تفاوت بین میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس

میکروفیلتراسیون (MF)
دقت فیلتراسیون بین 0.1 تا 50 میکرون است. میکروفیلتراسیون شامل المنت‌های فیلتر PP مختلف، المنت‌های فیلتر کربن فعال، المنت‌های فیلتر سرامیکی و غیره است. عناصر خطرناک مانند میکروارگانیسم‌ها را از آب حذف می‌کند. المنت فیلتر اغلب قابل شستشو نیست و یک ماده فیلتر یکبار مصرف است که باید به طور منظم تعویض شود.

① هسته پنبه‌ای PP: معمولاً فقط برای فیلتراسیون درشت با الزامات کم برای حذف ذرات بزرگ مانند رسوب و زنگ‌زدگی در آب استفاده می‌شود.

② کربن فعال: می‌تواند رنگ‌ها و بوهای مختلف موجود در آب را از بین ببرد، اما نمی‌تواند باکتری‌های موجود در آب را از بین ببرد و اثر حذف رسوب و زنگ نیز بسیار ضعیف است.

③ المنت فیلتر سرامیکی: دقت فیلتراسیون کوچک فقط 0.1 میکرون است و سرعت جریان معمولاً کم است که تمیز کردن آن آسان نیست.

غشای فوق تصفیه (UF)
یک غشای فیلتر میکرومتخلخل دارای محدوده اندازه منافذ اسمی 0.001-0.02 میکرون و استانداردهای اندازه منافذ ثابت است. فیلتراسیون غشایی اولترافیلتراسیون یک فرآیند فیلتراسیون غشایی است که از یک غشای اولترافیلتراسیون با اختلاف فشار به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌کند. اکثر غشاهای اولترافیلتراسیون از الیاف استات یا مواد پلیمری با ویژگی‌های قابل مقایسه ساخته شده‌اند. این غشا برای جداسازی و تغلیظ املاح در محلول‌های تصفیه مناسب است و همچنین اغلب برای جداسازی سوسپانسیون‌های کلوئیدی که با استفاده از سایر تکنیک‌های جداسازی به سختی قابل تهیه هستند، استفاده می‌شود و دامنه کاربرد آن به طور مداوم در حال رشد است.

اولترافیلتراسیون غشایی بر اساس اختلاف فشار به سه نوع طبقه‌بندی می‌شود: فیلتراسیون غشایی اولترافیلتراسیون، فیلتراسیون غشایی میکرومتخلخل و فیلتراسیون غشایی اسمز معکوس. آنها با اندازه ذرات ریز یا وزن مولکولی که لایه غشایی ممکن است حفظ کند، متمایز می‌شوند. هنگامی که محدوده اندازه منافذ نامی غشا به عنوان استاندارد متمایز استفاده می‌شود، غشای میکرومتخلخل (MF) دارای محدوده اندازه منافذ نامی 0.02-10 متر، غشای اولترافیلتراسیون (UF) دارای محدوده اندازه منافذ نامی 0.001-0.02 متر و غشای اسمز معکوس (RO) دارای محدوده اندازه منافذ نامی 0.0001-0.001 متر است. عناصر کنترلی متعددی برای منافذ وجود دارد، مانند غشاهای اولترافیلتراسیون با اندازه منافذ متفاوت، و توزیع اندازه منافذ ممکن است بر اساس نوع و غلظت محلول و همچنین شرایط تبخیر و انعقاد در طول تولید غشا ایجاد شود.

نقشه فیزیکی اولترافیلتراسیون
غشاهای اولترافیلتراسیون معمولاً غشاهای جداسازی پلیمری هستند و مواد پلیمری مورد استفاده برای غشاهای اولترافیلتراسیون عمدتاً شامل مشتقات سلولز، پلی سولفون، پلی اکریلونیتریل، پلی آمید و پلی کربنات هستند. غشاهای اولترافیلتراسیون به طور گسترده در صنایع دارویی، غذایی و محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرند و می‌توانند به صورت غشاهای مسطح، غشاهای رولی، غشاهای لوله‌ای یا غشاهای فیبر توخالی شکل بگیرند.

غشای اولترافیلتراسیون یکی از اولین غشاهای جداسازی پلیمری بود که اختراع شد و دستگاه‌های اولترافیلتراسیون در دهه ۱۹۶۰ ساخته شدند. غشاهای اولترافیلتراسیون به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند و به عنوان یک واحد عملیاتی شیمیایی جدید ظهور کرده‌اند. این غشاها در جداسازی، تغلیظ و خالص‌سازی محصولات بیولوژیکی، کالاهای دارویی و مواد غذایی و همچنین دستگاه‌های تصفیه نهایی در تصفیه خون، تصفیه فاضلاب و تهیه آب فوق خالص به کار می‌روند.

