Is-separazzjoni tal-membrana li tinkludi mikrofiltrazzjoni (MF), ultrafiltrazzjoni (UF), nanofiltrazzjoni (NF), u reverse osmosis (RO)-funzjonijiet ħafna bħal serje ta 'għarbiel, li jvarjaw minn oħxon għal fini u li jaqbdu partiċelli ta' daqs li jonqos. Fil-livell tar-reverse osmosis, madankollu, it-terminu "għarbiel" m'għadux biżżejjed; jaqbad joni maħlul f'partiċelli ta' l-ilma żgħar daqs 0.1 nanometri. Biex tifhem id-differenzi bejn dawn l-erba 'tipi ta' membrani, iċ-ċavetta mhix li timmemorizza ċifri tad-daqs tal-pori, iżda li taqbad ir-rwol speċifiku li kull membrana għandha fil-proċess ta 'trattament ġenerali.
I. Differenzi ewlenin Fost l-Erbgħa Tipi ta 'Membrani
Mikrofiltrazzjoni (MF): B'daqs tal-pori li jvarja minn 0.1 sa 10 mikrometri, dan jaġixxi bħal għarbiel għar-ramel. Jiġbor solidi sospiżi, batterji, u xi kollojdi, iżda ġeneralment jonqos milli jżomm molekuli organiċi kbar. Jeħtieġ l-inqas pressjoni operattiva biss 1 sa 2 bar (kg/cm²). Imluħa maħlula, proteini, u viruses kollha jgħaddu.
Ultrafiltrazzjoni (UF): B'daqs tal-pori ta '0.001 sa 0.1 mikrometri, dan jiffunzjona bħal għarbiel tad-dqiq. Jista 'jaqbad viruses, molekuli organiċi kbar, u partiċelli kollojdali, għalkemm imluħa maħlula u komposti organiċi ta' piż molekulari baxx għadhom jgħaddu. Il-pressjoni operattiva hija 1 sa 5 bar. Id-distinzjoni bejn ultrafiltrazzjoni u mikrofiltrazzjoni tinsab fid-daqs tal-pori: il-mikrofiltrazzjoni taqbad partiċelli akbar, filwaqt li l-ultrafiltrazzjoni taqbad dawk ta 'daqs medju.
Nanofiltrazzjoni (NF): B'daqs tal-pori ta 'madwar nanometru 1, dan jirrappreżenta forma ta' filtrazzjoni fina. Jista 'jaqbad joni divalenti (bħal kalċju, manjesju u sulfat) kif ukoll joni polivalenti, filwaqt li jippermetti li jgħaddu xi joni monovalenti (bħal sodju u klorur). Dak li jagħmel in-nanofiltrazzjoni unika huwa li tiddependi kemm fuq l-għarbil ibbażat fuq id-daqs kif ukoll fuq ir-repulsjoni bbażata fuq il-ħlas. Il-wiċċ tal-membrana jġorr ċarġ negattiv, li jreġġa 'l-qawwi anjoni divalenti bħal sulfat; konsegwentement, in-nanofiltrazzjoni toffri żamma selettiva tal-ebusija tal-ilma u ċerti imluħa. Il-pressjoni operattiva tvarja minn 5 sa 15 bar.
Reverse Osmosis (RO): Dan il-proċess ma jiddependix fuq kunċett konvenzjonali ta '"daqs tal-pori"; minflok, topera permezz ta 'mekkaniżmu ta' tixrid ta 'soluzzjoni. Il-molekuli ta 'l-ilma jistgħu jippenetraw is-saff attiv tal-poliamide dens, filwaqt li prattikament il-joni maħlul, il-komposti organiċi u l-batterji kollha huma mblukkati mill-membrana. B'rata ta 'rifjut tal-melħ ta' 95% sa 99.5%, l-ilma tal-prodott huwa kważi pur. Pressjonijiet operattivi jvarjaw minn 10 sa 70 bar (kg/cm²), jew saħansitra ogħla għad-desalinizzazzjoni tal-ilma baħar. Fost l-erba 'tipi ta' proċessi tal-membrana, reverse osmosis (RO) toffri l-aktar separazzjoni bir-reqqa u hija wkoll l-aktar għalja.
