ความแตกต่างระหว่างการกรองแบบไมโคร, กรองแบบอัลตรา, กรองแบบนาโน และกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับ

ไมโครฟิลเตรชั่น (MF)
ความแม่นยำในการกรองอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 50 ไมครอน ไส้กรองไมโครฟิลเตรชั่นประกอบด้วยไส้กรอง PP หลากหลายชนิด ไส้กรองคาร์บอนกัมมันต์ ไส้กรองเซรามิก และอื่นๆ ช่วยกำจัดสารอันตรายต่างๆ ออกจากน้ำ เช่น จุลินทรีย์ ไส้กรองมักไม่สามารถล้างทำความสะอาดได้ และเป็นวัสดุกรองแบบใช้ครั้งเดียวทิ้งที่ต้องเปลี่ยนเป็นประจำ

①แกนฝ้าย PP: โดยทั่วไปใช้สำหรับการกรองหยาบเท่านั้น โดยมีความต้องการต่ำเพื่อกำจัดอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น ตะกอนและสนิมในน้ำ

②คาร์บอนกัมมันต์: สามารถกำจัดสีและกลิ่นต่างๆ ในน้ำได้ แต่ไม่สามารถกำจัดแบคทีเรียในน้ำได้ และประสิทธิภาพในการกำจัดตะกอนและสนิมก็แย่มากเช่นกัน

③องค์ประกอบตัวกรองเซรามิก: ความแม่นยำในการกรองมีขนาดเล็กเพียง 0.1 ไมครอน และอัตราการไหลมักจะเล็ก ซึ่งไม่ง่ายที่จะทำความสะอาด

เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชัน (UF)
เมมเบรนกรองแบบไมโครพอรัสมีขนาดรูพรุนตั้งแต่ 0.001-0.02 ไมครอน และมีขนาดรูพรุนมาตรฐานคงที่ การกรองด้วยเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันเป็นกระบวนการกรองด้วยเมมเบรนที่ใช้เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชัน โดยมีแรงดันต่างเป็นแรงขับเคลื่อน เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันส่วนใหญ่ทำจากเส้นใยอะซิเตตหรือวัสดุพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน เมมเบรนชนิดนี้เหมาะสำหรับการแยกและทำให้สารละลายเข้มข้นในสารละลายบำบัด และยังมักใช้สำหรับการแยกสารแขวนลอยแบบคอลลอยด์ที่ยากต่อการทำให้เสร็จโดยใช้เทคนิคการแยกแบบอื่น และขอบเขตการประยุกต์ใช้ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันเมมเบรนโดยอาศัยความแตกต่างของความดันสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ การกรองด้วยเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชัน การกรองด้วยเมมเบรนแบบไมโครพอรัส และการกรองด้วยเมมเบรนแบบออสโมซิสผันกลับ เมมเบรนเหล่านี้มีความแตกต่างกันที่ขนาดอนุภาคหรือน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็กที่ชั้นเมมเบรนสามารถรักษาไว้ได้ เมื่อใช้ช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดของเมมเบรนเป็นมาตรฐาน เมมเบรนแบบไมโครพอรัส (MF) จะมีช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดอยู่ที่ 0.02-10 ม. เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชัน (UF) จะมีช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดอยู่ที่ 0.001-0.02 ม. และเมมเบรนแบบออสโมซิสผันกลับ (RO) จะมีช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดอยู่ที่ 0.0001-0.001 ม. มีองค์ประกอบควบคุมรูพรุนหลายอย่าง เช่น เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันที่มีขนาดรูพรุนแตกต่างกัน การกระจายขนาดรูพรุนอาจเกิดขึ้นตามชนิดและความเข้มข้นของสารละลาย รวมถึงสภาวะการระเหยและการแข็งตัวของสารละลายในระหว่างการผลิตเมมเบรน

