I 1960 lykkedes det Loeb og Sourirajan på University of California at fremstille membraner af celluloseacetat. Membranerne havde en god tilbageholdelse af salte, samtidig med at deres kapacitet var god. Celluloseacetat er en kemisk forbindelse af cellulose og eddikesyre.
Siden er udviklingen gået stærkt, og i dag fremstilles membranerne af en lang række forskellige plastikmaterialer.
Membranen er den vigtigste del af filtreringen og findes i mange forskellige udformninger, hvoraf de vigtigste er:
Fælles for alle membrantyperne er at de er semipermeable dvs. halvgennemtrængelige. Membrantypen vælges alt efter hvad man ønsker at separere fra vandet, og hvad der ikke må trænge igennem. Membranteknologi kan både anvendes til at fjerne luftarter, salte, organismer, bakterier m.m.
I forhold til ionbytning er osmose en ren fysisk proces og helt kemikaliefri. Naturen er fyldt med eksempler på osmose. Princippet i osmose er ganske simpelt, idet væsker med lavt saltindhold altid vil forsøge at blande sig med vædsker med højt saltindhold indtil saltindholdet er ens i de to væsker. Er de to væsker adskilt af en semipermeabel (halvgennemtrængelig) membran vil væsken med det lave saltindhold trænge gennem membranen indtil saltindholdet er ens på begge sider af membranen. Niveauforskellen på de to væsker kaldes det osmotiske tryk.
Det er osmose princippet, der får vand til at trænge op gennem planter og nå de yderste blade, mens ikke opløste stoffer vil blive tilbageholdt af membranen. Jo højere man når op og ud i en plante jo flere salte indeholder plantesaften og derfor vil vand trænge ind gennem plantens rødder og presse sig op gennem alle plantens celler til de yderste spidser. Dette kaldes naturlig osmose.
Omvendt osmose (RO - reverse osmosis) er en filtreringsteknik, hvor man sætter tryk på væsken med den højeste saltkoncentration og presser denne væske gennem en meget fin membran (0,001-0,0001 µm), som kan frafiltrere både ioner og opløste stoffer i vand. Ikke alle ioner kan tilbageholdes 100%. En vis del (1-2%) vil gå igennem membranen, og det afhænger såvel af molekylestørrelsen som af membranen. Ønskes en lav restkoncentration af ioner, kan det derfor være nødvendigt at anvende flere RO-anlæg i serie eller kombinere med ionbytning.
Membraner til brug i industrielle anlæg fremstilles oftest af polyamid eller polysulfon, der kan arbejde i pH området 2-12. Den filtrerede væske kaldes for permeatet, mens den tilbageholdte opkoncentrerede væske kaldes for koncentratet.
Princippet i omvendt osmose er, at det saltholdige råvand ledes ind over en membran. Gennem de mikroskopiske porer i overfladen på membranen er det kun H2O - de rene vandmolekyler - som vil passere, fordi vandmolekylet er et af de mindste molekyler i flydende form. De mikroskopiske porer i osmose membranen er tilpasset vandmolekylet og slipper derfor ikke forureninger igennem som f.eks. tungmetaller, kemikalier, vira, bakterier, fordi alle disse stoffer er større end et vandmolekyle. Alle forureninger bliver afvist, men oxygen - O2 og CO2 - som er en gas, og mindre end vandmolekylet, vil slippe igennem osmosemembranen, således at det naturlige oxygen i vandet bevares.
Før råvand ledes ind i et omvendt osmoseanlæg kan det være nødvendigt først mekanisk at frafiltrere større partikler for at undgår tilstopning af membranerne. Det vil også være hensigtsmæssigt at blødgøre råvandet i et blødgøringsfilter for at undgå at kalkdannelser sætter sig fast og dermed tilstopper membranerne, det vil være med til at forlænge levetiden på membranerne.
Luft i alle typer vandbårne systemer giver anledning til problemer, som korrosion, slamophobning, forringet effektivitet i vekslere, kedler og pumper, for hurtig nedslidning af pumper og reguleringsudstyr, cirkulationsproblemer, irriterende lyde af klukkende vand i systemerne mv. Det er derfor vigtigt at fjerne al luft, både makrobobler, mikrobobler og den opløste luft.
Efter opfyldning af rørsystemer, bliver systemerne udluftet manuelt, så der ikke er store luftlommer, som forhindrer cirkulationen i systemerne.
Når systemerne igangsættes, vil yderligere luft blive udskilt fra vandet, dels på grund af trykændringer fra pumper, reguleringsventiler mv., men især på grund af opvarmningen. Denne ekstra udskilte luft bliver normalt udluftet ved hjælp af systemernes i indbyggede luftudladere, således at det ser ud til, at systemerne kører fint.
Det gør de også, men kun delvis, fordi det kun er makroboblerne, der er fjernet.
Mikroboblerne og den opløste luft er stadig tilbage og er årsag til forringet effektivitet af vekslere, kedler og pumper samt giver anledning til tæringer på grund af korrosionsprodukter, der flyder rundt med vandet, og kan i sidste ende bevirke tilstopninger kritiske steder i systemerne.
Mange tror fejlagtigt, at korrosionen fjerner den opløste luft og så er problemerne løst, men det er helt forkert, for det er kun den opløste ilt, der bliver brugt til korrosion. Da luft består af 21 % ilt og 78 % kvælstof, vil den opløste luft også være sammensat tilsvarende, så når ilten er opbrugt, er der stadig ca. 80 % ”luftarter” tilbage. Kvælstof er en inaktiv luftart, det vil sige, at den ikke reagerer med andre stoffer, så kvælstoffet bliver ved med at være i vandet.
Der findes 3 metoder til at fjerne både mikrobobler og den opløst luft fra vandbårne systemer:
Termisk afluftning:
Ved termisk afluftning pumpes vandet over i en trykløs tank, hvor vandets temperatur hæves til kogepunktet (100 0C), temperaturen holdes på kogepunktet i nogle minutter, inden det kogende vand pumpes ind i systemet. Dette er en besværlig og dyr metode, da vandet som regel skal opvarmes ved hjælp af el-varmelegemer.
Vakuumafluftning:
Ved traditionel vakuumafluftning pumpes vandet ind i en tank, som sættes under vakuum, hvorved vand og luft adskilles. Efter en reaktionstid sættes tanken under tryk, så den udskilte luft bliver trykket ud gennem en luftudlader. Disse anlægstyper bruger meget energi, da trykket på vandet skal sænkes fra 2 – 3 bar til ca. -0,7 /-0,9 bar, og når behandlingen er færdig, skal vandet op på 2 – 3 bar igen. Effektiviteten på disse anlæg er som regel ikke så stor, da det er svært at indstille vakuummet dybt nok, uden at pumperne ødelægges af kavitation.
Membranafluftning:
Med BWT AirFree systemerne er der udviklet en helt ny og langt mere effektiv metode til reduktion af luftindhold. Systemerne benytter en membran, som er utæt over for luftarter, men tæt over for vand. Systemerne kan reducere luftindholdene til et lige så lavt niveau, som man ønsker, uden vandet begynder at koge. Der er ingen problemer med kavitation og opslidning/ødelæggelse af pumper, da det kun er luften, der er under vakuum.
BWT AirFree systemerne er særdeles energieffektive, med et enestående lavt energiforbrug på:
Behandling af iltholdigt spædevand: 0,4 kWh/m3
Behandling af systemvand: 0,1 kWh/m3
Energiforbruget for BWT AirFree systemerne er op til 90 % mindre end i traditionelle afluftere.