Membraanscheidingstechnologie kan op verschillende manieren worden geclassificeerd, afhankelijk van de meetmethode.
(1) Classificatie per extractiemiddel
Op basis van de verschillende te scheiden producten kunnen membraanscheidingsprocessen worden onderverdeeld in vier categorieën: zuivering, concentratie, scheiding en extractie. Membraanscheidingsprocessen bij waterbehandeling, waarbij het permeaat het product is, worden zuivering genoemd; die waarbij het retentaat het product is, worden concentratie genoemd; die waarbij zowel het permeaat als het retentaat producten zijn, worden scheiding genoemd; en die waarbij een combinatie van membraanscheidingsprocessen met twee verschillende retentaatgrenswaarden wordt gebruikt om stoffen tussen de twee grenswaarden te verkrijgen, worden extractie genoemd.
(2) Classificatie per membraanmateriaal
Op basis van het membraanmateriaal kunnen semipermeabele membranen worden onderverdeeld in organische en anorganische membranen. Organische membraanmaterialen omvatten voornamelijk verschillende polymeermaterialen zoals polysulfon, polypropyleen, polyacrylonitril, polyvinylideenfluoride, polyethersulfon, celluloseacetaat, gesulfoneerd polysulfon en aromatisch polyamide;
Anorganische membraanmaterialen worden verder onderverdeeld in op metaal-gebaseerde anorganische membranen zoals metalen en metaaloxiden, en op silicaat-gebaseerde anorganische membranen zoals keramiek en glas.
Organische membranen zijn eenvoudig te bereiden, hebben hoge volumeverhoudingen van membraanelementen, zijn goedkoop en werken bij lage drukken, maar lijden aan slechte chemische stabiliteit, temperatuurbestendigheid, mechanische sterkte en reinigingsweerstand; anorganische membranen daarentegen zijn het tegenovergestelde.
Zowel organische als anorganische membraantechnologieën verbeteren voortdurend hun prestaties op basis van hun respectievelijke voordelen, waarbij ze ernaar streven elkaars sterke punten te overtreffen. Momenteel hebben onder de membraanmaterialen voor omgekeerde osmose alleen aromatische polyamiden de industriële productieschaal bereikt, terwijl de membraanmaterialen voor ultrafiltratie een aanzienlijke variëteit kennen.
(3) Classificatie op basis van scheidingsprecisie
Op basis van verschillende scheidingsnauwkeurigheden kunnen membraanscheidingsprocessen voor waterbehandeling worden geclassificeerd in fijne filtratie, microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie, elektrodialyse, omgekeerde osmose, harsbed-elektrodialyse (ook bekend als EDI of elektro-ionisatie) en membraandestillatie. Microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en omgekeerde osmose worden allemaal aangedreven door het drukverschil over het membraan, terwijl elektrodialyse en harsbed-elektrodialyse worden aangedreven door het potentiaalverschil. Microfiltratiemembranen hebben een molecuulgewichtgrens van 0,1–1,0 μm en een werkdruk van 0,1–0,2 MPa; ultrafiltratiemembranen hebben een molecuulgewichtgrens van 5000–200.000 Da en een werkdruk van 0,1–0,3 MPa; nanofiltratiemembranen hebben een ontziltingspercentage van 0–95% en een werkdruk van 0,3–0,6 MPa; omgekeerde osmose-membranen hebben een ontziltingspercentage van 95,0%–99,9%, een minimaal permeaatzoutgehalte van ongeveer 1 mg/l en een werkdruk van 0,7–7,0 MPa.
Elektrodialyse produceert ontzilt water dat het membraan niet doordringt. Het minimale permeaatzoutgehalte ligt dicht bij dat van omgekeerde osmose en de werkdruk is 0,1–0,2 MPa. De ontziltingssnelheid kan worden aangepast binnen een bereik van 0–98%, afhankelijk van de stroompadlengte en de bedrijfsstroomintensiteit.