แผนที่ทางกายภาพของการกรองแบบอัลตรา
เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันมักเป็นเมมเบรนแยกพอลิเมอร์ โดยวัสดุพอลิเมอร์ที่ใช้สำหรับเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุพันธ์ของเซลลูโลส โพลีซัลโฟน โพลีอะคริโลไนไตรล์ โพลีเอไมด์ และโพลีคาร์บอเนต เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยา อาหาร และสิ่งแวดล้อม และสามารถขึ้นรูปเป็นเมมเบรนแบบแบน เมมเบรนแบบม้วน เมมเบรนแบบท่อ หรือเมมเบรนแบบเส้นใยกลวง

เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันเป็นหนึ่งในเมมเบรนแยกพอลิเมอร์รุ่นแรกๆ ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น และเครื่องจักรอัลตราฟิลเตรชันก็ถูกผลิตขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม และได้กลายมาเป็นหน่วยการผลิตสารเคมีแบบใหม่ เมมเบรนนี้ใช้ในการแยก เข้มข้น และบำบัดสารชีวภาพ ผลิตภัณฑ์ยา และอาหาร รวมถึงอุปกรณ์บำบัดขั้นสุดท้ายในการบำบัดเลือด บำบัดน้ำเสีย และเตรียมน้ำบริสุทธิ์พิเศษ

ความแม่นยำในการกรองของนาโนฟิลเตรชัน (NF) อยู่ระหว่างอัลตราฟิลเตรชันและออสโมซิสย้อนกลับ และอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำต่ำกว่าออสโมซิสย้อนกลับ ในตลาดมีคำกล่าวที่แพร่หลายว่า นาโนฟิลเตรชันเป็นการออสโมซิสย้อนกลับที่หละหลวม จริงๆ แล้ว นี่เป็นแนวคิดทางเทคนิคที่หลอกลวง
แผนที่ทางกายภาพของนาโนฟิลเตรชัน
ในแนวคิดการแยกสารจริง นาโนฟิลเตรชันคือเมมเบรนกรองที่เป็นไปตามปรากฏการณ์ดอนาน (Daunan effect) และมีคุณสมบัติการปฏิเสธไอออนแบบเลือกสรร ซึ่งเป็นเมมเบรนที่มีความสามารถในการซึมผ่านของโซเดียมคลอไรด์แปรผันตามความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์ และมีค่ามากกว่า 0.4 การใช้งานหลักคือการกำจัดเกลือออกจากน้ำและความเข้มข้นของของเหลวขาเข้าต่างๆ พบว่ามีการปฏิเสธโซเดียมคลอไรด์ 0% โดยใช้เมมเบรนกรองนาโนที่ความเข้มข้น 30,000 ppm ร่วมกับไอออนอื่นๆ

รีเวิร์สออสโมซิส (RO): ความแม่นยำในการกรองอยู่ที่ประมาณ 0.0001 ไมครอน และเป็นวิธีการแยกเมมเบรนที่มีความแม่นยำสูงพิเศษที่พัฒนาขึ้นในสหรัฐอเมริกาในช่วงต้นทศวรรษ 1960 โดยใช้แรงดันที่แตกต่างกัน สามารถกรองสารปนเปื้อนในน้ำได้เกือบทุกชนิด (ทั้งที่เป็นอันตรายและมีประโยชน์) เหลือเพียงโมเลกุลของน้ำ ในกรณีส่วนใหญ่ รีเวิร์สออสโมซิสถูกนำมาใช้ในการผลิตน้ำบริสุทธิ์ น้ำบริสุทธิ์พิเศษในอุตสาหกรรม และน้ำบริสุทธิ์พิเศษทางการแพทย์ เทคโนโลยีรีเวิร์สออสโมซิสจำเป็นต้องใช้แรงดันและพลังงาน

RO ย่อมาจาก Reverse Osmosis membrane ในภาษาอังกฤษ เนื่องจากขนาดรูพรุนของเมมเบรน RO เท่ากับ 5 ในล้านส่วนของเส้นผม (0.0001 ไมครอน) จึงมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และแบคทีเรียและไวรัสมีขนาด 5,000 ไมครอน ดังนั้น มีเพียงโมเลกุลของน้ำและไอออนแร่ธาตุบางชนิดที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายมนุษย์เท่านั้นที่สามารถผ่านเข้าไปได้ และสิ่งเจือปนและโลหะหนักอื่นๆ จะถูกระบายออกจากท่อน้ำเสีย