II. The Watershed: Minn "Għarbel" għal "Soluzzjoni-Diffusjoni"
Il-mikrofiltrazzjoni (MF) u l-ultrafiltrazzjoni (UF) jiddependu fuq għarbil purament fiżiku: partiċelli akbar mid-daqs tal-pori huma mblukkati, filwaqt li dawk iżgħar jgħaddu. Fil-prinċipju, dan mhuwiex differenti mill-użu ta 'għarbiel.
In-nanofiltrazzjoni (NF) tokkupa spazju transitorju. Jikkombina l-għarbil fiżiku (ibbażat fuq id-daqs tal-pori) ma 'repulsjoni elettrostatika minn ħlasijiet fuq il-wiċċ tal-membrana. Konsegwentement, NF juri rata ta 'rifjut ferm ogħla għal joni divalenti (kemm katjoni u anjoni) milli għal joni monovalenti. Meta mqabbel ma 'RO, NF huwa aktar effiċjenti fl-enerġija u jeħtieġ pressjoni operattiva aktar baxxa għal kompiti bħat-tneħħija ta' ebusija, sulfati jew kulur; meta mqabbel ma 'UF, jipprovdi separazzjoni aktar effettiva.
Reverse osmosis topera fuq prinċipju differenti. Is-saff attiv tiegħu huwa tant dens li l-ebda pori ma huma viżibbli-anke taħt mikroskopju. Il-molekuli ta 'l-ilma jidħlu fis-saff tal-membrana permezz ta' dissoluzzjoni u mbagħad jinfirxu lejn in-naħa l-oħra, immexxija mill-pressjoni. Minħabba li s-solubilità u r-rata ta 'diffużjoni tal-joni huma ferm aktar baxxi minn dawk tal-molekuli tal-ilma, l-ilma jgħaddi waqt li l-imluħa jitħallew lura. Dan huwa l-mudell "soluzzjoni-diffużjoni"-kunċett kompletament distint mill-għarbil. Dan jispjega għaliex RO jikseb rati għolja ta 'rifjut għal kważi l-imluħa maħlula kollha: mhuwiex li l-partiċelli tal-melħ huma kbar wisq biex jidħlu, iżda pjuttost li r-rata ta' xoljiment u diffużjoni tagħhom fis-saff tal-membrana hija estremament baxxa.
III. Relazzjonijiet Ġerarkiċi fi Flussi ta' Proċess Tipiċi
F'applikazzjonijiet prattiċi ta 'inġinerija, MF, UF, NF, u RO rarament jintużaw b'mod iżolat; minflok, huma impjegati bħala sistema ta 'difiża progressiva b'ħafna saffi.
Il-kombinazzjoni ta 'MF/UF segwita minn RO hija l-aktar konfigurazzjoni komuni. UF jipproduċi effluwent b'Indiċi tad-Densità tal-Ħam (SDI) ta 'inqas minn 3, li jservi bħala trattament minn qabel għal RO biex jipproteġi l-membrani RO minn fouling minn kollojdi u materja partikulata. Billi tnaqqas it-turbidità u l-kontenut kollojdali tal-ilma tal-għalf, UF inaqqas b'mod sinifikanti t-tnaqqis fil-fluss tal-membrana RO. Konsegwentement, ħafna proġetti ta 'użu mill-ġdid tal-ilma industrijali u ta' desalinizzazzjoni tal-ilma baħar jimpjegaw proċess ta 'membrana doppja: ultrafiltrazzjoni (UF) segwita minn reverse osmosis (RO).
