ন্যানো-পরিস্রাবণ ঝিল্লি চাপ-চালিত ঝিল্লি পরিস্রাবণ শ্রেণিবিন্যাসে একটি সুনির্দিষ্ট অবস্থান দখল করে — ছিদ্রের আকার, অপারেটিং চাপ এবং যা তারা ধরে রাখে বনাম পাসের পরিপ্রেক্ষিতে আল্ট্রাফিল্ট্রেশন (UF) এবং বিপরীত আস্রবণ (RO) এর মধ্যে বসে। তাদের নামমাত্র ছিদ্রের আকার আনুমানিক 0.5 থেকে 2 ন্যানোমিটার পর্যন্ত, এবং তারা 3-20 বার (45-300 psi) ট্রান্স-মেমব্রেন চাপে কাজ করে, যা সাধারণত RO সিস্টেমের জন্য প্রয়োজনীয় 15-80 বার থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে কম। এটি ন্যানোফিল্ট্রেশনকে RO-এর জন্য একটি উচ্চ শক্তি-দক্ষ বিকল্প করে তোলে যেখানে সম্পূর্ণ ডিস্যালিনেশন প্রয়োজন হয় না কিন্তু নির্বাচনী আয়ন এবং আণবিক অপসারণ হয়।
একটি ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেনের সংজ্ঞায়িত বৈশিষ্ট্য হল আকার এবং চার্জ উভয়ের উপর ভিত্তি করে দ্রবণের মধ্যে পার্থক্য করার ক্ষমতা। RO মেমব্রেনের বিপরীতে, যা কার্যত সমস্ত দ্রবীভূত আয়নকে প্রত্যাখ্যান করে, NF ঝিল্লিগুলি দ্বি-পরিবর্তনশীল আয়নগুলির (ক্যালসিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম, সালফেট, ভারী ধাতু) প্রতি একটি শক্তিশালী নির্বাচনীতা দেখায় এবং মনোভ্যালেন্ট আয়নগুলির (সোডিয়াম, ক্লোরাইড, পটাসিয়াম) একটি উল্লেখযোগ্য অংশকে অতিক্রম করার অনুমতি দেয়। এই নির্বাচনী ব্যাপ্তিযোগ্যতা কেবল ন্যানোমিটার-স্কেল ছিদ্র কাঠামোর একটি কাজ নয় বরং ঝিল্লি উপাদানের পৃষ্ঠের চার্জেরও কাজ করে — বেশিরভাগ NF ঝিল্লি নিরপেক্ষ pH-এ একটি নেট ঋণাত্মক চার্জ বহন করে, যা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিকভাবে সালফেট (SO₄²⁻) এবং ফসফেট (PO₄²⁻) এর মতো নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত মাল্টিভ্যালেন্ট অ্যানয়নগুলিকে প্রতিহত করে।
আকার বর্জন এবং ডোনান বর্জন (চার্জ-ভিত্তিক প্রত্যাখ্যান) এর এই সংমিশ্রণটি ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেনকে অনন্যভাবে অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে যেমন জল নরম করা, রঙ অপসারণ, মাইক্রোপলুট্যান্ট অপসারণ, দুগ্ধ প্রবাহের ঘনত্ব, এবং মূল্যবান যৌগগুলির নির্বাচনী পুনরুদ্ধার যেমন ফার্মাসিউটিক্যালি শক্তির তুলনায় কম শক্তির মধ্যে। অভিস্রবণ
কর্মক্ষমতা ভবিষ্যদ্বাণী, সমস্যা সমাধান প্রত্যাখ্যান, এবং লক্ষ্য বিচ্ছেদ অর্জনকারী সিস্টেম ডিজাইন করার জন্য NF মেমব্রেনের মাধ্যমে পরিবহন প্রক্রিয়া বোঝা অপরিহার্য। তিনটি প্রাথমিক প্রক্রিয়া একটি ন্যানোফিল্ট্রেশন ঝিল্লির মাধ্যমে দ্রবণীয় পরিবহন পরিচালনা করে।
NF ঝিল্লির শারীরিক ছিদ্রের আকার কার্যকর ছিদ্র ব্যাসের চেয়ে বড় অণু এবং হাইড্রেটেড আয়নগুলির উত্তরণকে সীমাবদ্ধ করে। মেমব্রেনের আণবিক ওজন কাট-অফ (MWCO)-এর উপরে আণবিক ওজন সহ জৈব অণুগুলি - সাধারণত NF ঝিল্লির জন্য 200-1,000 ডাল্টন - স্টেরিলিভাবে প্রবেশ করা থেকে বাদ দেওয়া হয়। এই কারণেই NF মেমব্রেনগুলি প্রাকৃতিক জৈব পদার্থ (NOM), হিউমিক অ্যাসিড, কীটনাশক, ফার্মাসিউটিক্যালি অ্যাক্টিভ যৌগ (PhACs) এবং রঞ্জকগুলি অপসারণ করতে কার্যকর, যার সবকটির আণবিক ওজন 200-2,000 Da সীমার মধ্যে রয়েছে। Na⁺ এবং Cl⁻ এর মতো ছোট হাইড্রেটেড আয়ন, যেগুলির ছিদ্রের আকারের নীচে কার্যকর হাইড্রেটেড রেডিআই রয়েছে, তুলনামূলকভাবে অবাধে অতিক্রম করে।
