ความแตกต่างระหว่างการกรองแบบไมโคร, กรองแบบอัลตรา, กรองแบบนาโน และกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส

ไมโครฟิลเตรชั่น (MF)
ความแม่นยำในการกรองอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 50 ไมครอน การกรองแบบไมโครประกอบด้วยไส้กรอง PP ต่างๆ ไส้กรองคาร์บอนกัมมันต์ ไส้กรองเซรามิก และอื่นๆ ช่วยขจัดองค์ประกอบที่เป็นอันตรายออกจากน้ำ เช่น จุลินทรีย์ ไส้กรองมักไม่สามารถซักล้างได้และเป็นวัสดุกรองแบบใช้ครั้งเดียวทิ้งที่ต้องเปลี่ยนเป็นประจำ

①แกนฝ้าย PP: โดยทั่วไปใช้เฉพาะการกรองแบบหยาบที่มีความต้องการต่ำเพื่อกำจัดอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น ตะกอนและสนิมในน้ำ

②คาร์บอนกัมมันต์: สามารถกำจัดสีและกลิ่นต่างๆ ในน้ำได้ แต่ไม่สามารถกำจัดแบคทีเรียในน้ำได้ และประสิทธิภาพในการกำจัดตะกอนและสนิมก็ยังแย่มากอีกด้วย

③องค์ประกอบตัวกรองเซรามิก: ความแม่นยำในการกรองมีขนาดเล็กเพียง 0.1 ไมครอน และอัตราการไหลมักจะเล็ก ซึ่งไม่ง่ายต่อการทำความสะอาด

เมมเบรนกรองอัลตราฟิลเตรชัน (UF)
เมมเบรนกรองแบบมีรูพรุนขนาดเล็กจะมีขนาดรูพรุนตั้งแต่ 0.001 ถึง 0.02 ไมครอนและมีขนาดรูพรุนมาตรฐานที่สม่ำเสมอ การกรองเมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันเป็นกระบวนการกรองเมมเบรนที่ใช้เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันที่มีความแตกต่างของแรงดันเป็นแรงขับเคลื่อน เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันส่วนใหญ่ประกอบด้วยเส้นใยอะซิเตทหรือวัสดุโพลีเมอร์ที่มีลักษณะที่เทียบเคียงได้ เมมเบรนชนิดนี้เหมาะสำหรับการแยกและทำให้สารละลายมีความเข้มข้นในสารละลายบำบัด และมักใช้ในการแยกสารแขวนลอยแบบคอลลอยด์ที่ยากต่อการทำให้เสร็จโดยใช้เทคนิคการแยกแบบอื่น และโดเมนการใช้งานของเมมเบรนชนิดนี้ก็เติบโตอย่างต่อเนื่อง

การกรองแบบอุลตราฟิลเตรชันเมมเบรนโดยอาศัยความแตกต่างของความดันนั้นสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ การกรองเมมเบรนแบบอุลตราฟิลเตรชัน การกรองเมมเบรนแบบไมโครพรูส และการกรองเมมเบรนแบบออสโมซิสย้อนกลับ โดยจะแตกต่างกันตามขนาดอนุภาคหรือน้ำหนักโมเลกุลที่ชั้นเมมเบรนอาจรักษาไว้ได้ เมื่อใช้ช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดของเมมเบรนเป็นมาตรฐานในการแยกความแตกต่าง เมมเบรนแบบไมโครพรูส (MF) จะมีช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดอยู่ที่ 0.02-10 ม. เมมเบรนแบบอุลตราฟิลเตรชัน (UF) จะมีช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดอยู่ที่ 0.001-0.02 ม. และเมมเบรนแบบออสโมซิสย้อนกลับ (RO) จะมีช่วงขนาดรูพรุนที่กำหนดอยู่ที่ 0.0001-0.001 ม. มีองค์ประกอบควบคุมหลายอย่างสำหรับรูพรุน เช่น เมมเบรนแบบอุลตราฟิลเตรชันที่มีขนาดรูพรุนแตกต่างกัน และการกระจายขนาดรูพรุนอาจเกิดขึ้นได้ตามประเภทและความเข้มข้นของสารละลาย ตลอดจนสภาวะการระเหยและการแข็งตัวของสารในระหว่างการผลิตเมมเบรน

