Molte persone non comprendono appieno le differenze tra le varie tecnologie di filtrazione a membrana. In questo articolo forniremo una spiegazione dettagliata.
Oltre a rimuovere cationi e anioni (ovvero, desalinizzazione), l'osmosi inversa (RO) può anche eliminare un'ampia gamma di contaminanti, motivo per cui è considerata un tipo di filtrazione. Gli intervalli di impurità rimosse mediante RO, nanofiltrazione (NF), ultrafiltrazione (UF), microfiltrazione (MF) e filtrazione convenzionale (CF) sono mostrati nella Figura 1, mentre le dimensioni delle sostanze comuni possono essere trovate nella Tabella 2.
L'osmosi inversa (RO), la nanofiltrazione (NF), la microfiltrazione (MF) e l'ultrafiltrazione (UF) sono tipi di filtrazione a flusso incrociato. Durante il processo, l'acqua di alimentazione viene divisa in un flusso di permeato (acqua prodotta) e un flusso di concentrato contenente soluti concentrati o particelle sospese, con la maggior parte dei soluti e delle impurità trasportati nel concentrato (vedere la figura seguente).
Al contrario, la filtrazione convenzionale consente all'acqua di fluire direttamente attraverso il mezzo filtrante (come letti filtranti o membrane), dove le impurità vengono trattenute sopra o all'interno del mezzo (vedere la figura seguente).
Sulla base delle informazioni ricavate dalle figure sopra riportate, possiamo riassumere le caratteristiche delle diverse tecnologie di filtrazione a membrana:
1.Microfiltrazione (MF)
Rimuove le particelle di dimensioni pari a circa 0,1–1 μm. Utilizzato principalmente per eliminare batteri, solidi sospesi e materia colloidale. Possono passare solidi disciolti e molecole di grandi dimensioni. La pressione operativa è generalmente di circa 0,07 MPa.
2.Ultrafiltrazione (UF)
Rimuove le particelle più grandi di circa 0,002–0,1 μm. Utilizzato principalmente per rimuovere colloidi, proteine, solidi sospesi e microrganismi. In grado di respingere sostanze con un peso molecolare (MWCO) superiore a 1.000-100.000 consentendo il passaggio di solidi disciolti e piccole molecole. La pressione operativa varia generalmente da 0,1 a 0,7 MPa.
3.Nanofiltrazione (NF)
Chiamato così per la sua capacità di rimuovere particelle intorno a 1 nm (0,001 μm). Rimuove tipicamente le sostanze organiche con pesi molecolari superiori a 200–400, con un tasso di desalinizzazione del 20%–98%. La rimozione degli ioni monovalenti varia dal 20% al 98%, mentre gli ioni bivalenti possono essere rimossi a velocità più elevate, dal 90% al 98%. Adatto per rimuovere coloranti, carbonio organico totale (TOC) e durezza. La pressione operativa varia solitamente da 0,35 a 1,6 MPa.
4.Osmosi inversa (RO)
Rimuove particelle fino a 0,0001 μm e sostanze organiche con pesi molecolari superiori a 150–200. I tassi di desalinizzazione possono superare il 95%, rendendolo un metodo di pretrattamento primario per l'acqua ad alta-salinità e una delle tecnologie di trattamento dell'acqua più avanzate oggi. Le sue applicazioni sono sempre più ampie. La pressione operativa varia generalmente da 1,4 a 6,0 MPa.
Le membrane ad osmosi inversa (RO) non solo offrono tassi di desalinizzazione elevati, ma funzionano anche come filtri altamente precisi. La loro dimensione effettiva dei pori può essere inferiore a 0,001 μm (il diametro dei capelli umani è superiore a 30 μm), consentendo ai sistemi RO di rimuovere solidi sospesi fini, batteri, endotossine e altri contaminanti. Tuttavia, va notato che i pori in senso fisico in realtà non esistono nelle membrane RO; tali pori non sono mai stati osservati, nemmeno con microscopi ad alto-ingrandimento. Ciò rende la filtrazione RO fondamentalmente diversa dai processi con veri pori della membrana, come l’ultrafiltrazione.
La figura illustra come l'acqua passa attraverso una membrana RO. Mostra che durante la filtrazione, l'acqua scorre attraverso quasi l'intera superficie della membrana e la velocità del flusso principale vicino alla superficie della membrana è essenzialmente la stessa del flusso effettivo del permeato attraverso la membrana.
Quando l'acqua passa attraverso i pori di una membrana di ultrafiltrazione (UF), l'area totale della sezione trasversale- dei pori è molto più piccola della superficie complessiva della membrana. Di conseguenza, l'acqua vicino alla superficie della membrana UF viene forzata attraverso i pori sotto pressione, facendo sì che la velocità del flusso attraverso ciascun poro sia significativamente superiore alla velocità del flusso principale vicino alla superficie della membrana.
Sia per i processi RO che per quelli UF, quando l'acqua permea attraverso la superficie della membrana, le particelle sospese e altre impurità nell'acqua di alimentazione vengono trattenute sulla superficie della membrana. Il flusso continuo del permeato esercita una forza su questi contaminanti, impedendo loro di rientrare-nel flusso principale che si muove parallelo alla superficie della membrana. Affinché i contaminanti ritornino al flusso principale, la forza di taglio del flusso parallelo lungo la superficie della membrana deve superare la forza di taglio dell'acqua permeante. Ciò spiega perché il mantenimento di una determinata portata dell’acqua di alimentazione è fondamentale per i sistemi RO. Tuttavia, nelle membrane UF, la velocità locale attraverso i pori è molto elevata e il taglio del flusso parallelo vicino alla superficie della membrana è insufficiente per impedire che i contaminanti trattenuti rimangano sulla membrana.