বেশিরভাগ বাণিজ্যিক NF মেমব্রেন পলিমাইড থিন-ফিল্ম কম্পোজিট (TFC) উপকরণ থেকে তৈরি করা হয় এবং নিরপেক্ষ থেকে ক্ষারীয় pH পরিসরে একটি নেট নেগেটিভ সারফেস চার্জ বহন করে। এই নেতিবাচক চার্জটি ঝিল্লির পৃষ্ঠে একটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক সম্ভাবনা তৈরি করে — ডনান পটেনশিয়াল — যা সালফেট (SO₄²⁻), ফসফেট (PO₄³⁻), এবং আর্সেনেট (AsO₄³⁻) এর মতো বহুমুখী আয়নকে দৃঢ়ভাবে বিকর্ষণ করে। Ca²⁺ এবং Mg²⁺-এর মতো দ্বিভাজক ক্যাটেশনের প্রত্যাখ্যানও উচ্চতর হয় কারণ ইলেক্ট্রোনিউট্রালিটির প্রয়োজন হয় যে ঝিল্লির মধ্য দিয়ে তাদের উত্তরণ প্রত্যাখ্যানকৃত অ্যানায়নের সাথে মিলিত হয়। NF ঝিল্লির জল নরম করার ক্ষমতার পিছনে এটি প্রাথমিক প্রক্রিয়া: কঠোরতা আয়নগুলি (Ca²⁺, Mg²⁺) বেছে বেছে 85-98% প্রত্যাখ্যান করা হয় যখন সোডিয়াম এবং ক্লোরাইড 20-50% কম প্রত্যাখ্যান হারের মধ্য দিয়ে যায়, অসমোটিক চাপ এবং শক্তি খরচ কমায়।
একটি তৃতীয়, কম স্বজ্ঞাত প্রক্রিয়া হল অস্তরক বর্জন, যা ন্যানোমিটার-স্কেল ছিদ্র এবং বাল্ক ওয়াটারের মধ্যে সীমাবদ্ধ জলের মধ্যে অস্তরক ধ্রুবকের পার্থক্য থেকে উদ্ভূত হয়। ন্যানোপোরে প্রবেশ করার জন্য আয়নগুলিকে অবশ্যই তাদের হাইড্রেশন শেলগুলিকে আংশিকভাবে ফেলে দিতে হবে, যা শক্তিগতভাবে প্রতিকূল। এই প্রভাবটি মাল্টিভ্যালেন্ট আয়নগুলির জন্য আরও স্পষ্ট হয় (যাতে বড় হাইড্রেশন শেল রয়েছে) এবং দ্বি-ভূক্ত প্রজাতির উচ্চতর প্রত্যাখ্যানে অবদান রাখে যা আকার বর্জন এবং ডোনান প্রভাব একাই ভবিষ্যদ্বাণী করবে। অনুশীলনে, ডাইইলেক্ট্রিক বর্জন প্রায় 1 এনএম-এর নীচে ছিদ্র ব্যাসের ক্ষেত্রে তাৎপর্যপূর্ণ হয়ে ওঠে এবং কম আয়নিক শক্তি ফিড জলে কাজ করা টাইট এনএফ ঝিল্লির জন্য সবচেয়ে প্রাসঙ্গিক।
ন্যানোফিল্ট্রেশন, রিভার্স অসমোসিস এবং আল্ট্রাফিল্ট্রেশনের মধ্যে নির্বাচন করার জন্য প্রতিটি মেমব্রেন প্রযুক্তি কী অর্জন করতে পারে এবং কী করতে পারে না সে সম্পর্কে একটি পরিষ্কার বোঝার প্রয়োজন। এখানে মূল কর্মক্ষমতা এবং অপারেটিং পরামিতিগুলির একটি পাশাপাশি তুলনা করা হয়েছে:
| প্যারামিটার | আল্ট্রাফিল্ট্রেশন (UF) | ন্যানোফিল্ট্রেশন (NF) | বিপরীত অসমোসিস (RO) |
| ছিদ্র আকার | 2-100 এনএম | 0.5-2 nm | <0.5 এনএম (ঘন) |
| MWCO | 1,000-300,000 দা | 200-1,000 দা | <200 দা |
| অপারেটিং চাপ | 0.5-5 বার | 3-20 বার | 15-80 বার |
| একচেটিয়া লবণ প্রত্যাখ্যান | <5% | 20-50% | 95-99.5% |
| ডিভালেন্ট সল্ট প্রত্যাখ্যান | <10% | 85-98% | 98-99.8% |
| জৈব অণু প্রত্যাখ্যান | উচ্চ (>1,000 Da শুধুমাত্র) | উচ্চ (>200 Da) | খুব উচ্চ (>100 Da) |
| আপেক্ষিক শক্তি খরচ | কম | মাঝারি | উচ্চ |
| সাধারণ অ্যাপ্লিকেশন | স্পষ্টীকরণ, ভাইরাস অপসারণ, MBR | নরম করা, রঙ অপসারণ, মাইক্রোপলুট্যান্টস | ডিস্যালিনেশন, অতি বিশুদ্ধ পানি |
