Monet ihmiset eivät täysin ymmärrä eroja eri kalvosuodatustekniikoiden välillä. Tässä artikkelissa annamme yksityiskohtaisen selityksen.
Kationien ja anionien poistamisen (eli suolanpoiston) lisäksi käänteisosmoosi (RO) voi myös poistaa monenlaisia epäpuhtauksia, minkä vuoksi sitä pidetään eräänlaisena suodatuksena. RO:lla, nanosuodatuksella (NF), ultrasuodatuksella (UF), mikrosuodatuksella (MF) ja tavanomaisella suodatuksella (CF) poistettujen epäpuhtauksien vaihteluvälit on esitetty kuvassa 1, kun taas yleisten aineiden koot löytyvät taulukosta 2.
Käänteisosmoosi (RO), nanosuodatus (NF), mikrosuodatus (MF) ja ultrasuodatus (UF) ovat risti{0}}virtaussuodatuksen tyyppejä. Prosessin aikana syöttövesi jaetaan permeaattivirtaan (tuotevesi) ja tiivistevirtaan, joka sisältää konsentroituja liuenneita aineita tai suspendoituneita hiukkasia, ja suurin osa liuenneista aineista ja epäpuhtauksista kulkeutuu tiivisteessä (ks. alla oleva kuva).
Sitä vastoin tavanomainen suodatus sallii veden virtauksen suoraan suodatinmateriaalin (kuten suodatinpetikkeiden tai kalvojen) läpi, jolloin epäpuhtaudet jäävät väliaineeseen tai sen sisään (katso alla oleva kuva).
Yllä olevien kuvien tietojen perusteella voimme tehdä yhteenvedon eri kalvosuodatustekniikoiden ominaisuuksista:
1. Mikrosuodatus (MF)
Poistaa noin 0,1–1 μm:n hiukkaset. Käytetään pääasiassa bakteerien, suspendoituneiden kiintoaineiden ja kolloidisten aineiden poistamiseen. Liuenneet kiinteät aineet ja suuret molekyylit voivat kulkeutua läpi. Käyttöpaine on tyypillisesti noin 0,07 MPa.
2. Ultrasuodatus (UF)
Poistaa hiukkaset, jotka ovat suurempia kuin noin 0,002–0,1 μm. Käytetään pääasiassa kolloidien, proteiinien, suspendoituneiden kiintoaineiden ja mikro-organismien poistamiseen. Pystyy hylkäämään aineita, joiden molekyylipaino (MWCO) on yli 1 000–100 000 ja päästää samalla liuenneet kiintoaineet ja pienet molekyylit kulkemaan. Käyttöpaine vaihtelee yleensä välillä 0,1 - 0,7 MPa.
3. Nanosuodatus (NF)
Nimetty kyvystään poistaa noin 1 nm:n (0,001 μm) hiukkasia. Tyypillisesti poistaa orgaaniset aineet, joiden molekyylipaino on yli 200–400, suolanpoistonopeudella 20–98%. Yksiarvoisten ionien poistoaste vaihtelee välillä 20–98 %, kun taas kaksiarvoiset ionit voidaan poistaa suuremmilla nopeuksilla, 90–98 %. Soveltuu väriaineiden, orgaanisen kokonaishiilen (TOC) ja kovuuden poistamiseen. Käyttöpaine vaihtelee yleensä välillä 0,35 - 1,6 MPa.
4. Käänteisosmoosi (RO)
Poistaa jopa 0,0001 μm:n hiukkaset ja orgaaniset aineet, joiden molekyylipaino on yli 150–200. Suolanpoistoaste voi ylittää 95 %, joten se on ensisijainen suolapitoisen veden-esikäsittelymenetelmä ja yksi edistyneimmistä vedenkäsittelytekniikoista nykyään. Sen sovellukset ovat yhä laajempia. Käyttöpaine vaihtelee yleensä välillä 1,4 - 6,0 MPa.
Käänteisosmoosikalvot (RO) tarjoavat korkean suolanpoistonopeuden lisäksi myös erittäin tarkkoja suodattimia. Niiden tehokas huokoskoko voi olla pienempi kuin 0,001 μm (ihmisen hiusten halkaisija on yli 30 μm), jolloin RO-järjestelmät voivat poistaa hienojakoisia suspendoituneita kiintoaineita, bakteereja, endotoksiineja ja muita epäpuhtauksia. On kuitenkin huomattava, että RO-kalvoissa ei todellisuudessa ole huokosia fyysisessä mielessä; tällaisia huokosia ei ole koskaan havaittu, ei edes suurennostusmikroskoopeilla. Tämä tekee RO-suodatuksesta pohjimmiltaan erilaisen prosessista, jossa on todellisia kalvohuokosia, kuten ultrasuodatuksesta.
Kuvassa näkyy, kuinka vesi kulkee RO-kalvon läpi. Se osoittaa, että suodatuksen aikana vesi virtaa lähes koko kalvon pinnan läpi ja päävirtauksen nopeus lähellä kalvon pintaa on olennaisesti sama kuin todellinen permeaattivirtaus kalvon läpi.
Kun vesi kulkee ultrasuodatuskalvon (UF) huokosten läpi, huokosten{0}}kokonaispoikkileikkausala on paljon pienempi kuin kalvon kokonaispinta. Tämän seurauksena UF-kalvon pinnan lähellä oleva vesi pakotetaan huokosten läpi paineen alaisena, jolloin virtausnopeus kunkin huokosen läpi on huomattavasti suurempi kuin päävirtauksen nopeus lähellä kalvon pintaa.
Sekä RO- että UF-prosesseissa veden tunkeutuessa kalvon pinnan läpi syöttöveden suspendoituneet hiukkaset ja muut epäpuhtaudet jäävät kalvon pinnalle. Jatkuva permeaattivirtaus kohdistaa voiman näihin epäpuhtauksiin, mikä estää niitä pääsemästä uudelleen{1}}päävirtaukseen, joka liikkuu kalvon pinnan suuntaisesti. Jotta epäpuhtaudet palaisivat päävirtaukseen, kalvon pintaa pitkin kulkevan yhdensuuntaisen virtauksen leikkausvoiman on voitettava läpäisevän veden leikkausvoima. Tämä selittää, miksi tietyn syöttöveden virtausnopeuden ylläpitäminen on kriittistä RO-järjestelmille. Kuitenkin UF-kalvoissa paikallinen nopeus huokosten läpi on erittäin suuri, ja yhdensuuntainen virtausleikkaus lähellä kalvon pintaa ei riitä estämään pidättyneiden kontaminanttien jäämistä kalvolle.
