Microfiltrazione (MF)
La microfiltrazione può intercettare particelle tra {{0}}.1 e 1 micron. La membrana di microfiltrazione consente il passaggio di materia organica molecolare di grandi dimensioni e solidi solubili (sali inorganici), ma può bloccare la penetrazione di materia sospesa, batteri, alcuni virus e colloidi su larga scala. La differenza di pressione operativa (forza motrice effettiva) su entrambi i lati della membrana di microfiltrazione è generalmente di 0,7 bar.
Ultrafiltrazione (UF)
L'ultrafiltrazione può intercettare particelle e impurità tra {{0}}.002 e 0,1 micron. La membrana di ultrafiltrazione consente il passaggio di piccole molecole e solidi solubili (sali inorganici), ma blocca efficacemente colloidi, proteine, microrganismi e materia organica macromolecolare. Il peso molecolare di cut-off utilizzato per caratterizzare la membrana di ultrafiltrazione è generalmente compreso tra 1,000 e 100,000. La pressione di esercizio su entrambi i lati della membrana di ultrafiltrazione è generalmente compresa tra 0,2 e 7 bar.
Nanofiltrazione (NF)
La nanofiltrazione è un tipo speciale di membrana di separazione. È chiamata così perché può trattenere sostanze di circa 1 nanometro (0.001 micron). L'intervallo operativo della nanofiltrazione è tra l'ultrafiltrazione e l'osmosi inversa. Trattiene materia organica con un peso molecolare di circa 200~400 e la sua capacità di trattenere sali solubili è tra il 20~98%. Il tasso di rimozione della soluzione di sale anionico monovalente è inferiore a quello della soluzione di sale anionico ad alta valenza. Ad esempio, il tasso di rimozione del cloruro di sodio e del cloruro di calcio è del 20~80%, mentre il tasso di rimozione del solfato di magnesio e del solfato di sodio è del 90~98%. Le membrane di nanofiltrazione sono generalmente utilizzate per rimuovere materia organica e colore dall'acqua di superficie, rimuovere durezza e radio radioattivo dall'acqua di pozzo, rimuovere parzialmente sali solubili, concentrare cibo e separare sostanze utili nei medicinali. La pressione operativa delle membrane di nanofiltrazione è generalmente di 3,5~16 bar.
Osmosi inversa (RO)
L'osmosi inversa è la tecnologia di separazione dei liquidi a membrana più sofisticata. Può bloccare quasi tutti i sali solubili e la materia organica con un peso molecolare superiore a 100, ma consente il passaggio delle molecole d'acqua. Il tasso di desalinizzazione della membrana a osmosi inversa in acetato di cellulosa è generalmente superiore al 95% e il tasso di desalinizzazione della membrana composita a osmosi inversa è generalmente superiore al 98%. Sono ampiamente utilizzate nella desalinizzazione dell'acqua di mare e dell'acqua salmastra, nell'acqua di alimentazione delle caldaie, nella preparazione di acqua pura industriale e acqua ultrapura di grado elettronico, nella produzione di acqua potabile pura, nel trattamento delle acque reflue e nei processi di separazione speciali. L'utilizzo dell'osmosi inversa prima dello scambio ionico può ridurre notevolmente i costi operativi e lo scarico delle acque reflue. La pressione di esercizio della membrana a osmosi inversa è generalmente superiore a 5 bar quando l'acqua in ingresso è acqua salmastra ed è generalmente inferiore a 84 bar quando l'acqua in ingresso è acqua di mare.
Introduzione alla tecnologia di ultrafiltrazione
L'ultrafiltrazione è una tecnologia di separazione a membrana guidata dalla pressione. La filtrazione è guidata dalla differenza di pressione su entrambi i lati della membrana ed è un processo di separazione della soluzione basato sul principio di setacciatura meccanica. Nello spettro di separazione che va dall'osmosi inversa alla microfiltrazione, l'ultrafiltrazione è tra la nanofiltrazione (NF) e la microfiltrazione (MF). L'apertura di setacciatura è generalmente compresa tra 2~100nm e la pressione operativa è solitamente 0,01~0,3 MPa. Nel 1896, Martin realizzò la prima membrana artificiale per ultrafiltrazione. Negli anni '60, fu proposto il concetto di peso molecolare, che segnò l'inizio dell'ultrafiltrazione moderna. Gli anni '70 e '80 furono un periodo di rapido sviluppo e iniziò a maturare dopo gli anni '90.
L'ultrafiltrazione utilizza una membrana semipermeabile porosa asimmetrica, vale a dire una membrana per ultrafiltrazione, come mezzo di filtrazione per intercettare vari soluti macromolecolari, particelle e sospensioni colloidali nella soluzione per raggiungere lo scopo di separazione e purificazione. L'ultrafiltrazione può rimuovere efficacemente particelle, colloidi, batteri, fonti di calore e materia organica nell'acqua. È adatta a vari processi di produzione allo scopo di separazione, concentrazione e purificazione. È ampiamente utilizzata nella separazione, raffinazione e concentrazione di materiali liquidi in bioingegneria ad alta tecnologia, ingegneria farmaceutica, chimica fine e altre industrie. Grazie al suo processo di utilizzo semplice, nessun riscaldamento e alta efficienza, è più sicura ed efficiente della tradizionale concentrazione sotto vuoto, dialisi, liofilizzazione, separazione centrifuga e altri metodi.
Negli ultimi 30 anni, lo sviluppo della tecnologia di ultrafiltrazione è stato estremamente rapido. Non solo ha un ruolo unico nella separazione di soluzioni speciali, ma è anche stata utilizzata sempre di più nell'approvvigionamento idrico industriale. Ad esempio, nella preparazione della desalinizzazione dell'acqua di mare, dell'acqua recuperata, dell'acqua pura e dell'acqua ad alta purezza, l'ultrafiltrazione può essere utilizzata come apparecchiatura di pretrattamento per garantire il funzionamento sicuro e stabile a lungo termine di apparecchiature successive come l'osmosi inversa.
Rispetto alle tradizionali tecnologie di filtrazione e microfiltrazione, i vantaggi dell'ultrafiltrazione sono evidenti. La dimensione dei pori di screening è piccola e può quasi intercettare tutti i batteri, le fonti di calore, i virus, le particelle colloidali, le proteine e la materia organica macromolecolare nella soluzione; l'intero processo viene eseguito in uno stato dinamico e non si forma alcuna torta di filtrazione, in modo che le sostanze che non possono passare attraverso la superficie della membrana siano solo un accumulo limitato e la velocità di filtrazione può raggiungere un certo valore di equilibrio in uno stato stabile senza attenuazione continua. La separazione dei soluti macromolecolari mediante membrane di ultrafiltrazione dipende principalmente dalla dimensione dei pori della membrana, ovvero dagli effetti di adsorbimento, rigetto, blocco e screening della membrana sui soluti macromolecolari. L'efficacia della separazione non dipende solo dalla dimensione dei pori della membrana e dalla dimensione, forma, rigidità e flessibilità delle particelle di soluto, ma anche dalle proprietà chimiche della soluzione (valore del pH, proprietà elettriche), dalla composizione (se sono presenti altre particelle) e dalla struttura, dalle proprietà elettriche e chimiche (idrofobicità, idrofilia, ecc.) della superficie dello strato denso della membrana.