বাস্তবে, সিদ্ধান্তটি প্রায়ই মোট দ্রবীভূত সলিডস (টিডিএস) লক্ষ্য এবং শক্তি বাজেটে নেমে আসে। যদি লক্ষ্য 500-2,000 mg/L এর TDS সহ পৌর বা ভূগর্ভস্থ জলের উত্স থেকে কঠোরতা হ্রাস করা এবং ট্রেস অর্গানিক অপসারণ করা হয়, NF ঝিল্লিগুলি RO থেকে 30-50% কম শক্তিতে প্রয়োজনীয় কার্যক্ষমতা প্রদান করে। যদি অ্যাপ্লিকেশনটির জন্য সমুদ্রের জল (TDS 35,000 mg/L) থেকে পানীয় জল বা মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্সের জন্য অতি বিশুদ্ধ জল উত্পাদনের প্রয়োজন হয়, তাহলে RO হল একমাত্র কার্যকর মেমব্রেন বিকল্প৷
একটি ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেন সিস্টেমের কার্যকারিতা এবং স্থায়িত্ব মৌলিকভাবে ঝিল্লি উপাদান দ্বারা এবং এটি কীভাবে একটি মডিউলে প্যাকেজ করা হয় তা দ্বারা নির্ধারিত হয়। উভয় সিদ্ধান্তেরই সহনশীলতা, রাসায়নিক প্রতিরোধ, ফ্লাক্স স্থায়িত্ব এবং জীবনচক্র খরচ পরিষ্কারের জন্য উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে।
TFC পলিমাইড হল বাণিজ্যিক NF ঝিল্লির জন্য প্রভাবশালী উপাদান, যা Dow Filmtec (বর্তমানে DuPont Water Solutions), Toray, Hydranautics এবং Nitto-এর পণ্যগুলিতে ব্যবহৃত হয়। ঝিল্লিটি তিনটি স্তর নিয়ে গঠিত: একটি পলিয়েস্টার সাপোর্ট ফ্যাব্রিক (যান্ত্রিক শক্তির জন্য), একটি মাইক্রোপোরাস পলিসালফোন ইন্টারলেয়ার (মাত্রিক স্থিতিশীলতার জন্য), এবং একটি ক্রসলিঙ্কযুক্ত সুগন্ধযুক্ত পলিমাইড পাতলা ফিল্ম (40-200 এনএম পুরু) ইন্টারফেসিয়াল পলিমারাইজেশন দ্বারা গঠিত। পলিমাইড সক্রিয় স্তর নির্বাচনীতা এবং ফ্লাক্স বৈশিষ্ট্যের জন্য দায়ী। TFC-PA NF মেমব্রেন চমৎকার প্রত্যাখ্যান কার্যক্ষমতা এবং উচ্চ ফ্লাক্স প্রদান করে কিন্তু ক্লোরিনের প্রতি সংবেদনশীল — এমনকি 0.1 পিপিএম ফ্রি ক্লোরিন সময়ের সাথে সাথে পলিমাইড স্তরকে অবনমিত করতে পারে, যার জন্য ঝিল্লি সিস্টেমের আগে সোডিয়াম বিসালফাইটের সাথে ফিড ওয়াটারের ডিক্লোরিনেশন প্রয়োজন।
সেলুলোজ অ্যাসিটেট NF ঝিল্লি টিএফসি-পিএ প্রযুক্তির পূর্ববর্তী এবং নতুন ইনস্টলেশনে কম সাধারণ। তারা মাঝারি প্রত্যাখ্যান কার্যকারিতা অফার করে এবং উল্লেখযোগ্যভাবে ক্লোরিন সহনশীল (একটানা 1 পিপিএম পর্যন্ত), যা ফিড ওয়াটার জীবাণুমুক্তকরণ ব্যবস্থাপনাকে সহজ করতে পারে। যাইহোক, CA ঝিল্লিগুলি পিএইচ-এর চরম মাত্রায় হাইড্রোলাইসিস (পিএইচ 4-8-এর মধ্যে সর্বোত্তমভাবে পরিচালিত) এবং উষ্ণ জলের সিস্টেমে ব্যাকটেরিয়া আক্রমণের জন্য সংবেদনশীল, TFC-PA এর তুলনায় তাদের প্রয়োগের পরিসর সীমিত করে। এগুলি কিছু ভূগর্ভস্থ জল নরমকরণ এবং চিনি শিল্পের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে তাদের ক্লোরিন সহনশীলতা মূল্যবান।