In-nanofiltrazzjoni (NF) toffri flessibilità akbar f'termini tal-applikazzjoni tagħha. Meta l-ilma trattat jeħtieġ it-tneħħija ta 'jonji speċifiċi-iżda mhux desalinizzazzjoni totali-NF huwa aktar ekonomiku minn RO. Pereżempju, fit-trattib tal-ilma tax-xorb (tneħħi l-ebusija), NF jista 'jżomm joni divalenti bħall-kalċju u l-manjeżju filwaqt li jħalli xi joni monovalenti jgħaddu, u b'hekk jippreserva ċerti minerali. Applikazzjonijiet oħra, bħall-dekolorizzazzjoni tat-tessuti/l-ilma tad-drenaġġ taż-żebgħa jew is-separazzjoni tas-sulfat tas-sodju mill-klorur tas-sodju fl-ilma tad-dranaġġ kimiku, jisfruttaw il-kapaċitajiet ta 'ritenzjoni selettiva ta' karatteristika NF-a li jonqosha RO.
Il-mikrofiltrazzjoni (MF) hija tipikament użata jew bħala sostituzzjoni għall-filtrazzjoni tar-ramel tradizzjonali jew bħala komponent tal-membrana fi proċess ta 'Bijoreattur tal-Membrana (MBR). F'sistema MBR, membrani MF jew ultrafiltrazzjoni (UF) jintużaw biex tinkiseb separazzjoni sħiħa tal-ħama attivata mill-ilma; dan jirriżulta f'effluwent b'kontenut ta 'solidi sospiżi (SS) estremament baxx, li jelimina l-ħtieġa ta' kjarifikatur sekondarju.
IV. Differenzi fil-Pressjoni u l-Konsum tal-Enerġija
MF u UF joperaw bi pressjonijiet taħt il-5 bar, li jirriżultaw f'konsum baxx ħafna ta 'enerġija, primarjament immexxi mill-pompi tal-ilma tal-għalf. NF jaħdem fi pressjonijiet bejn 5 u 15 bar, b'konsum moderat ta 'enerġija. RO teħtieġ pressjonijiet operattivi għoljin, li jwasslu għal livelli ta 'konsum ta' enerġija diversi għal għexieren ta 'darbiet ogħla minn dawk tat-tliet tipi ta' membrana l-oħra. Pompi bi pressjoni għolja huma l-konsumaturi primarji tal-enerġija f'sistema RO, li jammontaw għal 60% sa 80% tal-użu totali tal-enerġija.
Għalhekk, meta tagħżel teknoloġija ta 'separazzjoni tal-membrana, wieħed għandu jikkunsidra mhux biss il-kwalità tal-ilma fil-mira iżda wkoll ir-rieda li jġarrab l-ispejjeż tal-enerġija meħtieġa biex jinkiseb dan. Jekk l-għan huwa sempliċement li jitneħħew solidi sospiżi u batterji, MF huwa biżżejjed. Jekk it-tneħħija ta 'molekuli organiċi kbar u viruses hija meħtieġa, UF huwa adegwat. Għal applikazzjonijiet li jinvolvu t-trattib tal-ilma (tneħħija tal-ebusija) jew separazzjoni tal-melħ, NF hija l-għażla ideali. Jekk l-effluwent jeħtieġ rata ta 'desalinizzazzjoni ta' aktar minn 95%, jew jekk l-ilma huwa maħsub biex jerġa 'jintuża bħala ilma purifikat, RO huwa essenzjali.