Het vullen van het ontzilt waterstroompad van elektrodialyse met anion- en kationenuitwisselingsharsen vormt een elektrodialysesysteem met harsbed. Wanneer het zoutgehalte van het influent tussen de 2 en 5 mg/l ligt, kan de permeaatgeleidbaarheid van de elektrodialyse van het harsbed op het niveau van 10 tot 15 MΩ worden gehouden.
(4) Classificatie op basis van membraanstructuur
Op basis van het verschil tussen poreuze en niet{0}}poreuze membraanstructuren kunnen scheidingsmembranen worden onderverdeeld in poreuze membranen en dichte membranen. Poreuze membranen hebben een groot aantal permeabele poriën, terwijl dichte membranen geen permeabele poriën hebben.
Op basis van de uniformiteit van de membraanstructuur kunnen poreuze membranen en dichte membranen elk verder worden onderverdeeld in homogene membranen en heterogene membranen. De membraanstructuur van een homogeen membraan is uniform in de verticale richting van het membraanoppervlak, terwijl de membraanstructuur van een heterogeen membraan niet-uniform is in de verticale richting van het membraanoppervlak.
Microfiltratiemembranen zijn poreuze heterogene membranen. De poriegrootte verandert onregelmatig bij het doordringen van het membraan, en de retentie-efficiëntie wordt voornamelijk bepaald door de gemiddelde poriegrootte en porositeit.
Ultrafiltratiemembranen zijn poreuze, heterogene membranen. De voedingswaterzijde van het membraan heeft een dichte laag, wat resulteert in kleinere poriegroottes aan de voedingswaterzijde en grotere poriegroottes aan de gezuiverde waterzijde, waardoor de waterdoorlaatbaarheid wordt vergemakkelijkt. Een typisch dicht homogeen membraan is een ionenuitwisselingsmembraan dat wordt gebruikt bij elektrodialyse, met een beperkte waterpermeabiliteit maar een extreem hoge permeabiliteit voor positieve of negatieve ionen.
Aromatische polyamide omgekeerde osmose-composietmembranen zijn typische heterogene dichte membranen. Dit membraan bestaat uit een dikker, poreus ondersteunend membraan met hoge-snelheid, gelamineerd met een extreem dunne composietlaag met een hoge-permeabiliteit, waardoor tegelijkertijd een hoge permeabiliteit en een hoge permeabiliteitsverhouding worden bereikt.
Dichte homogene membranen hebben een uniforme structuur in alle richtingen en bezitten hoge permeabiliteitsverhoudingen, maar vanwege hun lage permeabiliteit worden ze over het algemeen niet onafhankelijk gevormd en vormen ze vaak de dichte laag van composietmembranen.
(5) Classificatie per elementstructuur
Een membraanelement is een membraanwerkeenheid die wordt gevormd door het combineren van plaatachtige of draadvormige membranen met overeenkomstige structurele componenten. Op basis van structurele verschillen kunnen membraanelementen worden geclassificeerd in verschillende structurele vormen, zoals plaat-, geplooid, buisvormig, hol en spiraalvormig gewikkeld.
Verschillende membraanstructuren hebben hun eigen voor- en nadelen wat betreft volumetrisch oppervlak, stromingspatroon, drukondersteuning en reinigingsomstandigheden.
Fijne filtratie-, microfiltratie- en ultrafiltratiemembranen kunnen in plaatstructuren worden gerangschikt voor gebruik in plaat- en framefilters. Hoewel plaat- en framefilters een klein volumetrisch oppervlak hebben en frequente vervanging van membraanmateriaal vereisen, waardoor slechts intermitterende werking mogelijk is, zijn de structurele materialen voor membraanondersteuning en watergeleiding niet wegwerpbaar, wat resulteert in de laagste materiaalkosten bij het vervangen van membranen.
Fijne filtratie- en microfiltratiemembranen kunnen ook in geplooide structuren worden gerangschikt om geplooide filters te vormen. Deze vertrouwen op de geplooide structuur om het volumetrische oppervlak te vergroten en gebruiken het membraan zelf om tegendrukondersteuning en watergeleidingskanalen te vormen. Het vervangen van geplooide membranen verhoogt echter de kosten van structurele materialen.
