Многие люди не до конца понимают различия между различными технологиями мембранной фильтрации. В этой статье мы предоставим подробное объяснение.
Помимо удаления катионов и анионов (т. е. опреснения), обратный осмос (ОО) также может удалять широкий спектр загрязнений, поэтому его считают разновидностью фильтрации. Диапазоны примесей, удаляемых методами RO, нанофильтрации (NF), ультрафильтрации (UF), микрофильтрации (MF) и традиционной фильтрации (CF), показаны на рисунке 1, а размеры обычных веществ можно найти в таблице 2.
Обратный осмос (RO), нанофильтрация (NF), микрофильтрация (MF) и ультрафильтрация (UF) – это типы перекрестной-поточной фильтрации. В ходе процесса питательная вода разделяется на поток пермеата (продуктовую воду) и поток концентрата, содержащий концентрированные растворенные вещества или взвешенные частицы, при этом большая часть растворенных веществ и примесей уносится в концентрат (см. рисунок ниже).
Напротив, традиционная фильтрация позволяет воде течь непосредственно через фильтрующий материал (например, фильтрующий материал или мембраны), где примеси задерживаются на или внутри материала (см. рисунок ниже).
Основываясь на информации из приведенных выше рисунков, мы можем обобщить характеристики различных технологий мембранной фильтрации:
1.Микрофильтрация (МФ)
Удаляет частицы размером примерно 0,1–1 мкм. В основном используется для устранения бактерий, взвешенных твердых частиц и коллоидных веществ. Растворенные твердые вещества и крупные молекулы могут проходить сквозь него. Рабочее давление обычно составляет около 0,07 МПа.
2.Ультрафильтрация (УФ)
Удаляет частицы размером примерно 0,002–0,1 мкм. В основном используется для удаления коллоидов, белков, взвешенных веществ и микроорганизмов. Способен отклонять вещества с молекулярной массой (MWCO) выше 1 000–100 000, пропуская при этом растворенные твердые вещества и небольшие молекулы. Рабочее давление обычно находится в пределах от 0,1 до 0,7 МПа.
3.Нанофильтрация (НФ)
Назван в честь своей способности удалять частицы размером около 1 нм (0,001 мкм). Обычно удаляет органические вещества с молекулярной массой выше 200–400 со степенью опреснения 20–98%. Удаление одновалентных ионов колеблется в пределах 20–98%, тогда как двухвалентные ионы могут удаляться с более высокой скоростью - 90–98%. Подходит для удаления красителей, общего органического углерода (TOC) и жесткости. Рабочее давление обычно находится в пределах от 0,35 до 1,6 МПа.
4.Обратный осмос (ОО).
Удаляет частицы размером до 0,0001 мкм и органические вещества с молекулярной массой более 150–200. Степень опреснения может превышать 95 %, что делает его основным методом предварительной очистки воды с высокой-минерализацией и одной из самых передовых технологий очистки воды на сегодняшний день. Его применение становится все более широким. Рабочее давление обычно находится в пределах от 1,4 до 6,0 МПа.
Мембраны обратного осмоса (RO) не только обеспечивают высокую скорость опреснения, но и функционируют как высокоточные фильтры. Их эффективный размер пор может быть меньше 0,001 мкм (диаметр человеческого волоса превышает 30 мкм), что позволяет системам обратного осмоса удалять мелкие взвешенные твердые вещества, бактерии, эндотоксины и другие загрязнения. Однако следует отметить, что поры в физическом смысле в мембранах обратного осмоса фактически не существуют; такие поры никогда не наблюдались даже под микроскопами с большим-увеличением. Это принципиально отличает RO-фильтрацию от процессов с настоящими мембранными порами, таких как ультрафильтрация.
На рисунке показано, как вода проходит через мембрану обратного осмоса. Он показывает, что во время фильтрации вода протекает практически через всю поверхность мембраны, а скорость основного потока вблизи поверхности мембраны по существу такая же, как и реальный поток пермеата через мембрану.
Когда вода проходит через поры ультрафильтрационной (УФ) мембраны, общая-площадь поперечного сечения пор намного меньше общей поверхности мембраны. В результате вода вблизи поверхности УФ-мембраны проталкивается через поры под давлением, в результате чего скорость потока через каждую пору значительно превышает скорость основного потока вблизи поверхности мембраны.
Как для процессов обратного осмоса, так и для процессов ультрафильтрации, когда вода проникает через поверхность мембраны, взвешенные частицы и другие примеси в питательной воде задерживаются на поверхности мембраны. Непрерывный поток пермеата оказывает давление на эти загрязнения, не позволяя им повторно-попасть в основной поток, который движется параллельно поверхности мембраны. Чтобы загрязнения вернулись в основной поток, сила сдвига параллельного потока вдоль поверхности мембраны должна преодолеть силу сдвига проникающей воды. Это объясняет, почему поддержание определенного расхода питательной воды имеет решающее значение для систем обратного осмоса. Однако в УФ-мембранах локальная скорость через поры очень высока, а сдвиг параллельного потока вблизи поверхности мембраны недостаточен для предотвращения оставления загрязнений на мембране.
