Mikrofiltracja (MF)
Dokładność filtracji mieści się w zakresie od 0,1 do 50 mikronów. Mikrofiltracja obejmuje różne elementy filtracyjne PP, elementy filtracyjne z węglem aktywnym, ceramiczne elementy filtracyjne i inne. Usuwa z wody niebezpieczne elementy, takie jak mikroorganizmy. Element filtracyjny często nie nadaje się do mycia i jest jednorazowym materiałem filtracyjnym, który należy regularnie wymieniać.
① Rdzeń bawełniany PP: stosowany zazwyczaj do filtracji wstępnej, przy niskich wymaganiach dotyczących usuwania dużych cząstek, takich jak osad i rdza w wodzie.
②Węgiel aktywny: Może eliminować różne kolory i zapachy w wodzie, ale nie jest w stanie usunąć z niej bakterii. Ponadto jego skuteczność w usuwaniu osadów i rdzy jest bardzo słaba.
③Element filtrujący ceramiczny: Dokładność filtracji wynosi zaledwie 0,1 mikrona, a natężenie przepływu jest zazwyczaj niewielkie, co utrudnia czyszczenie.
Membrana ultrafiltracyjna (UF)
Mikroporowata membrana filtracyjna charakteryzuje się nominalnym zakresem wielkości porów od 0,001 do 0,02 mikrona i spełnia stałe standardy wielkości porów. Ultrafiltracja membranowa to proces filtracji membranowej, w którym siłą napędową jest membrana ultrafiltracyjna, a siła napędowa to różnica ciśnień. Większość membran ultrafiltracyjnych jest wykonana z włókien octanowych lub materiałów polimerowych o porównywalnych właściwościach. Membrana ta nadaje się do separacji i zagęszczania substancji rozpuszczonych w roztworach oczyszczających, a także jest często wykorzystywana do separacji zawiesin koloidalnych, które trudno jest poddać obróbce innymi technikami separacji. Obszary jej zastosowań stale rosną.
Ultrafiltrację membranową opartą na różnicy ciśnień klasyfikuje się na trzy typy: ultrafiltrację membranową, mikroporowatą filtrację membranową oraz filtrację membranową odwróconej osmozy. Różnią się one niewielkim rozmiarem cząstek lub masą cząsteczkową, jaką może utrzymać warstwa membrany. Gdy jako standard rozróżniający stosuje się zakres nominalnej wielkości porów membrany, membrana mikroporowata (MF) ma zakres nominalnej wielkości porów 0,02–10 µm, membrana ultrafiltracyjna (UF) ma zakres nominalnej wielkości porów 0,001–0,02 µm, a membrana odwróconej osmozy (RO) ma zakres nominalnej wielkości porów 0,0001–0,001 µm. Istnieje kilka elementów sterujących porami, takich jak membrany ultrafiltracyjne o zmiennej wielkości porów, a rozkłady wielkości porów mogą być generowane w oparciu o rodzaj i stężenie roztworu, a także warunki parowania i koagulacji podczas produkcji membrany.
Mapa fizyczna ultrafiltracji
Membrany ultrafiltracyjne to zazwyczaj polimerowe membrany separacyjne, a materiały polimerowe wykorzystywane do ich produkcji to głównie pochodne celulozy, polisulfon, poliakrylonitryl, poliamid i poliwęglan. Membrany ultrafiltracyjne są szeroko stosowane w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i ochrony środowiska i mogą być formowane w membrany płaskie, membrany rolkowe, membrany rurowe lub membrany z włókien kanalikowych.
Membrana ultrafiltracyjna była jedną z pierwszych wynalezionych membran separacyjnych z polimerów, a urządzenia do ultrafiltracji zaczęto produkować w latach 60. XX wieku. Membrany ultrafiltracyjne są szeroko stosowane w przemyśle i rozwinęły się jako nowa jednostka chemiczna. Są wykorzystywane do separacji, zagęszczania i oczyszczania produktów biologicznych, produktów farmaceutycznych i artykułów spożywczych, a także w urządzeniach do końcowego oczyszczania w uzdatnianiu krwi, oczyszczaniu ścieków i przygotowywaniu wody ultraczystej.
Precyzja filtracji w nanofiltracji (NF) plasuje się pomiędzy ultrafiltracją a odwróconą osmozą, a szybkość odsalania jest niższa niż w przypadku odwróconej osmozy. Na rynku powszechnie utarło się powiedzenie: nanofiltracja to niedokładna odwrócona osmoza. W rzeczywistości jest to myląca koncepcja techniczna.
