Mikrofiltrácia (MF)
Mikrofiltrácia môže zachytiť častice medzi {{0}},1 až 1 mikrón. Mikrofiltračná membrána umožňuje prechod veľkých molekulárnych organických látok a rozpustných pevných látok (anorganických solí), ale môže blokovať prenikanie suspendovaných látok, baktérií, niektorých vírusov a veľkých koloidov. Rozdiel prevádzkového tlaku (efektívna hnacia sila) na oboch stranách mikrofiltračnej membrány je vo všeobecnosti 0,7 bar.
Ultrafiltrácia (UF)
Ultrafiltrácia dokáže zachytiť častice a nečistoty medzi {{0}}.002 a 0,1 mikrónu. Ultrafiltračná membrána umožňuje malým molekulám a rozpustným pevným látkam (anorganické soli) prejsť, ale účinne blokuje koloidy, proteíny, mikroorganizmy a makromolekulárne organické látky. Hraničná molekulová hmotnosť použitá na charakterizáciu ultrafiltračnej membrány je vo všeobecnosti medzi 1,000 a 100,000. Pracovný tlak na oboch stranách ultrafiltračnej membrány je všeobecne 0,2 až 7 bar.
Nanofiltrácia (NF)
Nanofiltrácia je špeciálny typ separačnej membrány. Je pomenovaný, pretože dokáže zadržať látky s veľkosťou približne 1 nanometer (0,001 mikrónu). Pracovný rozsah nanofiltrácie je medzi ultrafiltráciou a reverznou osmózou. Zadržiava organickú hmotu s molekulovou hmotnosťou približne 200 až 400 a jej schopnosť zadržiavať rozpustné soli je medzi 20 až 98 %. Rýchlosť odstraňovania roztoku soli jednomocného aniónu je nižšia ako rýchlosť odstraňovania roztoku soli vysokomocného aniónu. Napríklad miera odstraňovania chloridu sodného a chloridu vápenatého je 20 až 80 %, zatiaľ čo miera odstraňovania síranu horečnatého a síranu sodného je 90 až 98 %. Nanofiltračné membrány sa vo všeobecnosti používajú na odstraňovanie organických látok a farieb z povrchových vôd, odstraňovanie tvrdosti a rádioaktívneho rádia zo studňových vôd, čiastočné odstraňovanie rozpustných solí, koncentrovanie potravín a separáciu užitočných látok v liekoch. Prevádzkový tlak nanofiltračných membrán je všeobecne 3,5 až 16 bar.
Reverzná osmóza (RO)
Reverzná osmóza je najsofistikovanejšia technológia membránovej separácie tekutín. Dokáže blokovať takmer všetky rozpustné soli a organické látky s molekulovou hmotnosťou väčšou ako 100, ale umožňuje molekulám vody prechádzať. Rýchlosť odsoľovania membrány reverznej osmózy z acetátu celulózy je vo všeobecnosti vyššia ako 95 % a miera odsoľovania kompozitnej membrány s reverznou osmózou je vo všeobecnosti vyššia ako 98 %. Sú široko používané pri odsoľovaní morskej a brakickej vody, napájacej vode kotlov, priemyselnej čistej vode a príprave ultračistej vody elektronickej kvality, výrobe pitnej čistej vody, čistení odpadových vôd a špeciálnych separačných procesoch. Použitie reverznej osmózy pred výmenou iónov môže výrazne znížiť prevádzkové náklady a vypúšťanie odpadových vôd. Prevádzkový tlak membrány reverznej osmózy je vo všeobecnosti vyšší ako 5 barov, keď je vstupnou vodou brakická voda, a vo všeobecnosti je nižší ako 84 barov, keď je vstupnou vodou morská voda.
Úvod do technológie ultrafiltrácie
Ultrafiltrácia je membránová separačná technológia poháňaná tlakom. Filtrácia je poháňaná tlakovým rozdielom na oboch stranách membrány a ide o proces separácie roztoku na princípe mechanického preosievania. V spektre separačného rozsahu od reverznej osmózy po mikrofiltráciu je ultrafiltrácia medzi nanofiltráciou (NF) a mikrofiltráciou (MF). Veľkosť sitového otvoru je všeobecne medzi 2~100nm a prevádzkový tlak je zvyčajne 0,01~0,3 MPa. V roku 1896 Martin vyrobil prvú umelú ultrafiltračnú membránu. V 60. rokoch minulého storočia bol navrhnutý koncept molekulovej hmotnosti, ktorý znamenal začiatok modernej ultrafiltrácie. Sedemdesiate a osemdesiate roky boli obdobím prudkého rozvoja a dozrievať začalo po 90. rokoch.
Ultrafiltrácia využíva asymetrickú poréznu semipermeabilnú membránu, menovite ultrafiltračnú membránu, ako filtračné médium na zachytávanie rôznych makromolekulárnych rozpustených látok, častíc a koloidných suspenzií v roztoku na dosiahnutie účelu separácie a čistenia. Ultrafiltrácia môže účinne odstrániť častice, koloidy, baktérie, zdroje tepla a organické látky vo vode. Je vhodný pre rôzne výrobné procesy za účelom separácie, koncentrácie a čistenia. Je široko používaný pri separácii, rafinácii a koncentrácii tekutých materiálov v high-tech bioinžinierstve, farmaceutickom inžinierstve, čistých chemikáliách a iných priemyselných odvetviach. Vďaka svojmu jednoduchému procesu použitia, žiadnemu zahrievaniu a vysokej účinnosti je bezpečnejší a účinnejší ako tradičná vákuová koncentrácia, dialýza, lyofilizácia, odstredivá separácia a iné metódy.
Za posledných 30 rokov bol vývoj technológie ultrafiltrácie extrémne rýchly. Nielenže má jedinečnú úlohu pri oddeľovaní špeciálnych riešení, ale stále viac sa používa aj v priemyselnom zásobovaní vodou. Napríklad pri príprave odsoľovania morskej vody, regenerovanej vody, čistej vody a vysoko čistej vody možno ultrafiltráciu použiť ako zariadenie na predúpravu na zabezpečenie dlhodobej bezpečnej a stabilnej prevádzky následného zariadenia, ako je reverzná osmóza.
V porovnaní s tradičnými technológiami filtrácie a mikrofiltrácie sú výhody ultrafiltrácie zrejmé. Jeho veľkosť skríningových pórov je malá a dokáže takmer zachytiť všetky baktérie, zdroje tepla, vírusy, koloidné častice, proteíny a makromolekulárne organické látky v roztoku; celý proces prebieha v dynamickom stave a nevytvára sa žiadny filtračný koláč, takže látky, ktoré nemôžu prejsť cez povrch membrány, sa len obmedzene hromadia a rýchlosť filtrácie môže dosiahnuť určitú rovnovážnu hodnotu v stabilnom stave bez nepretržitého útlmu. Separácia makromolekulárnych rozpustených látok ultrafiltračnými membránami závisí hlavne od veľkosti pórov membrány, to znamená od adsorpčných, rejekčných, blokovacích a skríningových účinkov membrány na makromolekulové rozpustené látky. Či efektívna separácia závisí nielen od veľkosti pórov membrány a veľkosti, tvaru a tuhosti a pružnosti častíc rozpustenej látky, ale aj od chemických vlastností roztoku (hodnota pH, elektrické vlastnosti), zloženia (či existujú iné častice), a štruktúru, elektrické vlastnosti a chemické vlastnosti (hydrofóbnosť, hydrofilnosť atď.) povrchu hustej vrstvy membrány.