بسیاری از مردم به طور کامل تفاوت بین فناوری های مختلف فیلتراسیون غشایی را درک نمی کنند. در این مقاله به توضیح مفصل می پردازیم.
اسمز معکوس (RO) علاوه بر حذف کاتیونها و آنیونها (یعنی نمکزدایی)، میتواند طیف وسیعی از آلایندهها را نیز از بین ببرد، به همین دلیل است که نوعی فیلتراسیون در نظر گرفته میشود. محدوده ناخالصی های حذف شده توسط RO، نانوفیلتراسیون (NF)، اولترافیلتراسیون (UF)، میکروفیلتراسیون (MF) و فیلتراسیون معمولی (CF) در شکل 1 نشان داده شده است، در حالی که اندازه مواد رایج را می توان در جدول 2 مشاهده کرد.
اسمز معکوس (RO)، نانوفیلتراسیون (NF)، میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) انواع فیلتراسیون جریان متقابل هستند. در طول فرآیند، آب تغذیه به یک جریان تراوش (آب محصول) و یک جریان کنسانتره حاوی املاح غلیظ یا ذرات معلق تقسیم میشود که اکثر املاح و ناخالصیها در کنسانتره منتقل میشوند (شکل زیر را ببینید).
در مقابل، فیلتراسیون معمولی اجازه می دهد تا آب به طور مستقیم از طریق محیط فیلتر (مانند بستر فیلتر یا غشاء) جریان یابد، جایی که ناخالصی ها روی یا درون رسانه حفظ می شوند (شکل زیر را ببینید).
بر اساس اطلاعات شکلهای بالا، میتوان ویژگیهای مختلف فناوریهای فیلتراسیون غشایی را خلاصه کرد:
1. میکروفیلتراسیون (MF)
ذرات با اندازه تقریباً 0.1-1 میکرومتر را حذف می کند. عمدتاً برای از بین بردن باکتری ها، مواد جامد معلق و مواد کلوئیدی استفاده می شود. جامدات محلول و مولکول های بزرگ می توانند از آن عبور کنند. فشار عملیاتی معمولاً حدود 0.07 مگاپاسکال است.
2. اولترافیلتراسیون (UF)
ذرات بزرگتر از تقریباً 0.002-0.1 میکرومتر را حذف می کند. در درجه اول برای حذف کلوئیدها، پروتئین ها، مواد جامد معلق و میکروارگانیسم ها استفاده می شود. قادر به دفع مواد با وزن مولکولی (MWCO) بالای 1000 تا 100000 در حالی که اجازه می دهد جامدات محلول و مولکول های کوچک عبور کنند. فشار عملیاتی معمولا بین 0.1 تا 0.7 مگاپاسکال است.
3. نانوفیلتراسیون (NF)
به دلیل توانایی آن در حذف ذرات حدود 1 نانومتر (0.001 میکرومتر) نامگذاری شده است. به طور معمول مواد آلی با وزن مولکولی بالاتر از 200-400 را با نرخ نمک زدایی 20٪ تا 98٪ حذف می کند. حذف یون های تک ظرفیتی بین 20 تا 98 درصد است، در حالی که یون های دو ظرفیتی را می توان با نرخ های بالاتر 90 تا 98 درصد حذف کرد. مناسب برای حذف رنگ ها، کربن آلی کل (TOC) و سختی. فشار کاری معمولا بین 0.35 تا 1.6 مگاپاسکال است.
4. اسمز معکوس (RO)
ذرات کوچک 0.0001 میکرومتر و مواد آلی با وزن مولکولی بالاتر از 150 تا 200 را حذف می کند. نرخ نمکزدایی میتواند از 95% فراتر رود و آن را به یک روش پیش تصفیه اولیه برای آب با شوری بالا و یکی از پیشرفتهترین فناوریهای تصفیه آب امروزی تبدیل میکند. کاربردهای آن به طور فزاینده ای گسترده است. فشار عملیاتی معمولاً بین 1.4 تا 6.0 مگاپاسکال است.
غشاهای اسمز معکوس (RO) نه تنها نرخ نمک زدایی بالایی را ارائه می دهند، بلکه به عنوان فیلترهای بسیار دقیق عمل می کنند. اندازه منافذ موثر آنها می تواند کوچکتر از 0.001 میکرومتر باشد (قطر موی انسان بیش از 30 میکرومتر است)، به سیستم های RO اجازه می دهد تا جامدات معلق ریز، باکتری ها، اندوتوکسین ها و سایر آلاینده ها را حذف کنند. با این حال، باید توجه داشت که منافذ به معنای فیزیکی در واقع در غشاهای RO وجود ندارند. چنین منافذی هرگز حتی در زیر میکروسکوپهای{4}}با بزرگنمایی بالا مشاهده نشده است. این باعث می شود که فیلتراسیون RO اساساً با فرآیندهای دارای منافذ غشایی واقعی مانند اولترافیلتراسیون متفاوت باشد.
شکل نشان می دهد که چگونه آب از یک غشای RO عبور می کند. این نشان میدهد که در طول فیلتراسیون، آب تقریباً از کل سطح غشاء جریان مییابد، و سرعت جریان اصلی در نزدیکی سطح غشاء اساساً با جریان نفوذ واقعی از غشا یکسان است.
هنگامی که آب از منافذ غشای اولترافیلتراسیون (UF) عبور می کند، سطح مقطع کل منافذ بسیار کوچکتر از سطح کلی غشاء است. در نتیجه، آب در نزدیکی سطح غشاء UF تحت فشار از طریق منافذ عبور می کند و باعث می شود سرعت جریان در هر منافذ به طور قابل توجهی بیشتر از سرعت جریان اصلی در نزدیکی سطح غشا باشد.
برای هر دو فرآیند RO و UF، همانطور که آب از سطح غشاء نفوذ می کند، ذرات معلق و سایر ناخالصی های موجود در آب تغذیه روی سطح غشا باقی می مانند. جریان نفوذ پیوسته نیرویی بر این آلاینده ها وارد می کند و از ورود مجدد آنها به جریان اصلی که به موازات سطح غشاء حرکت می کند جلوگیری می کند. برای بازگشت آلاینده ها به جریان اصلی، نیروی برشی جریان موازی در امتداد سطح غشا باید بر نیروی برشی آب نفوذ کننده غلبه کند. این توضیح می دهد که چرا حفظ نرخ جریان آب خوراک معین برای سیستم های RO حیاتی است. با این حال، در غشاهای UF، سرعت موضعی از طریق منافذ بسیار زیاد است و برش جریان موازی در نزدیکی سطح غشا برای جلوگیری از باقی ماندن آلایندههای باقیمانده روی غشا کافی نیست.
