Hovedmembrantyper i spildevandsrensning og deres multidimensionelle oversigt

Spildevandsmembranbehandling er afhængig af membranernes selektive separationsegenskaber for at fjerne forurenende stoffer. Klassificeringen af ​​membrantyper varierer baseret på kemisk sammensætning, separationsmekanismer, geometri og specialiserede funktioner.

1. ved kemisk sammensætning

1.1 Organiske membraner

• PVDF (polyvinyliden fluorid) membraner : Høj mekanisk styrke og kemisk resistens, der er vidt anvendt i mikrofiltrering (MF) og ultrafiltrering (UF), især i membranbio-reaktorer (MBR) til olieagtig eller høj-organisk spildevand.
• PTFE (polytetrafluoroethylen) membraner : Modstandsdygtig over for høje temperaturer (op til 260 ° C) og ekstrem pH, ideel til industrielt spildevand (f.eks. Farmaceutiske stoffer, kemikalier) med emulgerede olier og kolloider.
• Andre polymermembraner : Polyethylen (PE) og polypropylen (PP) er omkostningseffektive for MF-forbehandling, men har lavere mekanisk styrke.

1.2 uorganiske membraner

• Keramiske membraner : Lavet af aluminiumoxid eller zirconia, modstå høje temperaturer (> 500 ° C) og mikrobiel korrosion, der er egnet til høj-turbiditet eller høje temperatur spildevand (f.eks. Tekstil, fødevareindustrier).
• Metalmembraner : Titaniumlegeringsmembraner tolererer højt tryk og ekstrem pH, der bruges i forbehandling af havvand eller tungmetalspildevandsbehandling.

2. ved adskillelsesmekanisme

2.1 porøse membraner

• Mikrofiltrering (MF) : Porestørrelse 0,1–10 μm, fjerner suspenderede faste stoffer, bakterier og store kolloider (f.eks. Kommunalt spildevandsforbehandling).
• Ultrafiltration (UF) : Porestørrelse 0,01–0,1 μm, bevarer proteiner, vira og makromolekyler (f.eks. Genbrug af industrielt spildevand).
• Nanofiltration (NF) : Porestørrelse 1–2 nm, fjerner selektivt divalente ioner (Ca²⁺, SO₄²⁻) og organiske molekyler (200–1000 DA), der bruges til farvestof afsaltning og vandblødgøring.

2.2 Ikke-porøse membraner

• Omvendt osmose (RO) : Tæt membraner under højt tryk fjerner opløste salte (> 95% afvisning), tungmetaller og små organiske stoffer, kritisk for afsaltning af havvand og spildevand med høj salthed.
• Elektrodialyse (ED/EDR) : Ionbytningsmembraner separate salte via elektriske felter, der er egnet til saltvandskoncentration og syre/alkali-genvinding.

2.3 flydende membraner

• Understøttede flydende membraner (SLM) : Brug bærermolekyler (f.eks. Kronethere) til selektiv iontransport, påført i sjældent metal- eller radioaktivt spildevandsinddrivelse.

3. af geometrisk konfiguration

3.1 Membraner med fladt ark

• Enkel struktur, let at rengøre/erstatte, brugt i MBR-systemer og småskala decentraliseret behandling, men lav pakningstæthed.

3.2 Rørformede membraner

• Brede strømningskanaler reducerer tilstopning, ideel til højsuspenderet solid affald (f.eks. Papirmølle spildevand), men energikrævende.

3.3 Hule fibermembraner

• Høj pakningstæthed (op til 8000 m²/m³), almindelig i UF/RO -systemer, men følsom over for foderventhed.

4. specialiserede membraner og hybridsystemer

4.1 Membran Bio-reaktorer (MBR)

• Integrer biologisk behandling med membranseparation, hvilket producerer genanvendeligt vand (f.eks. Kommunalt eller husdyrspildevand), skønt membranforurening kræver regelmæssig kemisk rengøring.

4.2 Processer med dobbeltmembran

• UF/MF RO : Fjerner 99% opløste forurenende stoffer til ultrapurvand (elektronik) eller deponeringsudvaskningsbehandling.
• Nf ro : Reducerer RO-membranforstyrrelse i spildevand med høj salthed via iscenesat behandling.

4.3 Funktionaliserede membraner

• Fotokatalytiske membraner : TiO₂-coatede membraner nedbryder organiske stoffer under UV-lys, hvilket reducerer begroing.
• Antifouling membraner : Hydrofile modifikationer (f.eks. Polyvinylalkoholtransplantation) eller nanomaterialkompositter (f.eks. Grafenoxid) minimerer protein/kolloidadhæsion.

5. Applikationsscenarier og retningslinjer for udvælgelsesretning

6. Fremtidige tendenser

• Materiel innovation : Hybrid organiske-uorganiske membraner og biologisk nedbrydelige biopolymermembraner.
• Smart operation : IoT-baseret realtidsovervågning af flux og transmembrantryk for at optimere rengøringscyklusser.
• Ressourceinddrivelse : Integration med membrandestillation (MD) eller fremadrettet osmose (FO) for nul væskeudladning (ZLD) og ressourceekstraktion.

Oversigt

Spildevandsmembranteknologier (MF, UF, NF, RO, MBR osv.) Adresse forskellige separationsbehov baseret på vandkvalitet, behandlingsmål og omkostninger. Fremtidige fremskridt vil fokusere på materialer med forbedret holdbarhed, intelligente systemer og ressourceinddrivelse for at opnå bæredygtige og energieffektive løsninger.