সিরামিক ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেন — অ্যালুমিনা (Al₂O₃), টাইটানিয়া (TiO₂), বা জিরকোনিয়া (ZrO₂)-এর মতো উপকরণের উপর ভিত্তি করে — কঠোর শিল্প অ্যাপ্লিকেশনের জন্য NF বাজারের একটি ক্রমবর্ধমান অংশের প্রতিনিধিত্ব করে। তারা অসামান্য রাসায়নিক প্রতিরোধের (pH 0-14 সহ্য করে, শক্তিশালী অক্সিডেন্ট, দ্রাবক এবং 400°C পর্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রা), যান্ত্রিক দৃঢ়তা এবং 10-20 বছরের খুব দীর্ঘ কর্মক্ষম জীবনকাল প্রদান করে। তাদের প্রাথমিক ত্রুটিগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চ মূলধন খরচ (5-10× পলিমেরিক ঝিল্লির তুলনায়) এবং কম প্যাকিং ঘনত্ব প্রতি ইউনিট ভলিউম। দ্রাবক ডিহাইড্রেশন, উচ্চ-তাপমাত্রা টেক্সটাইল বর্জ্য চিকিত্সা, এবং বারবার অ্যাসিড/কস্টিক সিআইপি চক্র জড়িত আক্রমনাত্মক খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ স্ট্রিমগুলির মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিরামিক এনএফ ঝিল্লিগুলি পছন্দ করে।
পলিমেরিক এনএফ ঝিল্লির বেশিরভাগ অংশ সর্পিল ক্ষত মডিউলে প্যাকেজ করা হয় - একই ফর্ম্যাট যা RO-এর জন্য ব্যবহৃত হয়। একটি সর্পিল ক্ষত NF উপাদান একটি কেন্দ্রীয় পারমিট সংগ্রহ নলের চারপাশে ক্ষতবিক্ষত ঝিল্লি খামের শীট নিয়ে গঠিত, যেখানে ফিড স্পেসার এবং পারমিট স্পেসার স্তরগুলিকে আলাদা করে। স্ট্যান্ডার্ড মাপ হল 2.5", 4" এবং 8" ব্যাস বাই 40" দৈর্ঘ্য, 8" × 40" উপাদানগুলি মিউনিসিপাল এবং ইন্ডাস্ট্রিয়াল NF সিস্টেমের জন্য ওয়ার্কহরস ফর্ম্যাট। সর্পিল ক্ষত মডিউলগুলি খুব উচ্চ প্যাকিং ঘনত্ব অর্জন করে (সাধারণত প্রতি m³ মডিউলের আয়তনে 800-1,000 m² ঝিল্লি এলাকা) এবং বড় আকারের ইনস্টলেশনের জন্য সাশ্রয়ী। ফাঁপা ফাইবার এনএফ মডিউলগুলি নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয় যার জন্য ভিতরের-আউট প্রবাহ বা ব্যাকওয়াশেবিলিটি প্রয়োজন, যেমন কিছু জল চিকিত্সা প্রাক-চিকিত্সা এবং দুগ্ধ ঘনত্ব ব্যবস্থা, তবে মূলধারার এনএফ-এর জন্য সর্পিল ক্ষতের তুলনায় কম প্রচলিত।
এনএফ ঝিল্লির নির্বাচনী পৃথকীকরণ ক্ষমতা তাদের বিস্তৃত শিল্পে অপরিহার্য করে তুলেছে। এখানে কী আলাদা করা হচ্ছে এবং কী পারফরম্যান্স প্রত্যাশিত তার নির্দিষ্ট বিবরণ সহ সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগের ক্ষেত্র রয়েছে।
শক্ত ভূগর্ভস্থ জল বা পৃষ্ঠের জল থেকে নরম পানীয় জল উত্পাদন করার জন্য এনএফ ঝিল্লিগুলি সবচেয়ে শক্তি-দক্ষ প্রযুক্তি। একটি সাধারণ মিউনিসিপ্যাল এনএফ সফ্টেনিং সিস্টেম 85-98% ক্যালসিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়াম প্রত্যাখ্যান করে যখন 75-85% ফিড ওয়াটার পারমিট হিসাবে পুনরুদ্ধার করে (বাকীটি ঘনীভূত হয় বা আরও চিকিত্সা করা হয়)। পারমিট টিডিএস সাধারণত 500-800 mg/L থেকে কমিয়ে 150-300 mg/L, কঠোরতা 2°dH-এর নিচে - আয়ন বিনিময় নরম করার সাথে যুক্ত লবণ এবং পুনর্জন্মের বর্জ্য ছাড়া বিতরণ ব্যবস্থা এবং গৃহস্থালীর যন্ত্রপাতিগুলিতে স্কেলিং দূর করতে যথেষ্ট নরম। ফ্লোরিডা, নেদারল্যান্ডস এবং চীনের কিছু অংশে প্ল্যান্টগুলি 20 বছরেরও বেশি সময় ধরে মিউনিসিপ্যাল স্কেলে NF সফ্টেনিং সিস্টেমগুলিকে চমৎকার নির্ভরযোগ্যতার রেকর্ডের সাথে পরিচালনা করেছে।
