میکروفیلتراسیون (MF)
میکروفیلتراسیون می تواند ذرات بین {{0}}.1 و 1 میکرون را رهگیری کند. غشای میکروفیلتراسیون به مواد آلی مولکولی بزرگ و جامدات محلول (نمک های معدنی) اجازه عبور می دهد، اما می تواند نفوذ مواد معلق، باکتری ها، برخی ویروس ها و کلوئیدهای در مقیاس بزرگ را مسدود کند. اختلاف فشار عملیاتی (نیروی محرکه موثر) در دو طرف غشای میکروفیلتراسیون به طور کلی 0.7 بار است.
اولترافیلتراسیون (UF)
اولترافیلتراسیون می تواند ذرات و ناخالصی های بین {{0}} را رهگیری کند.002 تا 0.1 میکرون. غشای اولترافیلتراسیون به مولکول های کوچک و جامدات محلول (نمک های معدنی) اجازه عبور می دهد، اما به طور موثر کلوئیدها، پروتئین ها، میکروارگانیسم ها و مواد آلی درشت مولکولی را مسدود می کند. وزن مولکولی برش مورد استفاده برای مشخص کردن غشای اولترافیلتراسیون معمولاً بین 1،000 و 100،000 است. فشار عملیاتی در دو طرف غشای اولترافیلتراسیون معمولاً 0.2 تا 7 بار است.
نانو فیلتراسیون (NF)
نانوفیلتراسیون نوع خاصی از غشای جداسازی است. این نام به این دلیل است که می تواند موادی در حدود 1 نانومتر ({1}}.001 میکرون) را در خود نگه دارد. محدوده عملیاتی نانوفیلتراسیون بین اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس است. این ماده آلی را با وزن مولکولی حدود 200 تا 400 حفظ می کند و توانایی آن در حفظ نمک های محلول بین 20 تا 98 درصد است. سرعت حذف محلول نمک آنیون تک ظرفیتی کمتر از محلول نمک آنیون با ظرفیت بالا است. به عنوان مثال، میزان حذف کلرید سدیم و کلرید کلسیم 20 تا 80 درصد است در حالی که میزان حذف سولفات منیزیم و سولفات سدیم 90 تا 98 درصد است. غشاهای نانو فیلتراسیون عموماً برای حذف مواد آلی و رنگ از آب های سطحی، حذف سختی و رادیوم رادیواکتیو از آب چاه، حذف نسبی نمک های محلول، تغلیظ مواد غذایی و جداسازی مواد مفید در داروها استفاده می شوند. فشار عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون عموماً 3.5 تا 16 بار است.
اسمز معکوس (RO)
اسمز معکوس پیچیده ترین تکنولوژی جداسازی مایع غشایی است. می تواند تقریباً تمام نمک های محلول و مواد آلی با وزن مولکولی بیشتر از 100 را مسدود کند، اما به مولکول های آب اجازه عبور می دهد. نرخ نمک زدایی غشای اسمز معکوس استات سلولز به طور کلی بیشتر از 95٪ است و نرخ نمک زدایی غشای کامپوزیت اسمز معکوس معمولاً بیشتر از 98٪ است. آنها به طور گسترده ای در نمک زدایی آب دریا و آب شور، آب خوراک دیگ بخار، آب خالص صنعتی و تهیه آب فوق خالص درجه الکترونیکی، تولید آب خالص آشامیدنی، تصفیه فاضلاب و فرآیندهای جداسازی ویژه استفاده می شوند. استفاده از اسمز معکوس قبل از تبادل یونی می تواند هزینه های عملیاتی و تخلیه فاضلاب را تا حد زیادی کاهش دهد. فشار عملکرد غشای اسمز معکوس معمولاً زمانی که آب ورودی آب شور است بیشتر از 5 بار است و زمانی که آب ورودی آب دریا باشد معمولاً کمتر از 84 بار است.