Mapa fizyczna nanofiltracji
W rzeczywistej koncepcji separacji, nanofiltracja to membrana filtrująca, która spełnia efekt Daunana i charakteryzuje się selektywnym odrzucaniem jonów. Membrana ta charakteryzuje się przepuszczalnością chlorku sodu proporcjonalną do jego stężenia i przekraczającą 0,4. Jej główne zastosowania to odsalanie i zagęszczanie różnych cieczy wejściowych. Zaobserwowano 0% odrzut NaCl przy użyciu membran nanofiltracyjnych przy stężeniu NaCl 30 000 ppm w połączeniu z innymi jonami.
Odwrócona osmoza (RO): Dokładność filtracji wynosi około 0,0001 mikrona. Jest to ultraprecyzyjna metoda separacji membranowej opracowana w Stanach Zjednoczonych na początku lat 60. XX wieku, wykorzystująca różnicę ciśnień. Pozwala ona na odfiltrowanie praktycznie wszystkich zanieczyszczeń (zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych) z wody, pozostawiając jedynie cząsteczki wody. W większości przypadków jest stosowana w produkcji wody czystej, ultraczystej wody przemysłowej i ultraczystej wody medycznej. Technologia odwróconej osmozy wymaga zwiększenia ciśnienia i energii.
RO to skrót od angielskiego słowa „reverse osmosis membrane” (membrana odwróconej osmozy). Ponieważ rozmiar porów membrany RO wynosi pięć milionowych części włosa (0,0001 mikrona), jest ona zazwyczaj niewidoczna gołym okiem, a bakterie i wirusy są w niej obecne w ilości 5000. W związku z tym mogą przez nią przenikać tylko cząsteczki wody i niektóre jony mineralne, które są korzystne dla organizmu człowieka, a inne zanieczyszczenia i metale ciężkie są odprowadzane z rury ściekowej.
Zasada odwróconej osmozy:
Przede wszystkim musimy zrozumieć ideę „osmozy”. Osmoza to proces fizyczny. Gdy dwa rodzaje wody o różnym stężeniu soli zostaną rozdzielone, na przykład za pomocą półprzepuszczalnej bariery, woda po stronie o mniejszym stężeniu soli będzie przenikać. Membrana wnika do wody o wysokim stężeniu soli, ale sól nie przenika, co powoduje stopniowe łączenie się soli po obu stronach, aż do wyrównania się ich stężenia. Jednak proces ten, znany również jako ciśnienie osmotyczne, zajmuje dużo czasu.
Mapa fizyczna odwróconej osmozy
Jednakże, próba wywarcia ciśnienia na wodę o dużej zawartości soli może również ograniczyć wspomnianą penetrację, a ciśnienie to nazywane jest ciśnieniem osmotycznym. Jeśli ciśnienie zostanie zwiększone, infiltracja może zostać odwrócona, a sól pozostanie. W rezultacie, zasada odsalania metodą odwróconej osmozy polega na zastosowaniu ciśnienia wyższego niż naturalne ciśnienie osmotyczne w wodzie słonej (takiej jak woda surowa), tak aby osmoza przebiegała w przeciwnym kierunku, a cząsteczki wody w wodzie surowej były dociskane do drugiej strony membrany, co skutkuje oczyszczeniem wody, a tym samym usunięciem zanieczyszczeń i soli z wody.
Geneza odwróconej osmozy RO:
Amerykański naukowiec, w 1950 roku, przypadkowo odkrył, że mewy podczas lotu nad morzem zasysają z powierzchni ogromny łyk wody morskiej. Po kilku sekundach wymiotują niewielką ilością wody morskiej, co wzbudziło obawy, ponieważ zwierzęta na lądzie oddychają płucami. Woda słona o wysokim stopniu zasolenia nie nadaje się do spożycia. Po sekcji zwłok odkryto, że ciało mewy ma cienką warstwę. Film jest naprawdę precyzyjny. Mewa wdycha słoną wodę, która następnie jest sprężana, a cząsteczki wody przechodzą przez film pod wpływem ciśnienia.
Jest ona przekształcana w słodką wodę, a zanieczyszczenia i niezwykle skoncentrowana sól w wodzie morskiej są wypluwane przez usta. To fundamentalna teoretyczna podstawa procesu odwróconej osmozy, który po raz pierwszy zastosowano w urządzeniach do odsalania w 1953 roku na Uniwersytecie Florydy. Dr S. Sidney Lode, profesor na Wydziale Medycznym Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, nawiązał współpracę z dr. S. Soirirajanem, aby rozpocząć badania nad membranami do odwróconej osmozy w 2009 roku, przy wsparciu projektu rządu federalnego USA, inwestując około 400 milionów dolarów rocznie w badania nad zastosowaniem tej technologii u astronautów.
Czas publikacji: 31 marca 2022 r.