หลักการของการออสโมซิสย้อนกลับ:
ก่อนอื่น เราต้องเข้าใจแนวคิดเรื่อง "ออสโมซิส" เสียก่อน ออสโมซิสเป็นกระบวนการทางกายภาพ เมื่อน้ำสองชนิดที่มีเกลือต่างกันถูกแยกออกจากกัน เช่น โดยสิ่งกั้นกึ่งซึมผ่าน น้ำด้านที่มีเกลือน้อยกว่าจะซึมผ่านได้ เยื่อเมมเบรนจะซึมผ่านน้ำที่มีปริมาณเกลือสูง แต่เกลือไม่ซึมผ่าน ทำให้ความเข้มข้นของเกลือทั้งสองด้านค่อยๆ หลอมรวมกันจนเท่ากัน อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่าจะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งเรียกว่า ความดันออสโมซิส

แผนที่ทางกายภาพของการออสโมซิสย้อนกลับ
อย่างไรก็ตาม หากคุณพยายามเพิ่มแรงดันน้ำที่มีปริมาณเกลือสูง ผลที่ตามมาอาจจำกัดการซึมผ่านที่กล่าวถึงข้างต้น และแรงดันนี้เรียกว่า แรงดันออสโมซิส หากเพิ่มแรงดัน การซึมผ่านสามารถย้อนกลับได้ และเกลือจะคงอยู่ ดังนั้น หลักการของการแยกเกลือออกจากน้ำด้วยระบบออสโมซิสย้อนกลับ คือการใช้แรงดันที่สูงกว่าแรงดันออสโมซิสตามธรรมชาติในน้ำเค็ม (เช่น น้ำดิบ) เพื่อให้การออสโมซิสดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้าม และโมเลกุลของน้ำในน้ำดิบจะถูกกดไปยังอีกด้านหนึ่งของเมมเบรน ส่งผลให้ได้น้ำสะอาด เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการกำจัดสิ่งสกปรกและเกลือออกจากน้ำ

ต้นกำเนิดของระบบ RO reverse osmosis :

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบโดยบังเอิญในปี 1950 ว่านกนางนวลดูดน้ำทะเลจากผิวน้ำปริมาณมหาศาลขณะบินอยู่ในทะเล พวกมันอาเจียนออกมาเล็กน้อยภายในไม่กี่วินาที ซึ่งสร้างความกังวลเนื่องจากสัตว์บนบกหายใจผ่านปอด น้ำเกลือที่มีเกลือสูงไม่สามารถบริโภคได้ หลังจากผ่าซากพบว่าลำตัวของนกนางนวลมีชั้นบางๆ ฟิล์มมีความแม่นยำมาก นกนางนวลสูดน้ำเกลือเข้าไป ซึ่งต่อมาจะถูกบีบอัด และโมเลกุลของน้ำจะผ่านฟิล์มเนื่องจากแรงดัน

น้ำทะเลจะถูกเปลี่ยนเป็นน้ำจืด และสารปนเปื้อนและเกลือเข้มข้นสูงในน้ำทะเลจะถูกคายออกจากปาก นี่คือทฤษฎีพื้นฐานของกระบวนการออสโมซิสย้อนกลับ ซึ่งมหาวิทยาลัยฟลอริดาได้นำมาประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์กำจัดเกลือเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2496 ดร. เอส. ซิดนีย์ โลด ศาสตราจารย์ประจำคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยยูซีแอลเอ ได้ร่วมมือกับ ดร. เอส. โซอิริราจัน เพื่อเริ่มการวิจัยเกี่ยวกับเมมเบรนออสโมซิสย้อนกลับในปี พ.ศ. 2552 โดยได้รับการสนับสนุนจากโครงการของรัฐบาลกลางสหรัฐอเมริกา และได้ลงทุนประมาณ 400 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปีในการวิจัยเพื่อนำไปประยุกต์ใช้กับนักบินอวกาศ