دقت فیلتراسیون نانوفیلتراسیون (NF) بین اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس است و نرخ نمک‌زدایی آن کمتر از اسمز معکوس است. در بازار، یک ضرب‌المثل رایج وجود داشت: نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس شلخته است. در واقع، این یک ایده فنی فریبنده است.
نقشه فیزیکی نانوفیلتراسیون
در مفهوم جداسازی واقعی، نانوفیلتراسیون یک غشای فیلتر است که اثر داونان را برآورده می‌کند و دارای دفع انتخابی یون است، غشایی که نفوذپذیری کلرید سدیم آن متناسب با غلظت کلرید سدیم است و بیش از 0.4 است. کاربردهای اصلی آن نمک‌زدایی و تغلیظ مایعات ورودی مختلف است. دفع 0٪ NaCl با استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون در 30000 ppm NaCl همراه با یون‌های دیگر مشاهده شد.

اسمز معکوس (RO): دقت فیلتراسیون حدود 0.0001 میکرون است و یک روش جداسازی غشایی با دقت بسیار بالا است که در اوایل دهه 1960 در ایالات متحده با استفاده از فشار تفاضلی توسعه یافت. این روش می‌تواند عملاً تمام آلاینده‌ها (چه مضر و چه مفید) را در آب فیلتر کند و فقط مولکول‌های آب را باقی بگذارد. در بیشتر موارد، از این روش در تولید آب خالص، آب فوق خالص صنعتی و آب فوق خالص پزشکی استفاده می‌شود. برای فناوری اسمز معکوس به فشار و انرژی نیاز است.

RO مخفف Reverse Osmosis membrane در انگلیسی است. از آنجایی که اندازه منافذ غشای RO پنج میلیونیم مو (0.0001 میکرون) است، به طور کلی با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیست و باکتری‌ها و ویروس‌ها 5000 آن هستند. بنابراین، فقط مولکول‌های آب و برخی یون‌های معدنی مفید برای بدن انسان می‌توانند از آن عبور کنند و سایر ناخالصی‌ها و فلزات سنگین از لوله فاضلاب تخلیه می‌شوند.

اصل اسمز معکوس:
اول و مهمتر از همه، باید مفهوم «اسمز» را درک کنیم. اسمز یک فرآیند فیزیکی است. وقتی دو نوع آب با نمک‌های متفاوت، مثلاً توسط یک مانع نیمه‌تراوا، از هم جدا می‌شوند، آبی که در سمتی با نمک کمتر قرار دارد، نفوذ می‌کند. غشا وارد آبی می‌شود که محتوای نمک بالایی دارد، اما نمک نفوذ نمی‌کند و باعث می‌شود غلظت نمک در هر دو طرف به تدریج با هم ترکیب شود تا زمانی که برابر شوند. با این حال، تکمیل این فرآیند که به عنوان فشار اسمزی نیز شناخته می‌شود، زمان زیادی می‌برد.

نقشه فیزیکی اسمز معکوس
با این حال، اگر سعی کنید فشاری را به سمت آب با محتوای نمک زیاد وارد کنید، نتیجه ممکن است نفوذ فوق الذکر را نیز محدود کند و این فشار به عنوان فشار اسمزی شناخته می‌شود. اگر فشار افزایش یابد، نفوذ می‌تواند معکوس شود و نمک باقی می‌ماند. در نتیجه، اصل نمک‌زدایی اسمز معکوس اعمال فشاری بیشتر از فشار اسمزی طبیعی در آب شور (مانند آب خام) است، به طوری که اسمز در جهت مخالف پیش می‌رود و مولکول‌های آب موجود در آب خام به طرف دیگر غشاء فشرده می‌شوند و در نتیجه آب تمیز حاصل می‌شود تا به هدف حذف ناخالصی‌ها و نمک‌ها از آب دست یابیم.

منشأ اسمز معکوس RO:

یک دانشمند آمریکایی، در سال ۱۹۵۰ به طور تصادفی دریافت که مرغ‌های دریایی هنگام پرواز در دریا، مقدار زیادی آب دریا را از سطح دریا می‌مکند. آنها پس از چند ثانیه مقدار کمی از آب دریا را بالا آوردند که نگرانی‌هایی را ایجاد کرد زیرا حیوانات روی خشکی از طریق ریه‌های خود تنفس می‌کنند. آب شور با نمک بالا قابل مصرف نیست. پس از تشریح، مشخص شد که بدن مرغ دریایی دارای یک لایه نازک است. این فیلم واقعاً دقیق است. مرغ دریایی آب شور را استنشاق می‌کند که متعاقباً فشرده می‌شود و مولکول‌های آب به دلیل اثر فشار از فیلم عبور می‌کنند.

این آب به آب شیرین تبدیل می‌شود و آلاینده‌ها و نمک بسیار غلیظ موجود در آب دریا از دهان خارج می‌شوند. این زیربنای نظری اساسی فرآیند اسمز معکوس است که برای اولین بار در سال ۱۹۵۳ توسط دانشگاه فلوریدا در تجهیزات نمک‌زدایی به کار گرفته شد. دکتر اس. سیدنی لود، استاد دانشکده پزشکی دانشگاه UCLA، با دکتر اس. سوریراجان همکاری کرد تا تحقیقات روی غشاهای اسمز معکوس را در سال ۲۰۰۹ با حمایت یک پروژه دولت فدرال ایالات متحده آغاز کند و تقریباً ۴۰۰ میلیون دلار آمریکا در سال برای تحقیق در مورد کاربرد آن بر روی فضانوردان سرمایه‌گذاری کرد.