แผนที่กายภาพของการกรองระดับอัลตรา
เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันมักเป็นเมมเบรนแยกโพลีเมอร์ โดยวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้สำหรับเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุพันธ์ของเซลลูโลส โพลิซัลโฟน โพลิอะคริโลไนไตรล์ โพลิเอไมด์ และโพลีคาร์บอเนต เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยา อาหาร และสิ่งแวดล้อม และสามารถขึ้นรูปเป็นเมมเบรนแบบแบน เมมเบรนแบบม้วน เมมเบรนแบบท่อ หรือเมมเบรนแบบเส้นใยกลวง

เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันเป็นหนึ่งในเมมเบรนแยกโพลีเมอร์ชุดแรกๆ ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น และเครื่องจักรอัลตราฟิลเตรชันถูกผลิตขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและกลายมาเป็นหน่วยปฏิบัติการทางเคมีใหม่ เมมเบรนนี้ถูกใช้ในการแยก การทำให้เข้มข้น และการทำให้บริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพ ผลิตภัณฑ์ยา และอาหาร รวมถึงอุปกรณ์บำบัดขั้นสุดท้ายในการบำบัดเลือด บำบัดน้ำเสีย และเตรียมน้ำบริสุทธิ์พิเศษ

ความแม่นยำของการกรองแบบนาโนฟิลเทรชัน (NF) อยู่ระหว่างความแม่นยำของการกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันและแบบออสโมซิสย้อนกลับ และอัตราการแยกเกลือออกต่ำกว่าออสโมซิสย้อนกลับ ในตลาดมีคำกล่าวที่แพร่หลายว่า การกรองแบบนาโนฟิลเทรชันเป็นการออสโมซิสย้อนกลับที่หละหลวม จริงๆ แล้ว นี่เป็นแนวคิดทางเทคนิคที่หลอกลวง
แผนที่ทางกายภาพของนาโนฟิลเทรชัน
ในแนวคิดการแยกจริง นาโนฟิลเทรชันคือเมมเบรนกรองที่ตอบสนองผล Daunan และมีการปฏิเสธไอออนแบบเลือกได้ เมมเบรนที่มีการซึมผ่านของโซเดียมคลอไรด์เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์และมากกว่า 0.4 การใช้งานหลักคือการกำจัดเกลือและความเข้มข้นของของเหลวอินพุตต่างๆ พบการปฏิเสธ NaCl 0% โดยใช้เมมเบรนนาโนฟิลเทรชันที่ NaCl 30,000 ppm ร่วมกับไอออนอื่นๆ

การกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับ (RO): ความแม่นยำในการกรองอยู่ที่ประมาณ 0.0001 ไมครอน และเป็นวิธีการแยกเมมเบรนที่มีความแม่นยำสูงมากซึ่งพัฒนาขึ้นในสหรัฐอเมริกาในช่วงต้นทศวรรษปี 1960 โดยใช้แรงดันที่แตกต่างกัน สามารถกรองสารปนเปื้อนเกือบทั้งหมด (ทั้งที่เป็นอันตรายและเป็นประโยชน์) ในน้ำ โดยเหลือไว้เพียงโมเลกุลของน้ำ ในกรณีส่วนใหญ่ วิธีนี้จะนำไปใช้ในการผลิตน้ำบริสุทธิ์ น้ำบริสุทธิ์พิเศษในอุตสาหกรรม และน้ำบริสุทธิ์พิเศษทางการแพทย์ เทคโนโลยีการกรองแบบออสโมซิสย้อนกลับต้องใช้แรงดันและพลังงาน

RO เป็นคำย่อของ Reverse Osmosis membrane ในภาษาอังกฤษ เนื่องจากขนาดรูพรุนของเมมเบรน RO มีขนาดเท่ากับ 5 ในล้านของเส้นผม (0.0001 ไมครอน) จึงมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และแบคทีเรียและไวรัสมีขนาด 5,000 ไมโครเมตร ดังนั้น มีเพียงโมเลกุลของน้ำและไอออนแร่ธาตุบางชนิดที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายมนุษย์เท่านั้นที่สามารถผ่านเข้าไปได้ และสิ่งสกปรกและโลหะหนักอื่นๆ จะถูกระบายออกจากท่อน้ำเสีย

