Kluczowa różnica – ultrafiltracja a odwrócona osmoza
Oczyszczanie wody jest ważnym procesem w dostarczaniu czystej wody społeczności. Proces oczyszczania wody składa się z wielu etapów, które obejmują procedury biologiczne, chemiczne i fizyczne. Ultrafiltracja to proces, w którym woda jest filtrowana przez filtr membranowy w celu oddzielenia cząsteczek obecnych w próbce wody o masie cząsteczkowej od 103 do 106 Da. Odwrócona osmoza to zabieg polegający na przepuszczaniu wody przez półprzepuszczalną membranę wbrew gradientowi stężeń. Membrana odwróconej osmozy jest zdolna do odrzucania cząstek o masie cząsteczkowej >300 Da. Kluczową różnicą między tymi dwiema procedurami jest wielkość cząstek odfiltrowanych z dwóch membran. Ultrafiltracja filtruje mniejsze cząsteczki o niskiej masie cząsteczkowej, podczas gdy odwrócona osmoza może odfiltrować większe cząsteczki o wyższej masie cząsteczkowej.
Co to jest ultrafiltracja?
Ultrafiltracja (UF) to rodzaj filtracji membranowej. Wykorzystuje ciśnienie hydrostatyczne do przetłaczania próbki cieczy – wody przez półprzepuszczalną membranę. Membrana składa się z nitrocelulozy o małej wielkości porów około 0,22 µm lub 0,45 µm. Ultrafiltracja służy głównie do usuwania bakterii i innych organizmów z próbki. Służy również do usuwania małych jonów, cząstek o niskiej masie cząsteczkowej i materii organicznej, które nadają wodzie kolor, smak i zapach.
Rysunek 01: Ultrafiltracja
Układ ultrafiltracji wykorzystuje puste w środku długie włókno składające się z materiału błoniastego. Woda zasilająca przepływa albo do wnętrza komórki, albo do światła włókna. Przepływ wody przez pory filtra membranowego pozwoli na zatrzymanie zawieszonych substancji rozpuszczonych i cząstek. Przefiltrowana woda i cząstki o niskiej masie cząsteczkowej przechodzą przez membranę. Woda wylotowa jest następnie poddawana innym procedurom oczyszczania, które obejmują procedury obróbki chemicznej.
Proces ultrafiltracji idealnie nadaje się do oczyszczania i zagęszczania roztworów wielkocząsteczkowych (103 – 106 Da), zwłaszcza roztworów białek. Podstawowa zasada separacji opiera się na rozmiarze. Materiał, z którego przygotowywana jest membrana, może czasami mieć wpływ na szybkość i wydajność filtracji.
Główne zalety ultrafiltracji to;
- Nie używa środków chemicznych do oczyszczania.
- Opiera się na prostym procesie separacji rozmiarów.
- Może być używany do usuwania zarówno cząsteczek, jak i mikroorganizmów.
- Można to zautomatyzować.
Co to jest odwrócona osmoza?
Odwrócona osmoza to proces, w którym do systemu przykładane jest ciśnienie wyższe niż ciśnienie hydrauliczne w celu umożliwienia przepływu wody przez półprzepuszczalną membranę. Ruch odbywa się wbrew gradientowi koncentracji. Membrany stosowane w odwróconej osmozie nazywane są membranami odwróconej osmozy (RO). Materiały, które są powszechnie stosowane do przygotowania komercyjnych membran RO to cienkowarstwowe kompozyty poliamidowe (TFC), octan celulozy (CA) i trioctan celulozy (CTA). W zależności od rodzaju materiału membrany zmienia się wydajność i szybkość techniki.
Rysunek 02: Odwrócona osmoza
Konfiguracja odwróconej osmozy składa się z pustego w środku włókna z materiałem membrany spiralnie owiniętym wokół włókna. Włókna te są połączone ze sobą, aby zwiększyć powierzchnię do odwróconej osmozy. Gdy płynąca woda zostanie poddana działaniu wysokiego ciśnienia, woda i małe cząsteczki przechodzą przez półprzepuszczalną membranę. To zatrzymuje duże cząstki i resztę niechcianych cząstek. Przefiltrowana woda jest następnie przekazywana do dalszego przetwarzania.
Membrany RO mogą odfiltrować praktycznie wszystkie cząstki, w tym zarazki, materię organiczną, jony i inne cząstki stałe. Filtracja dużych cząsteczek do masy cząsteczkowej >300 Da jest możliwa dzięki technice odwróconej osmozy.
Zaletami odwróconej osmozy w oczyszczaniu wody są:
- Opłacalność.
- Może odfiltrować prawie wszystkie cząsteczki, w tym jony i metale ciężkie.
- Może być używany do usuwania cząstek radioaktywnych z próbek wody.
- Zużycie substancji chemicznych jest zminimalizowane.
Jakie są podobieństwa między ultrafiltracją a odwróconą osmozą?
- Oba są technikami oczyszczania wody opartymi na fizycznej separacji/filtracji.
- Oba wykorzystują membrany w procedurze filtracji.
- Oba układy systemu są przygotowywane z pustego włókna pokrytego membraną.
- W obu procedurach cząstki stałe, w tym substancje organiczne i nieorganiczne, jony, drobnoustroje i małe cząsteczki kurzu lub zarazków są odfiltrowywane i zatrzymywane.
- Membrany używane w obu technikach są wykonane z materiału celulozowego lub syntetycznego materiału węglowego.
Jaka jest różnica między ultrafiltracją a odwróconą osmozą?
Ultrafiltracja a odwrócona osmoza |
|
| Ultrafiltracja to proces, w którym woda jest filtrowana przez filtr membranowy w celu oddzielenia cząsteczek obecnych w próbce wody. | Odwrócona osmoza to proces, w którym woda jest przepuszczana przez półprzepuszczalną membranę wbrew gradientowi stężenia, co ułatwia wysokie ciśnienie. |
| Ciężar cząsteczkowy oddzielonych cząstek | |
| 103 -106 Da | >300 Da |
| Korzyści | |
|
|
Podsumowanie – Ultrafiltracja kontra odwrócona osmoza
Techniki ultrafiltracji i odwróconej osmozy są stosowane w dalszym przetwarzaniu wody pitnej. Głównym celem obu tych technik jest zapewnienie społeczeństwu bezpiecznej wody pitnej. Ultrafiltracja wykorzystuje filtr membranowy do odfiltrowania bardzo drobnych cząstek, a zwłaszcza mikroorganizmów. Odwrócona osmoza może odfiltrować duże cząsteczki, dzięki czemu jest bardziej opłacalna i wydajna.
Pobierz wersję PDF ultrafiltracji kontra odwrócona osmoza
Możesz pobrać wersję PDF tego artykułu i używać jej do celów offline zgodnie z notatką cytowania. Proszę pobrać wersję PDF tutaj Różnica między ultrafiltracją a odwróconą osmozą