مقدمه ای بر فناوری اولترافیلتراسیون
اولترافیلتراسیون یک فناوری جداسازی غشایی است که توسط فشار هدایت می شود. فیلتراسیون توسط اختلاف فشار در هر دو طرف غشا انجام می شود و یک فرآیند جداسازی محلول بر اساس اصل غربالگری مکانیکی است. در طیف تفکیک از اسمز معکوس تا میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون بین نانوفیلتراسیون (NF) و میکروفیلتراسیون (MF) است. دیافراگم الک معمولاً بین 2~100nm است و فشار کاری معمولاً 0.01~0.3 MPa است. در سال 1896، مارتین اولین غشای اولترافیلتراسیون مصنوعی را ساخت. در دهه 1960 مفهوم وزن مولکولی مطرح شد که آغاز اولترافیلتراسیون مدرن بود. دهه های 1970 و 1980 دوره توسعه سریع بود و بعد از دهه 1990 شروع به بلوغ کرد.
اولترافیلتراسیون از یک غشای نیمه تراوا متخلخل نامتقارن، یعنی یک غشای اولترافیلتراسیون، به عنوان یک محیط فیلتراسیون برای رهگیری املاح، ذرات و سوسپانسیون های کلوئیدی مختلف در محلول برای دستیابی به هدف جداسازی و خالص سازی استفاده می کند. اولترافیلتراسیون می تواند به طور موثر ذرات، کلوئیدها، باکتری ها، منابع حرارتی و مواد آلی موجود در آب را حذف کند. برای فرآیندهای مختلف تولید به منظور جداسازی، غلظت و خالص سازی مناسب است. این به طور گسترده در جداسازی، پالایش و غلظت مواد مایع در مهندسی زیستی با فناوری پیشرفته، مهندسی داروسازی، مواد شیمیایی خوب و سایر صنایع استفاده می شود. به دلیل فرآیند استفاده ساده، عدم گرمایش و راندمان بالا، ایمن تر و کارآمدتر از روش های سنتی با غلظت خلاء، دیالیز، خشک کردن انجمادی، جداسازی گریز از مرکز و سایر روش ها است.
در 30 سال گذشته، توسعه فناوری اولترافیلتراسیون بسیار سریع بوده است. نه تنها نقش منحصر به فردی در جداسازی محلول های خاص دارد، بلکه در تامین آب صنعتی نیز روز به روز بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال، در تهیه نمک زدایی از آب دریا، آب بازیافتی، آب خالص و آب با خلوص بالا، اولترافیلتراسیون می تواند به عنوان یک تجهیزات پیش تصفیه برای اطمینان از عملکرد طولانی مدت ایمن و پایدار تجهیزات بعدی مانند اسمز معکوس استفاده شود.
در مقایسه با فن آوری های سنتی فیلتراسیون و میکروفیلتراسیون، مزایای اولترافیلتراسیون آشکار است. اندازه منافذ غربالگری آن کوچک است و تقریباً می تواند تمام باکتری ها، منابع گرما، ویروس ها، ذرات کلوئیدی، پروتئین ها و مواد آلی درشت مولکولی را در محلول رهگیری کند. کل فرآیند در یک حالت پویا انجام می شود و هیچ کیک فیلتری تشکیل نمی شود، به طوری که موادی که نمی توانند از سطح غشاء عبور کنند فقط تجمع محدودی دارند و نرخ فیلتراسیون می تواند در یک حالت پایدار و بدون پیوستگی به مقدار تعادل خاصی برسد. تضعیف جداسازی املاح ماکرومولکولی توسط غشاهای اولترافیلتراسیون عمدتاً به اندازه منافذ غشاء بستگی دارد، یعنی اثرات جذب، رد، مسدود کردن و غربالگری غشاء روی املاح ماکرومولکولی. اینکه آیا جداسازی مؤثر نه تنها به اندازه منافذ غشاء و اندازه، شکل و استحکام و انعطاف پذیری ذرات املاح بستگی دارد، بلکه به خواص شیمیایی محلول (مقدار pH، خواص الکتریکی)، ترکیب (اعم از وجود ذرات دیگر) بستگی دارد. و ساختار، خواص الکتریکی و خواص شیمیایی (آب گریز، آب دوستی و غیره) سطح لایه متراکم غشاء.