หลักการของการออสโมซิสย้อนกลับ:
ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจแนวคิดเรื่อง “ออสโมซิส” ออสโมซิสเป็นกระบวนการทางกายภาพ เมื่อน้ำสองชนิดที่มีเกลือต่างกันถูกแยกออกจากกัน เช่น โดยกั้นด้วยสิ่งกีดขวางแบบกึ่งซึมผ่านได้ น้ำที่อยู่ด้านที่มีเกลือน้อยกว่าจะซึมผ่านได้ เมมเบรนจะเข้าไปในน้ำที่มีปริมาณเกลือสูง แต่เกลือจะไม่ซึมผ่าน ทำให้ความเข้มข้นของเกลือทั้งสองด้านหลอมรวมกันทีละน้อยจนเท่ากัน อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ใช้เวลานานมากจึงจะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าแรงดันออสโมซิส

แผนที่ทางกายภาพของการออสโมซิสย้อนกลับ
อย่างไรก็ตาม หากคุณพยายามเพิ่มแรงดันที่ด้านน้ำที่มีปริมาณเกลือสูง ผลที่ตามมาอาจจำกัดการซึมผ่านที่กล่าวถึงข้างต้นได้เช่นกัน และแรงดันนี้เรียกว่า แรงดันออสโมซิส หากเพิ่มแรงดัน การซึมผ่านสามารถย้อนกลับได้ และเกลือจะคงอยู่ ดังนั้น หลักการของการแยกเกลือออกด้วยการออสโมซิสย้อนกลับคือ การใช้แรงดันที่มากกว่าแรงดันออสโมซิสตามธรรมชาติในน้ำเค็ม (เช่น น้ำดิบ) เพื่อให้ออสโมซิสดำเนินไปในทิศทางตรงข้าม และโมเลกุลของน้ำในน้ำดิบจะถูกกดไปอีกด้านหนึ่งของเมมเบรน ส่งผลให้ได้น้ำสะอาด เพื่อบรรลุเป้าหมายในการกำจัดสิ่งสกปรกและเกลือออกจากน้ำ

ต้นกำเนิดของระบบ RO reverse osmosis:

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบโดยบังเอิญในปี 1950 ว่านกนางนวลดูดน้ำทะเลจากผิวน้ำเป็นจำนวนมากในขณะที่บินอยู่กลางทะเล พวกมันก็อาเจียนน้ำทะเลออกมาเล็กน้อยหลังจากนั้นไม่กี่วินาที ซึ่งทำให้เกิดความกังวล เนื่องจากสัตว์บนบกหายใจผ่านปอด น้ำเกลือที่มีเกลือสูงไม่สามารถบริโภคได้ หลังจากผ่าซากพบว่าลำตัวของนกนางนวลมีชั้นบางๆ ฟิล์มนั้นมีความชัดเจนมาก นกนางนวลสูดน้ำเกลือเข้าไป ซึ่งต่อมาก็ถูกอัดแน่น และโมเลกุลของน้ำจะผ่านฟิล์มเนื่องจากผลของแรงดัน

น้ำทะเลจะถูกเปลี่ยนเป็นน้ำจืด และสารปนเปื้อนและเกลือที่มีความเข้มข้นสูงในน้ำทะเลจะถูกคายออกจากปาก นี่คือทฤษฎีพื้นฐานของกระบวนการออสโมซิสย้อนกลับ ซึ่งถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์การแยกเกลือครั้งแรกในปี 1953 โดยมหาวิทยาลัยฟลอริดา ดร. S. Sidney Lode ศาสตราจารย์จากคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัย UCLA ร่วมมือกับ ดร. S. Soirirajan เพื่อเริ่มการวิจัยเมมเบรนออสโมซิสย้อนกลับในปี 2009 โดยได้รับการสนับสนุนจากโครงการของรัฐบาลกลางสหรัฐอเมริกา และได้ลงทุนประมาณ 400 ล้านเหรียญสหรัฐต่อปีในการวิจัยเพื่อนำไปใช้กับนักบินอวกาศ