Hovedmembrantyper i avløpsvannbehandling og deres flerdimensjonale oversikt

Avløpsmembranbehandling er avhengig av de selektive separasjonsegenskapene til membraner for å fjerne forurensninger. Klassifiseringen av membrantyper varierer basert på kjemisk sammensetning, separasjonsmekanismer, geometri og spesialiserte funksjoner.

1. ved kjemisk sammensetning

1.1 Organiske membraner

• PVDF (polyvinylidenfluor) membraner : Høy mekanisk styrke og kjemisk resistens, mye brukt i mikrofiltrering (MF) og ultrafiltrering (UF), spesielt i membranbioreaktorer (Mbr) for fet eller høyt organisk avløpsvann.
• PTFE (polytetrafluoroetylen) membraner : Resistent mot høye temperaturer (opptil 260 ° C) og ekstrem pH, ideelt for industrielt avløpsvann (f.eks. Farmasøytiske stoffer, kjemikalier) med emulgerte oljer og kolloider.
• Andre polymermembraner : Polyetylen (PE) og polypropylen (PP) er kostnadseffektive for MF-forbehandling, men har lavere mekanisk styrke.

1.2 Uorganiske membraner

• Keramiske membraner : Laget av aluminiumoksyd eller zirkonier, tåler høye temperaturer (> 500 ° C) og mikrobiell korrosjon, egnet for høy-turbiditet eller avløpsvann med høy temperatur (f.eks. Tekstil, matindustri).
• Metallmembraner : Titanlegeringsmembraner tåler høyt trykk og ekstrem pH, brukt i forbehandling av sjøvann eller tungmetallavløpsvannbehandling.

2. ved separasjonsmekanisme

2.1 Porøse membraner

• Mikrofiltrering (MF) : Porestørrelse 0,1–10 μm, fjerner suspenderte faste stoffer, bakterier og store kolloider (f.eks. Kommunalt avløpsvann før behandling).
• Ultrafiltrering (UF) : Porestørrelse 0,01–0,1 μm, beholder proteiner, virus og makromolekyler (f.eks. Industrielt avløpsvann).
• Nanofiltrering (NF) : Porestørrelse 1–2 nm, fjerner selektivt divalente ioner (Ca²⁺, SO₄²⁻) og organiske molekyler (200–1000 DA), brukt til fargestoff avsalting og mykgjøring av vann.

2.2 Ikke-porøse membraner

• Omvendt osmose (RO) : Tette membraner under høyt trykk Fjern oppløste salter (> 95% avvisning), tungmetaller og små organiske stoffer, kritiske for avsalting av sjøvann og avløpsvann med høyt salthet.
• Elektrodialyse (ED/EDR) : Ionebyttermembraner skiller salter via elektriske felt, egnet for saltlake-konsentrasjon og syre/alkali-utvinning.

2.3 Væskemembraner

• Støttet flytende membraner (SLM) : Bruk bærermolekyler (f.eks. Kronetere) for selektiv ionetransport, påført i sjeldent metall eller radioaktivt avløpsvann.

3. av geometrisk konfigurasjon

3.1 Membraner med flatark

• Enkel struktur, enkel å rengjøre/erstatte, brukt i MBR-systemer og småskala desentralisert behandling, men lav pakketetthet.

3.2 Tubular membraner

• Brede strømningskanaler reduserer tilstopping, ideell for høyskallet fast avløpsvann (f.eks. Papirfabrikkavløpende), men energikrevende.

3.3 hule fibermembraner

• Høy pakningstetthet (opptil 8000 m²/m³), vanlig i UF/RO -systemer, men følsom for fôr turbiditet.

4. Spesialiserte membraner og hybridsystemer

4.1 Membran Bio-Reactors (MBR)

• Integrer biologisk behandling med membranseparasjon, og produserer gjenbrukbart vann (f.eks. Kommunalt eller husdyravløpsvann), selv om membranforurensing krever regelmessig kjemisk rengjøring.

4.2 Dobbeltmembranprosesser

• Uf/mf ro : Fjerner 99% oppløste miljøgifter for ultrapurvann (elektronikk) eller utvaskingsbehandling.
• Nf ro : Reduserer RO-membranforurensning i avløpsvann med høyt saltholdig via iscenesatt behandling.

4.3 Funksjonaliserte membraner

• Fotokatalytiske membraner : TiO₂-belagte membraner ødelegger organiske stoffer under UV-lys, og reduserer begroing.
• Antifouling membraner : Hydrofile modifikasjoner (f.eks. Polyvinylalkoholtransplantasjon) eller nanomaterialkompositter (f.eks. Grafenoksid) minimerer protein/kolloidadhesjon.

5. Retningslinjer for applikasjonsscenarier og valg

6. Fremtidige trender

• Materiell innovasjon : Hybrid organiske-uorganiske membraner og biologisk nedbrytbare biopolymermembraner.
• Smart operasjon : IoT-basert sanntidsovervåking av fluks og transmembrantrykk for å optimalisere rengjøringssykluser.
• Ressursgjenoppretting : Integrasjon med membrandestillasjon (MD) eller fremover osmose (FO) for null væskeutladning (ZLD) og ressursekstraksjon.

Sammendrag

Avløpsvannsmembranteknologier (MF, UF, NF, RO, MBR, etc.) adresserer forskjellige separasjonsbehov basert på vannkvalitet, behandlingsmål og kostnader. Fremtidige fremskritt vil fokusere på materialer med forbedret holdbarhet, intelligente systemer og ressursgjenoppretting for å oppnå bærekraftige og energieffektive løsninger.