উদীয়মান দূষক — কীটনাশক, হার্বিসাইড, ফার্মাসিউটিক্যালি অ্যাক্টিভ কম্পাউন্ড (PhACs), এন্ডোক্রাইন ডিসরাপ্টার এবং per- এবং polyfluoroalkyl সাবস্ট্যান্স (PFAS) — ক্রমবর্ধমানভাবে ভূপৃষ্ঠের জলে এবং ভূগর্ভস্থ জলের সরবরাহে ঘনত্বে শনাক্ত হচ্ছে যা প্রচলিত চিকিত্সা প্রক্রিয়াগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে সীমাবদ্ধ করতে পারে না৷ NF ঝিল্লি 200 Da-এর উপরে আণবিক ওজন সহ বেশিরভাগ মাইক্রোপলুট্যান্টের 90% এর বেশি প্রত্যাখ্যান করে, যা এই দূষকগুলির জন্য সবচেয়ে কার্যকর বাধাগুলির মধ্যে একটি করে তোলে। PFAS-এর জন্য বিশেষভাবে, শক্ত MWCO (200-300 Da) সহ NF মেমব্রেনগুলি PFOA এবং PFOS প্রত্যাখ্যান 95%-এর উপরে অর্জন করে, যা গুরুত্বপূর্ণ যে EU এবং US-এ নিয়ন্ত্রক সীমাগুলি সাব-10 ppt স্তরে কঠোর করা হয়েছে।
হিউমিক এবং ফুলভিক অ্যাসিড - ভূপৃষ্ঠের জলের হলুদ-বাদামী রঙের জন্য দায়ী প্রাকৃতিক জৈব পদার্থের প্রাথমিক উপাদান (NOM) - এর আণবিক ওজন প্রধানত 500-5,000 Da পরিসরে থাকে এবং NF ঝিল্লি দ্বারা দক্ষতার সাথে ধরে রাখা হয়। 95-99% রঙ প্রত্যাখ্যান নিয়মিতভাবে অর্জন করা হয়, 0.02 সেমি⁻¹ এর নিচে UV254 শোষণের সাথে একটি পারমিট তৈরি করে। এটি স্ক্যান্ডিনেভিয়া, কানাডা এবং যুক্তরাজ্যের জলের ইউটিলিটিগুলির জন্য বিশেষভাবে মূল্যবান যেখানে উচ্চ-NOM, নিম্ন-টর্বিডিটি পৃষ্ঠের জলগুলি প্রচলিত জমাট-ভিত্তিক চিকিত্সার জন্য চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে। এনওএম অপসারণ এছাড়াও জীবাণুমুক্তকরণ উপ-পণ্য (ডিবিপি) গঠনের সম্ভাব্যতা হ্রাস করে, যেহেতু হিউমিক পদার্থগুলি ক্লোরিনেশনের সময় উত্পন্ন ট্রাইহ্যালোমেথেনস (THMs) এবং হ্যালোএসেটিক অ্যাসিড (HAAs) এর অগ্রদূত।
দুগ্ধ প্রক্রিয়াকরণে, ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেন ব্যবহার করা হয় ঘোলকে ঘনীভূত করতে এবং একই সাথে এটিকে ডিমিনারলাইজ করতে - শিল্পে আংশিক ডিমিনারলাইজেশন বা "ন্যানো" নামে একটি প্রক্রিয়া। পনির উৎপাদনের মিষ্টি ঘায়ে ল্যাকটোজ, হুই প্রোটিন এবং খনিজ পদার্থ থাকে। এনএফ মেমব্রেন ল্যাকটোজ (আণবিক ওজন 342 Da) এবং হুই প্রোটিনগুলিকে অত্যন্ত উচ্চ হারে প্রত্যাখ্যান করে যখন মনোভ্যালেন্ট খনিজগুলির (NaCl) একটি উল্লেখযোগ্য ভগ্নাংশ অতিক্রম করে, শুধুমাত্র বাষ্পীভবনের তুলনায় ঘাই ঘনত্বের ছাই 25-35% হ্রাস করে। এই এনএফ-কেন্দ্রিক ঘোলটি শিশু সূত্র, ক্রীড়া পুষ্টি পণ্য এবং কার্যকরী খাদ্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে নিয়ন্ত্রিত খনিজ উপাদান প্রয়োজন। এনএফ স্প্রে-শুকানোর জন্য ছাইয়ের পরিমাণও কমিয়ে দেয়, পাতলা ঘায়ের বাষ্পীভবনের তুলনায় উল্লেখযোগ্য শক্তি সঞ্চয় করে।