Zowel plaat- als geplooide membranen hebben het kenmerk van volledige-werking gemeen. Hun gemeenschappelijke nadelen zijn onder meer het onvermogen om continu op grote schaal te worden geproduceerd en het onvermogen om te worden gereinigd. Vanwege hun eenvoudige uitrusting en gemakkelijke bediening worden ze meestal gebruikt in terminalwaterbehandelingsomgevingen op kleine- schaal, met weinig- vervuiling.
Buisvormige membranen kunnen microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie of zelfs omgekeerde osmosemembranen zijn, die werken onder interne druk met een binnendiameter van 10–15 mm. Buismembranen kunnen niet worden teruggespoeld, hebben een klein volumetrisch oppervlak, hoge apparatuurkosten en een lage apparatuurefficiëntie; ze kunnen echter grondig worden gewassen-, waardoor ze geschikt zijn voor de behandeling van vloeistoffen met hoge- hoge viscositeit en- troebelheid en een uitstekende membraanstructuur voor speciale voerconcentraties en industriële afvalwaterbehandeling.
Holle filtratiemembranen kunnen microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie of omgekeerde osmose zijn, met binnendiameters variërend van 25 tot 1200 μm en buitendiameters van 50 tot 2000 μm.
Holle filtratiemembranen kunnen worden ingedeeld in typen interne druk en externe druk, afhankelijk van de drukrichting. Interne drukmembranen hebben een kleiner volumetrisch oppervlak en een lager vermogen om vuil- vast te houden, zijn gemakkelijk hydraulisch te spoelen en stellen hoge eisen aan de kwaliteit van het voedingswater. Ze kunnen werken in cross-flow- of full--modus. Externe drukmembranen hebben een groter volumetrisch oppervlak en een hoger vermogen om vuil- vast te houden, zijn niet gemakkelijk hydraulisch door te spoelen, stellen lagere eisen aan de kwaliteit van het voedingswater en werken meestal in de- volledige stroommodus, waardoor het moeilijk wordt om dwarsstroming- te vormen.
Holle filtratiemembranen kunnen extreem grote volumetrische oppervlakken hebben, ongeëvenaard door andere membraanstructuren, en beschikken over uitstekende voorwaartse en terugspoelprestaties.
Vanwege de beperkte mechanische sterkte van holle membraanvezels is vezelbreuk een groot probleem, en wordt de vezelbreuksnelheid binnen een specifieke bedrijfsperiode een belangrijke indicator voor de levensduur van het membraan.
Oprolbare membraanstructuren worden voornamelijk gebruikt voor nanofiltratie en membranen voor omgekeerde osmose, en de laatste jaren zijn er ook spiraalvormige ultrafiltratiemembranen op de markt gekomen. Deze structuur heeft een gemiddeld volumetrisch oppervlak en voordelen zoals een hoge werkdrukweerstand, lage eisen aan de voedingswaterkwaliteit, een grote vervuilingscapaciteit, gemakkelijke dwars-stroming en de mogelijkheid om voorwaarts te spoelen.
De dwars-doorsnede van het voedingswaterstroomkanaal in een spiraal-membraan kan worden beschouwd als een recht kanaal met uniforme hoogte. Deze structuur maakt plaatselijke vervuiling mogelijk en heeft een hoog vervuilingsvermogen; Het is echter niet eenvoudig om in elk gebied een goed spoeleffect te bereiken, waardoor het gebied gevoelig is voor plaatselijke vervuiling.
Bovendien kunnen spiraalvormige -composietmembranen niet worden teruggespoeld, wat resulteert in slechte reinigingseffecten. Prestatievermindering als gevolg van membraanvervuiling is een groot probleem voor spiraalvormige structuren, en de mate van prestatievermindering binnen een specifieke bedrijfsperiode wordt een belangrijke indicator voor de levensduur van het membraan.