Huvudmembrantyper i avloppsrening och deras flerdimensionella översikt

Avloppsvattenmembranbehandling förlitar sig på membranens selektiva separationsegenskaper för att avlägsna föroreningar. Klassificeringen av membrantyper varierar baserat på kemisk sammansättning, separationsmekanismer, geometri och specialiserade funktioner.

1. genom kemisk sammansättning

1.1 Organiska membran

• PVDF (polyvinylidenfluorid) membran : Hög mekanisk styrka och kemisk resistens, allmänt använd i mikrofiltrering (MF) och ultrafiltrering (UF), särskilt i membranbioreaktorer (Mbr) för fet eller högorganiskt avloppsvatten.
• PTFE (polytetrafluoroetylen) membran : Resistent mot höga temperaturer (upp till 260 ° C) och extremt pH, idealiskt för industriellt avloppsvatten (t.ex. läkemedel, kemikalier) med emulgerade oljor och kolloider.
• Andra polymermembran : Polyeten (PE) och polypropen (PP) är kostnadseffektiva för MF-förbehandling men har lägre mekanisk styrka.

1.2 Oorganiska membran

• Keramiska membran : Tillverkad av aluminiumoxid eller zirkonium, tål höga temperaturer (> 500 ° C) och mikrobiell korrosion, lämplig för högstyrenhet eller högtemperaturavloppsvatten (t.ex. textilindustri).
• Metallmembran : Titanlegeringsmembran tolererar högt tryck och extremt pH, som används vid förbehandling av havsvatten eller avloppsvattenbehandling.

2. Genom separationsmekanism

2.1 porösa membran

• Mikrofiltrering (MF) : Porstorlek 0,1–10 μm, tar bort suspenderade fasta ämnen, bakterier och stora kolloider (t.ex. kommunalt förbehandling av avloppsvatten).
• Ultrafiltration (UF) : Porstorlek 0,01–0,1 μm, behåller proteiner, virus och makromolekyler (t.ex. återvinning av industriell avloppsvatten).
• Nanofiltrering (NF) : Porstorlek 1–2 nm, tar selektivt bort tvåhaltiga joner (Ca²⁺, So₄²⁻) och organiska molekyler (200–1000 Da), som används för färgämne och vattenmjukning.

2.2 Icke-porösa membran

• Omvänd osmos (RO) : Täta membran under högt tryck tar bort upplösta salter (> 95% avstötning), tungmetaller och små organiska ämnen, kritiska för avsaltning av havsvatten och avloppsvatten med hög salthet.
• Elektrodialys (ED/EDR) : Jonbytemembran separerar salter via elektriska fält, lämpliga för saltkoncentration och syra/alkali-återhämtning.

2.3 Flytande membran

• Stödda flytande membran (SLM) : Använd bärmolekyler (t.ex. kronetrar) för selektiv jontransport, applicerad i sällsynt metall eller radioaktivt avloppsvattenåtervinning.

3. Genom geometrisk konfiguration

3.1 Flat-arkmembran

• Enkel struktur, lätt att rengöra/ersätta, används i MBR-system och småskalig decentraliserad behandling, men låg förpackningstäthet.

3.2 Rörformiga membran

• Brede flödeskanaler minskar tilltäppning, idealisk för högsuttat fasta avloppsvatten (t.ex. pappersbrukavlopp), men energikrävande.

3,3 ihåliga fibermembran

• Hög förpackningstäthet (upp till 8000 m²/m³), vanligt i UF/RO -system, men känslig för matning.

4. Specialiserade membran och hybridsystem

4.1 Membranbioreaktorer (MBR)

• Integrera biologisk behandling med membranseparation, vilket producerar återanvändbart vatten (t.ex. kommunalt eller boskapsavloppsvatten), även om membranbesvär kräver regelbunden kemisk rengöring.

4.2 Processer med dubbla membran

• Uf/mf ro : Tar bort 99% upplösta föroreningar för ultrapure vatten (elektronik) eller lakvattenbehandling av deponier.
• Nf ro : Minskar RO-membranfouling i avloppsvatten med hög salthet via iscensatt behandling.

4.3 Funktionaliserade membran

• Fotokatalytisk membran : Tio₂-belagda membran försämrar organiska ämnen under UV-ljus, vilket minskar fouling.
• Antifouling membran : Hydrofila modifieringar (t.ex. polyvinylalkoholtransplantation) eller nanomaterialkompositer (t.ex. grafenoxid) minimerar protein/kolloid vidhäftning.

5. Applikationsscenarier och urvalsriktlinjer

6. Framtida trender

• Materiell innovation : Hybridorganiska-oorganiska membran och biologiskt nedbrytbara biopolymermembran.
• Smart operation : IoT-baserad realtidsövervakning av flödet och transmembrantrycket för att optimera rengöringscykler.
• Återhämtning : Integration med membrandestillation (MD) eller framåt osmos (FO) för noll vätskutladdning (ZLD) och resursekstraktion.

Sammanfattning

Avloppsvattenmembranteknologier (MF, UF, NF, RO, MBR, etc.) tillgodoser olika separationsbehov baserat på vattenkvalitet, behandlingsmål och kostnad. Framtida framsteg kommer att fokusera på material med förbättrad hållbarhet, intelligenta system och resursåtervinning för att uppnå hållbara och energieffektiva lösningar.