টেক্সটাইল বর্জ্যগুলি হল সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং শিল্প বর্জ্য জলের মধ্যে, যার মধ্যে 300-1,500 Da এর আণবিক ওজন সহ প্রতিক্রিয়াশীল রঞ্জক, উচ্চ ঘনত্বে (50-200 g/L) লবণ (NaCl, Na₂SO₄) এবং হাইড্রোলাইজড রঞ্জক যৌগ রয়েছে। এনএফ ঝিল্লিগুলি রঞ্জক প্রত্যাখ্যান করার ক্ষেত্রে অত্যন্ত কার্যকরী (সাধারণত>98%) সোডিয়াম ক্লোরাইড লবণের একটি উল্লেখযোগ্য অংশের মধ্য দিয়ে অতিক্রম করে — "লবণ/রঞ্জক বিভাজন" নামক একটি প্রক্রিয়াকে সক্ষম করে যা জল এবং লবণ উভয়কেই রঞ্জন প্রক্রিয়ায় পুনর্ব্যবহৃত করতে দেয়। এটি ডাইহাউসে জল এবং লবণের লুপ বন্ধ করে, মিঠা পানির ব্যবহার 50-80% হ্রাস করে এবং লবণ সংগ্রহের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। 300 Da এর কাছাকাছি MWCO সহ টাইট NF ঝিল্লি প্রতিক্রিয়াশীল ডাই অ্যাপ্লিকেশনের জন্য পছন্দ করা হয়।
ফার্মাসিউটিক্যাল ম্যানুফ্যাকচারিংয়ে, ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেনগুলি 200-2,000 Da আণবিক ওজনের পরিসরে API (সক্রিয় ফার্মাসিউটিক্যাল উপাদান), পেপটাইড, অ্যান্টিবায়োটিক এবং ভিটামিনের ঘনত্ব এবং ডায়াফিল্ট্রেশনের জন্য ব্যবহৃত হয়। বাষ্পীভবন ঘনত্বের প্রধান সুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা প্রক্রিয়াকরণ (তাপ-সংবেদনশীল API-এর তাপীয় অবক্ষয় রোধ করা), কোন ফেজ পরিবর্তন নয় (জলীয় দ্রবণের অখণ্ডতা বজায় রাখা), এবং চমৎকার মাপযোগ্যতা। দ্রাবক বিনিময় (ডায়াফিল্ট্রেশনের মাধ্যমে একটি দ্রাবককে অন্যটির সাথে প্রতিস্থাপন), অপবিত্রতা অপসারণ এবং জল পরিশোধন প্রক্রিয়ার জন্যও NF ব্যবহার করা হয়। ফার্মাসিউটিক্যাল মেমব্রেন সিস্টেমের জন্য নিয়ন্ত্রক প্রয়োজনীয়তাগুলির মধ্যে রয়েছে ডেটা অখণ্ডতার জন্য FDA 21 CFR পার্ট 11-এর সাথে সম্মতি, পণ্য-যোগাযোগ পৃষ্ঠের জন্য USP ক্লাস VI উপাদানের সার্টিফিকেশন, এবং যাচাইকৃত পরিষ্কার এবং অখণ্ডতা পরীক্ষার প্রোটোকল।
একটি নতুন সিস্টেমের জন্য NF ঝিল্লি নির্দিষ্ট করার সময় বা বিদ্যমান ইনস্টলেশনে ঝিল্লি প্রতিস্থাপন করার সময়, এইগুলি হল প্রযুক্তিগত পরামিতি যা নির্ধারণ করে যে ঝিল্লি কার্যকারিতা লক্ষ্য পূরণ করবে এবং গ্রহণযোগ্য পরিষেবা জীবন প্রদান করবে।
ফাউলিং - এনএফ ঝিল্লির উপর বা এর মধ্যে উপাদান জমা করা এবং জমা করা - ন্যানোফিল্ট্রেশন সিস্টেমে প্রাথমিক অপারেশনাল চ্যালেঞ্জ। অনিয়ন্ত্রিত ফাউলিং ফ্লাক্স হ্রাস, ট্রান্স-মেমব্রেনের চাপ বৃদ্ধি, প্রত্যাখ্যান হ্রাস এবং ঝিল্লির আয়ু সংক্ষিপ্ত করে। সঠিক প্রাক-চিকিত্সা এবং পরিষ্কারের কৌশল নির্বাচন করার জন্য ফাউলিং প্রক্রিয়া বোঝা অপরিহার্য।
যেহেতু জল NF সিস্টেমে ঘনীভূত হয়, অল্প পরিমাণে দ্রবণীয় লবণ - বিশেষ করে ক্যালসিয়াম কার্বনেট (CaCO₃), ক্যালসিয়াম সালফেট (CaSO₄), বেরিয়াম সালফেট (BaSO₄), এবং সিলিকা (SiO₂) — তাদের দ্রবণীয়তার সীমা অতিক্রম করতে পারে এবং আমার উপরিভাগের স্কেলে প্রবাহিত হতে পারে। ক্যালসিয়াম কার্বনেট স্কেলিং হল সবচেয়ে সাধারণ ফর্ম এবং এটি ফিড ওয়াটার pH কমিয়ে 6.0–6.5 (HCO₃⁻ থেকে CO₂ এ রূপান্তর করে) বা অ্যান্টিস্ক্যাল্যান্ট রাসায়নিক (2-5 পিপিএম-এ পলিকারবক্সিলেট বা ফসফোনেট-ভিত্তিক ইনহিবিটর) ডোজ করে নিয়ন্ত্রিত হয় যা স্টাল নিউক্লি এবং বৃদ্ধিতে হস্তক্ষেপ করে। ল্যাঞ্জেলিয়ার স্যাচুরেশন ইনডেক্স (এলএসআই) এবং স্টিফ-ডেভিস স্যাচুরেশন ইনডেক্স গণনাগুলি প্রতিটি এনএফ সিস্টেম ডিজাইনের জন্য ঘনীভূত প্রবাহে স্কেলিং ঝুঁকির পরিমাণ নির্ধারণের জন্য সঞ্চালিত হওয়া উচিত।