V. Differenzi fil-Membrane Fouling u Tindif
Fouling fil-membrani MF u UF huwa primarjament ta 'natura organika jew bijoloġika. Minħabba d-daqsijiet tal-pori akbar, il-partiċelli għandhom it-tendenza li jiffurmaw saff ta '"kejk tal-filtru" fuq il-wiċċ tal-membrana; fil-biċċa l-kbira tal-każijiet, il-fluss tal-membrana jista 'jiġi restawrat fil-biċċa l-kbira permezz tal-għorik tal-arja u l-backwashing tal-ilma. Il-fouling tal-membrana fin-nanofiltrazzjoni (NF) u l-osmosis inversa (RO) huwa ferm aktar kumpless, u jinvolvi taħlita ta 'erba' mekkaniżmi distinti: skalar inorganiku, fouling organiku, biofouling, u polarizzazzjoni tal-konċentrazzjoni. Ladarba membrana RO issir misduda bi skala ta 'karbonat tal-kalċju jew sulfat tal-kalċju, ħafna drabi huwa diffiċli li tirrestawra permezz ta' tindif kimiku in-situ; f'każijiet severi, il-membrana għandha tiġi sostitwita kompletament.
Fost l-erba 'tipi ta' membrani, RO għandu l-aktar rekwiżiti stretti għall-kwalità tal-ilma tal-għalf. Parametri bħall-Indiċi tad-Densità tal-Ħam (SDI), it-turbidità, il-kloru residwu, il-kontenut tal-ħadid u l-manganiż, l-ebusija, il-livelli tas-silikat, u l-attività tal-mikrobi għandhom jinżammu kollha f'meded dojoq ħafna. Dan huwa għaliex id-disinn tas-sistema ta 'trattament minn qabel huwa saħansitra aktar kritiku mill-għażla tal-membrana nnifisha-jekk it-trattament minn qabel ma jkunx adegwat, anke l-membrana RO ta' l-ogħla kwalità se tfalli fi żmien sitt xhur.
VI. Regoli Prattiċi għall- Għażla tal- Membrani
Meta tagħżel bejn mikrofiltrazzjoni (MF) u ultrafiltrazzjoni (UF), ikkunsidra dak li għandek bżonn tneħħi. Jekk ir-rekwiżit huwa għal solidi sospiżi (SS) taħt 1 mg/L u SDI taħt 5, MF huwa biżżejjed. Jekk għandek bżonn SDI taħt it-3 u t-tneħħija effettiva ta 'batterji u viruses, agħżel UF.
Meta tagħżel bejn NF u RO, ikkunsidra jekk għandekx bżonn iżżomm ċertu melħ. Jekk trid tneħħi l-kalċju u l-manjeżju filwaqt li żżomm ftit sodju u potassju, agħżel NF. Jekk għandek bżonn tneħħi l-melħ kollu maħlul, pereżempju, biex tipproduċi ilma pur, agħżel RO. Jekk l-għan huwa li tissepara l-imluħa monovalenti mill-imluħa divalenti, NF hija l-unika għażla vijabbli.
L-għażla tad-daqs u t-tip tal-pori tal-membrana m'għandhiex tkun ibbażata fuq pretensjonijiet ta 'manifattur dwar "kif hu nadif l-effluwent", iżda pjuttost fuq ir-rekwiżiti speċifiċi tal-kwalità tal-ilma għall-applikazzjoni downstream tiegħek. Għall-ilma tal-make-up tat-torri tat-tkessiħ, UF jista 'jkun biżżejjed; għall-ilma tal-għalf tal-bojler, madankollu, taħlita ta 'RO u skambjatur tal-joni b'sodda mħallta hija essenzjali. Fl-aħħar mill-aħħar, ir-rekwiżiti speċifiċi tal-użu finali jiddettaw l-għażla tal-membrana.
Fit-teknoloġija tal-membrana, daqs tal-pori iżgħar jew rata ogħla ta 'rifjut tal-melħ mhux neċessarjament aħjar. Purifikazzjoni eċċessiva twassal għal investiment kapitali bla bżonn u konsum ogħla ta 'enerġija. Il-kompetenza vera tinsab fl-għażla tal-għodda t-tajba għall-applikazzjoni speċifika, aktar milli sempliċement tagħżel l-aktar teknoloġija "avvanzata".
