltrāciju (MF) un parasto filtrāciju (CF) noņemto piemaisījumu diapazoni ir parādīti 1. attēlā, savukārt izplatīto vielu izmēri ir atrodami 2. tabulā.
Reversā osmoze (RO), nanofiltrācija (NF), mikrofiltrācija (MF) un ultrafiltrācija (UF) ir šķērsplūsmas filtrēšanas veidi. Procesa laikā barības ūdens tiek sadalīts permeāta plūsmā (produkta ūdens) un koncentrāta plūsmā, kas satur koncentrētas izšķīdušās vielas vai suspendētās daļiņas, un lielākā daļa izšķīdušo vielu un piemaisījumu tiek aizvadīti koncentrātā (sk. attēlu zemāk).
Turpretim parastā filtrēšana ļauj ūdenim plūst tieši caur filtra materiālu (piemēram, filtra gultnēm vai membrānām), kur piemaisījumi tiek aizturēti uz barotnes vai tajā (skatiet attēlu zemāk).
Pamatojoties uz informāciju no iepriekš minētajiem skaitļiem, mēs varam apkopot dažādu membrānas filtrēšanas tehnoloģiju raksturlielumus:
1. Mikrofiltrācija (MF)
Noņem apmēram 0,1–1 μm lielas daļiņas. Galvenokārt izmanto baktēriju, suspendēto vielu un koloidālo vielu likvidēšanai. Caur var izkļūt izšķīdušas cietas vielas un lielas molekulas. Darba spiediens parasti ir aptuveni 0,07 MPa.
2. Ultrafiltrācija (UF)
Noņem daļiņas, kas lielākas par aptuveni 0,002–0,1 μm. Galvenokārt izmanto koloīdu, olbaltumvielu, suspendēto vielu un mikroorganismu noņemšanai. Spēj atgrūst vielas, kuru molekulmasa (MWCO) pārsniedz 1000–100 000, vienlaikus ļaujot iziet cauri izšķīdušām cietām vielām un mazām molekulām. Darba spiediens parasti svārstās no 0,1 līdz 0,7 MPa.
3. Nanofiltrācija (NF)
Nosaukts par spēju noņemt daļiņas aptuveni 1 nm (0,001 μm). Parasti atdala organiskās vielas, kuru molekulmasa pārsniedz 200–400, ar atsāļošanas ātrumu 20–98%. Vienvērtīgo jonu noņemšana svārstās no 20% līdz 98%, savukārt divvērtīgos jonus var noņemt ar lielāku ātrumu 90%–98%. Piemērots krāsvielu, kopējā organiskā oglekļa (TOC) un cietības noņemšanai. Darba spiediens parasti svārstās no 0,35 līdz 1,6 MPa.
4. Reversā osmoze (RO)
Noņem daļiņas līdz 0,0001 μm un organiskās vielas ar molekulmasu virs 150–200. Atsāļošanas rādītāji var pārsniegt 95%, padarot to par primāro pirmapstrādes metodi augsta{{4} sāļuma ūdenim un vienu no mūsdienu modernākajām ūdens attīrīšanas tehnoloģijām. Tās pielietojums kļūst arvien plašāks. Darba spiediens parasti svārstās no 1,4 līdz 6,0 MPa.
Reversās osmozes (RO) membrānas nodrošina ne tikai augstu atsāļošanas ātrumu, bet arī darbojas kā ļoti precīzi filtri. To efektīvais poru izmērs var būt mazāks par 0,001 μm (cilvēka matu diametrs pārsniedz 30 μm), ļaujot RO sistēmām noņemt smalkas suspendētās cietās vielas, baktērijas, endotoksīnus un citus piesārņotājus. Tomēr jāatzīmē, ka poras fiziskā nozīmē RO membrānās faktiski nepastāv; šādas poras nekad nav novērotas, pat ar lielu -palielinājuma mikroskopu. Tas padara RO filtrēšanu būtiski atšķirīgu no procesiem ar patiesām membrānas porām, piemēram, ultrafiltrāciju.
Attēlā parādīts, kā ūdens iziet cauri RO membrānai. Tas parāda, ka filtrēšanas laikā ūdens plūst cauri gandrīz visai membrānas virsmai, un galvenās plūsmas ātrums membrānas virsmas tuvumā būtībā ir tāds pats kā faktiskā permeāta plūsma caur membrānu.
Kad ūdens iziet cauri ultrafiltrācijas (UF) membrānas porām, kopējais poru šķērsgriezuma laukums{0}} ir daudz mazāks par kopējo membrānas virsmu. Rezultātā ūdens, kas atrodas netālu no UF membrānas virsmas, tiek izspiests caur porām zem spiediena, izraisot plūsmas ātrumu caur katru poru, kas ievērojami pārsniedz galvenās plūsmas ātrumu membrānas virsmas tuvumā.
Gan RO, gan UF procesos, ūdenim izsūcot caur membrānas virsmu, suspendētās daļiņas un citi piemaisījumi padeves ūdenī tiek saglabāti uz membrānas virsmas. Nepārtrauktā permeāta plūsma iedarbojas uz šiem piesārņotājiem, neļaujot tiem atkārtoti{1}}iekļūt galvenajā plūsmā, kas pārvietojas paralēli membrānas virsmai. Lai piesārņotāji atgrieztos galvenajā plūsmā, paralēlās plūsmas bīdes spēkam gar membrānas virsmu jāpārvar caurplūstošā ūdens bīdes spēks. Tas izskaidro, kāpēc RO sistēmām ir ļoti svarīgi uzturēt noteiktu ūdens plūsmas ātrumu. Tomēr UF membrānās vietējais ātrums caur porām ir ļoti liels, un paralēlās plūsmas bīde membrānas virsmas tuvumā nav pietiekama, lai novērstu aizturēto piesārņotāju palikšanu uz membrānas.