প্রাকৃতিক জৈব পদার্থ, প্রোটিন, তেল এবং সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলি পলিমাইড ঝিল্লি পৃষ্ঠের উপর শোষণ করতে পারে এবং একটি জেল স্তর তৈরি করতে পারে যা জলবাহী প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়। জৈব ফাউলিং বিশেষত উচ্চ NOM ঘনত্বের সাথে পৃষ্ঠের জল NF অ্যাপ্লিকেশনে এবং দুগ্ধজাত NF সিস্টেমে সমস্যাযুক্ত। জমাট বাঁধা/ফ্লোকুলেশন, গ্রানুলার অ্যাক্টিভেটেড কার্বন (GAC) শোষণ, বা UF প্রি-ফিল্ট্রেশন সহ প্রাক-চিকিত্সা NF ঝিল্লিতে জৈব ফাউলিং লোডকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। পিএইচ 11-12 এ NaOH দিয়ে কস্টিক পরিষ্কার করা (প্লাস তেল ফাউলিংয়ের জন্য সার্ফ্যাক্ট্যান্ট) হল সিআইপি চলাকালীন জৈব ফাউল্যান্ট অপসারণের জন্য আদর্শ প্রোটোকল।
এনএফ মেমব্রেনে বায়োফিল্ম গঠন — ব্যাকটেরিয়াল আনুগত্য, বৃদ্ধি এবং এক্সট্রা সেলুলার পলিমারিক সাবস্ট্যান্স (ইপিএস) উৎপাদনের কারণে — নিয়ন্ত্রণ করা সবচেয়ে কঠিন ফাউলিং মোডগুলির মধ্যে একটি কারণ বায়োফিল্মগুলি রাসায়নিক পরিষ্কারের জন্য সহজাতভাবে প্রতিরোধী। বায়োফাউলিং ফ্লাক্স হ্রাস করে, ঝিল্লি উপাদান জুড়ে ডিফারেনশিয়াল চাপ বাড়ায় এবং গুরুতর ক্ষেত্রে ঝিল্লি এবং স্পেসার উপাদানগুলিকে শারীরিকভাবে ক্ষতি করতে পারে। নিয়ন্ত্রণ কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে ডিক্লোরিনেশন পয়েন্ট পর্যন্ত ফিডে বিনামূল্যে ক্লোরিন বজায় রাখা (প্রি-ট্রিটমেন্ট পাইপিংয়ে বায়োফিল্ম গঠন সীমিত করার জন্য), ঝিল্লির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নন-অক্সিডাইজিং বায়োসাইডের পর্যায়ক্রমিক শক ডোজ (যেমন, ডিবিএনপিএ, আইসোথিয়াজোলোন), এবং বায়োসিডাল এজেন্টগুলির সাথে নিয়মিত সিআইপি। পর্যাপ্ত ক্রস-ফ্লো বেগ এবং পর্যায়ক্রমিক ফরোয়ার্ড ফ্লাশ চক্রের মাধ্যমে ফিড স্পেসারগুলি পরিষ্কার রাখা বায়োফাউলিং জমার হারকেও কমিয়ে দেয়।
আঠালো কণা (কাদামাটি খনিজ, আয়রন হাইড্রোক্সাইড, সিলিকা কলয়েড) এবং ফিড ওয়াটারে ঝুলে থাকা কঠিন পদার্থগুলি ফিড স্পেসার চ্যানেলগুলিকে ব্লক করতে পারে এবং ঝিল্লি পৃষ্ঠে জমা হতে পারে। সিল্ট ডেনসিটি ইনডেক্স (SDI) হল স্ট্যান্ডার্ড ফিড ওয়াটার কোয়ালিটি প্যারামিটার যা সর্পিল ক্ষত এনএফ সিস্টেমের জন্য কলয়েডাল ফাউলিং ঝুঁকির পূর্বাভাস দিতে ব্যবহৃত হয় — সাধারণত 3-এর নীচে একটি SDI প্রয়োজন, উচ্চ-ফ্লাক্স সিস্টেমের জন্য 1-এর নীচে পছন্দ করা হয়। লক্ষ্য SDI অর্জনের জন্য প্রাক-চিকিত্সা হল মাল্টিমিডিয়া পরিস্রাবণ, কার্টিজ পরিস্রাবণ (5-20 µm পরম), এবং চ্যালেঞ্জিং ক্ষেত্রে, নির্ভরযোগ্যভাবে SDI 0.5-এর নিচে কমাতে UF প্রি-ফিল্ট্রেশন।
একটি ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেন একটি সম্পূর্ণ এনএফ সিস্টেমের শুধুমাত্র একটি উপাদান। প্রি-ট্রিটমেন্ট ট্রেন আপস্ট্রিম এবং কনসেনট্রেট ম্যানেজমেন্ট স্ট্র্যাটেজি ডাউনস্ট্রিম সিস্টেমের কার্যকারিতা, মেমব্রেন লাইফ এবং মোট অপারেটিং খরচের সমান গুরুত্বপূর্ণ নির্ধারক।
