Veel mensen begrijpen de verschillen tussen de verschillende membraanfiltratietechnologieën niet volledig. In dit artikel geven we een uitgebreide uitleg.
Naast het verwijderen van kationen en anionen (dwz ontzilting), kan omgekeerde osmose (RO) ook een breed scala aan verontreinigingen elimineren. Daarom wordt het als een vorm van filtratie beschouwd. Het bereik van onzuiverheden verwijderd door RO, nanofiltratie (NF), ultrafiltratie (UF), microfiltratie (MF) en conventionele filtratie (CF) wordt weergegeven in Figuur 1, terwijl de afmetingen van veel voorkomende stoffen te vinden zijn in Tabel 2.
Omgekeerde osmose (RO), nanofiltratie (NF), microfiltratie (MF) en ultrafiltratie (UF) zijn typen kruis-stroomfiltratie. Tijdens het proces wordt het voedingswater verdeeld in een permeaatstroom (productwater) en een concentraatstroom die geconcentreerde opgeloste stoffen of gesuspendeerde deeltjes bevat, waarbij de meeste opgeloste stoffen en onzuiverheden in het concentraat worden meegevoerd (zie onderstaande figuur).
Conventionele filtratie zorgt er daarentegen voor dat water rechtstreeks door de filtermedia (zoals filterbedden of membranen) stroomt, waarbij onzuiverheden op of in de media worden vastgehouden (zie onderstaande afbeelding).
Op basis van de informatie uit bovenstaande figuren kunnen we de kenmerken van verschillende membraanfiltratietechnologieën samenvatten:
1.Microfiltratie (MF)
Verwijdert deeltjes met een grootte van ongeveer 0,1–1 μm. Hoofdzakelijk gebruikt voor het elimineren van bacteriën, zwevende deeltjes en colloïdaal materiaal. Opgeloste vaste stoffen en grote moleculen kunnen er doorheen. De bedrijfsdruk ligt doorgaans rond de 0,07 MPa.
2.Ultrafiltratie (UF)
Verwijdert deeltjes groter dan ongeveer 0,002–0,1 μm. Hoofdzakelijk gebruikt voor het verwijderen van colloïden, eiwitten, zwevende stoffen en micro-organismen. Kan stoffen met een molecuulgewicht (MWCO) van meer dan 1.000–100.000 afstoten, terwijl opgeloste vaste stoffen en kleine moleculen worden doorgelaten. De bedrijfsdruk varieert doorgaans van 0,1 tot 0,7 MPa.
3. Nanofiltratie (NF)
Genoemd naar zijn vermogen om deeltjes rond 1 nm (0,001 μm) te verwijderen. Verwijdert doorgaans organische stoffen met een molecuulgewicht boven de 200–400, met een ontziltingspercentage van 20%–98%. De verwijdering van eenwaardige ionen varieert van 20% tot 98%, terwijl tweewaardige ionen met hogere snelheden van 90% tot 98% kunnen worden verwijderd. Geschikt voor het verwijderen van kleurstoffen, totaal organische koolstof (TOC) en hardheid. De bedrijfsdruk varieert gewoonlijk van 0,35 tot 1,6 MPa.
4. Omgekeerde osmose (RO)
Verwijdert deeltjes zo klein als 0,0001 μm en organische stoffen met molecuulgewichten boven 150–200. Het ontziltingspercentage kan oplopen tot meer dan 95%, waardoor het een primaire voorbehandelingsmethode is voor water met een hoog-zoutgehalte en een van de meest geavanceerde waterbehandelingstechnologieën van dit moment. De toepassingen ervan worden steeds breder. De bedrijfsdruk varieert doorgaans van 1,4 tot 6,0 MPa.
Omgekeerde osmose (RO)-membranen bieden niet alleen hoge ontziltingspercentages, maar functioneren ook als zeer nauwkeurige filters. Hun effectieve poriegrootte kan kleiner zijn dan 0,001 μm (de diameter van menselijk haar is meer dan 30 μm), waardoor RO-systemen fijne zwevende stoffen, bacteriën, endotoxinen en andere verontreinigingen kunnen verwijderen. Er moet echter worden opgemerkt dat poriën in fysieke zin feitelijk niet bestaan in RO-membranen; Dergelijke poriën zijn nog nooit waargenomen, zelfs niet onder microscopen met een hoge- vergroting. Dit maakt RO-filtratie fundamenteel anders dan processen met echte membraanporiën, zoals ultrafiltratie.
De figuur illustreert hoe water door een RO-membraan stroomt. Hieruit blijkt dat tijdens filtratie water door vrijwel het gehele membraanoppervlak stroomt en dat de snelheid van de hoofdstroom nabij het membraanoppervlak in wezen hetzelfde is als de werkelijke permeaatstroom door het membraan.
Wanneer water door de poriën van een ultrafiltratiemembraan (UF) stroomt, is het totale dwarsdoorsnedeoppervlak van de poriën veel kleiner dan het totale membraanoppervlak. Als gevolg hiervan wordt water nabij het UF-membraanoppervlak onder druk door de poriën geperst, waardoor de stroomsnelheid door elke porie aanzienlijk hoger is dan de snelheid van de hoofdstroom nabij het membraanoppervlak.
Bij zowel RO- als UF-processen worden, terwijl water door het membraanoppervlak dringt, zwevende deeltjes en andere onzuiverheden in het voedingswater op het membraanoppervlak vastgehouden. De continue permeaatstroom oefent een kracht uit op deze verontreinigingen, waardoor wordt voorkomen dat ze opnieuw-in de hoofdstroom terechtkomen die evenwijdig aan het membraanoppervlak beweegt. Om ervoor te zorgen dat de verontreinigingen terugkeren naar de hoofdstroom, moet de schuifkracht van de parallelle stroom langs het membraanoppervlak de schuifkracht van het binnendringende water overwinnen. Dit verklaart waarom het handhaven van een bepaald voedingswaterdebiet van cruciaal belang is voor RO-systemen. Bij UF-membranen is de lokale snelheid door de poriën echter zeer hoog en is de parallelle stroomafschuiving nabij het membraanoppervlak onvoldoende om te voorkomen dat achtergebleven verontreinigingen op het membraan achterblijven.
