Microfiltration (MF)
La microfiltration peut intercepter des particules entre {{0}},1 et 1 micron. La membrane de microfiltration laisse passer les matières organiques de grande taille moléculaire et les solides solubles (sels inorganiques), mais peut bloquer la pénétration des matières en suspension, des bactéries, de certains virus et des colloïdes à grande échelle. La différence de pression de fonctionnement (force motrice effective) des deux côtés de la membrane de microfiltration est généralement de 0,7 bar.
Ultrafiltration (UF)
L'ultrafiltration permet d'intercepter des particules et des impuretés dont la taille se situe entre {{0}},002 et 0,1 micron. La membrane d'ultrafiltration laisse passer les petites molécules et les solides solubles (sels inorganiques), mais bloque efficacement les colloïdes, les protéines, les micro-organismes et la matière organique macromoléculaire. Le poids moléculaire limite utilisé pour caractériser la membrane d'ultrafiltration est généralement compris entre 1,000 et 100,000. La pression de fonctionnement des deux côtés de la membrane d'ultrafiltration est généralement de 0,2 à 7 bars.
Nanofiltration (NF)
La nanofiltration est un type particulier de membrane de séparation. Elle est ainsi nommée car elle peut retenir des substances d'environ 1 nanomètre (0,001 micron). La plage de fonctionnement de la nanofiltration se situe entre l'ultrafiltration et l'osmose inverse. Elle retient la matière organique d'un poids moléculaire d'environ 200 à 400 et sa capacité à retenir les sels solubles est comprise entre 20 et 98 %. Le taux d'élimination d'une solution saline d'anions monovalents est inférieur à celui d'une solution saline d'anions hautement valents. Par exemple, le taux d'élimination du chlorure de sodium et du chlorure de calcium est de 20 à 80 %, tandis que le taux d'élimination du sulfate de magnésium et du sulfate de sodium est de 90 à 98 %. Les membranes de nanofiltration sont généralement utilisées pour éliminer la matière organique et la couleur des eaux de surface, éliminer la dureté et le radium radioactif de l'eau de puits, éliminer partiellement les sels solubles, concentrer les aliments et séparer les substances utiles dans les médicaments. La pression de fonctionnement des membranes de nanofiltration est généralement de 3,5 à 16 bars.
Osmose inverse (OI)
L'osmose inverse est la technologie de séparation liquide par membrane la plus sophistiquée. Elle peut bloquer presque tous les sels solubles et les matières organiques dont le poids moléculaire est supérieur à 100, mais laisse passer les molécules d'eau. Le taux de dessalement de la membrane d'osmose inverse en acétate de cellulose est généralement supérieur à 95 %, et le taux de dessalement de la membrane composite d'osmose inverse est généralement supérieur à 98 %. Elles sont largement utilisées dans le dessalement de l'eau de mer et de l'eau saumâtre, l'eau d'alimentation des chaudières, l'eau pure industrielle et la préparation d'eau ultra pure de qualité électronique, la production d'eau pure potable, le traitement des eaux usées et les processus de séparation spéciaux. L'utilisation de l'osmose inverse avant l'échange d'ions peut réduire considérablement les coûts d'exploitation et le rejet des eaux usées. La pression de fonctionnement de la membrane d'osmose inverse est généralement supérieure à 5 bars lorsque l'eau d'entrée est de l'eau saumâtre et est généralement inférieure à 84 bars lorsque l'eau d'entrée est de l'eau de mer.
Introduction à la technologie d'ultrafiltration
L'ultrafiltration est une technologie de séparation membranaire pilotée par la pression. La filtration est pilotée par la différence de pression des deux côtés de la membrane et est un processus de séparation de solution basé sur le principe du tamisage mécanique. Dans le spectre de la plage de séparation allant de l'osmose inverse à la microfiltration, l'ultrafiltration se situe entre la nanofiltration (NF) et la microfiltration (MF). L'ouverture de tamisage est généralement comprise entre 2~100nm et la pression de fonctionnement est généralement de 0,01~0,3 MPa. En 1896, Martin a fabriqué la première membrane d'ultrafiltration artificielle. Dans les années 1960, le concept de poids moléculaire a été proposé, ce qui a marqué le début de l'ultrafiltration moderne. Les années 1970 et 1980 ont été une période de développement rapide, et elle a commencé à mûrir après les années 1990.
L'ultrafiltration utilise une membrane semi-perméable poreuse asymétrique, à savoir une membrane d'ultrafiltration, comme milieu de filtration pour intercepter divers solutés macromoléculaires, particules et suspensions colloïdales dans la solution pour atteindre l'objectif de séparation et de purification. L'ultrafiltration peut éliminer efficacement les particules, les colloïdes, les bactéries, les sources de chaleur et la matière organique dans l'eau. Elle convient à divers processus de production à des fins de séparation, de concentration et de purification. Elle est largement utilisée dans la séparation, le raffinage et la concentration de matières liquides dans la bio-ingénierie de haute technologie, l'ingénierie pharmaceutique, la chimie fine et d'autres industries. En raison de son processus d'utilisation simple, de son absence de chauffage et de son rendement élevé, elle est plus sûre et plus efficace que la concentration sous vide traditionnelle, la dialyse, la lyophilisation, la séparation centrifuge et d'autres méthodes.
Au cours des 30 dernières années, la technologie d'ultrafiltration a connu un développement extrêmement rapide. Elle joue non seulement un rôle unique dans la séparation de solutions spéciales, mais est également de plus en plus utilisée dans l'approvisionnement en eau industrielle. Par exemple, dans la préparation de dessalement de l'eau de mer, d'eau recyclée, d'eau pure et d'eau de haute pureté, l'ultrafiltration peut être utilisée comme équipement de prétraitement pour assurer le fonctionnement sûr et stable à long terme des équipements ultérieurs tels que l'osmose inverse.
Par rapport aux technologies traditionnelles de filtration et de microfiltration, les avantages de l'ultrafiltration sont évidents. La taille des pores de filtrage est petite et elle peut intercepter presque toutes les bactéries, sources de chaleur, virus, particules colloïdales, protéines et matières organiques macromoléculaires dans la solution ; l'ensemble du processus est réalisé dans un état dynamique et aucun gâteau de filtration ne se forme, de sorte que les substances qui ne peuvent pas traverser la surface de la membrane ne sont qu'une accumulation limitée et le taux de filtration peut atteindre une certaine valeur d'équilibre dans un état stable sans atténuation continue. La séparation des solutés macromoléculaires par des membranes d'ultrafiltration dépend principalement de la taille des pores de la membrane, c'est-à-dire des effets d'adsorption, de rejet, de blocage et de filtrage de la membrane sur les solutés macromoléculaires. L'efficacité de la séparation dépend non seulement de la taille des pores de la membrane et de la taille, de la forme, de la rigidité et de la flexibilité des particules de soluté, mais également des propriétés chimiques de la solution (valeur du pH, propriétés électriques), de la composition (présence ou non d'autres particules) et de la structure, des propriétés électriques et chimiques (hydrophobicité, hydrophilie, etc.) de la surface de la couche dense de la membrane.