ন্যূনতম, NF ফিড জলকে 5 µm কার্টিজ পরিস্রাবণের মধ্য দিয়ে যেতে হবে উচ্চ-চাপ পাম্পের আগে ঝিল্লি উপাদান এবং পাম্পের উপাদানগুলিকে কণার ক্ষতি থেকে রক্ষা করতে। সারফেস ওয়াটার ফিডের জন্য, জমাট বাঁধা, অবক্ষেপণ, এবং মাল্টিমিডিয়া পরিস্রাবণ হল টর্বিডিটি এবং NOM লোডিং কমাতে প্রি-ট্রিটমেন্টের স্ট্যান্ডার্ড পদক্ষেপ। উচ্চতর আয়রন বা ম্যাঙ্গানিজ সহ ভূগর্ভস্থ জলের জন্য, NF সিস্টেমের অক্সিডেশন এবং পরিস্রাবণ আপস্ট্রিম এই ধাতুগুলিকে হাইড্রক্সাইড অবক্ষেপ হিসাবে ঝিল্লির পৃষ্ঠকে ফাউল করা থেকে বাধা দেয়। স্কেলিং বিশ্লেষণের ফলাফলের উপর ভিত্তি করে এনএফ মেমব্রেনের ঠিক আগে পিএইচ সামঞ্জস্য এবং অ্যান্টিস্ক্যাল্যান্ট ডোজ প্রয়োগ করা হয়। ক্লোরিনযুক্ত পৌরসভার জল গ্রহণকারী TFC পলিমাইড ঝিল্লির জন্য SMBS-এর সাথে ডিক্লোরিনেশন অপরিহার্য।
সিস্টেম পুনরুদ্ধার — ফিড ওয়াটারের ভগ্নাংশ যা ভেদ হয়ে যায় — NF সিস্টেমের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ ডিজাইন প্যারামিটার। উচ্চতর পুনরুদ্ধারের অর্থ হল ঘনত্ব হিসাবে কম জল অপচয় করা এবং পণ্যের জলের প্রতি ঘনমিটার কম নির্দিষ্ট শক্তি খরচ। যাইহোক, উচ্চতর পুনরুদ্ধারের অর্থ ঘনীভূত প্রবাহে উচ্চ ঘনত্বের কারণ, স্কেলিং এবং ফাউলিং ঝুঁকি বৃদ্ধি। সাধারণ NF সিস্টেম পুনরুদ্ধারগুলি পৌরসভার জল প্রয়োগের জন্য 75-85% এবং আরও চ্যালেঞ্জিং শিল্প ফিডের জন্য 50-70%। পর্যায় কনফিগারেশন (রিসারিকে দুই বা তিনটি চাপের জাহাজ ব্যাঙ্ক, পুনঃপ্রবর্তন সহ) ব্যক্তিগত ঝিল্লি উপাদান জুড়ে ঘনত্ব মেরুকরণ পরিচালনা করার সময় পুনরুদ্ধার সর্বাধিক করতে ব্যবহৃত হয়। সিস্টেম ডিজাইন সফ্টওয়্যার (যেমন DuPont WAVE, Toray DS2, বা LG Chem RODESIGN) মডেল পুনরুদ্ধার করতে এবং স্কেলিং সূচক এবং পৃথক উপাদান ফ্লাক্স সীমার বিরুদ্ধে নকশা যাচাই করতে ব্যবহার করা উচিত।
একটি NF সিস্টেম থেকে ঘনীভূত (প্রত্যাখ্যান) স্ট্রীম উচ্চতর ঘনত্বে সমস্ত প্রত্যাখ্যাত প্রজাতি ধারণ করে — সাধারণত 4-7× 75-85% পুনরুদ্ধারে চলমান একটি সিস্টেমের জন্য ফিড ঘনত্ব। এই ঘনত্বের নিষ্পত্তি করা একটি উল্লেখযোগ্য বিবেচ্য, বিশেষ করে বড় পৌর এনএফ উদ্ভিদের জন্য। বিকল্পগুলির মধ্যে রয়েছে ভূপৃষ্ঠের জলে নিষ্কাশন (কঠোরতা, সালফেট এবং পরিবাহিতা সীমার জন্য নিয়ন্ত্রক অনুমতি সাপেক্ষে), বর্জ্য জল শোধনাগারের প্রভাবের সাথে মিশ্রণ, গভীর কূপ ইনজেকশন, শুষ্ক অঞ্চলে বাষ্পীভবন পুকুর, বা শূন্য তরল নিষ্কাশন (ZLD) সরঞ্জাম যেমন ব্রাইন কনসেনট্রেটর এবং ক্রিস্টালাইজার দিয়ে চিকিত্সা। উচ্চ-মূল্যের স্ট্রীম প্রক্রিয়াকরণের শিল্প NF সিস্টেমগুলির জন্য, ঘনীভূত নিজেই পণ্য হতে পারে — উদাহরণস্বরূপ, দুগ্ধজাত এনএফ-এ যেখানে ঘনীভূত হুই স্ট্রীম পছন্দসই আউটপুট এবং পারমিট (পালিযুক্ত লবণযুক্ত) নিষ্কাশন বা পুনরায় ব্যবহার করা হয়।
ন্যানোফিল্ট্রেশন মেমব্রেন বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল একটি সক্রিয় গবেষণা এবং বাণিজ্যিকীকরণ ক্ষেত্র। বেশ কিছু উন্নয়ন পরীক্ষাগার থেকে বাণিজ্যিক স্কেলে চলে যাচ্ছে এবং আগামী দশকে এনএফ সিস্টেমের ক্ষমতাকে আকৃতি দেবে।
