Principais tipos de membrana em tratamento de águas residuais e sua visão geral multidimensional

O tratamento da membrana de águas residuais baseia -se nas propriedades de separação seletiva das membranas para remover contaminantes. A classificação dos tipos de membrana varia com base na composição química, mecanismos de separação, geometria e funções especializadas.

1. Por composição química

1.1 membranas orgânicas

• Membranas de PVDF (fluoreto de polivinilideno) : Alta resistência mecânica e resistência química, amplamente utilizada na microfiltração (MF) e na ultrafiltração (UF), especialmente em bio-reagores de membrana (Mbr) para águas residuais oleosas ou com alta orgânica.
• PTFE (politetrafluoroetileno) membranas : Resistente a altas temperaturas (até 260 ° C) e pH extremo, ideais para águas residuais industriais (por exemplo, produtos farmacêuticos, produtos químicos) com óleos e colóides emulsionados.
• Outras membranas de polímero : O polietileno (PE) e o polipropileno (PP) são econômicos para o pré-tratamento com MF, mas têm menor resistência mecânica.

1.2 membranas inorgânicas

• Membranas de cerâmica : Feito de alumina ou zircônia, suporta altas temperaturas (> 500 ° C) e corrosão microbiana, adequadas para águas residuais de alta turbidade ou alta temperatura (por exemplo, têxteis, indústrias de alimentos).
• Membranas metálicas : As membranas da liga de titânio toleram alta pressão e pH extremo, usados ​​no pré -tratamento da água do mar ou tratamento de águas residuais de metais pesados.

2. Por mecanismo de separação

2.1 Membranas porosas

• Microfiltração (MF) : Tamanho dos poros 0,1-10 μm, remove sólidos suspensos, bactérias e grandes colóides (por exemplo, pré-tratamento de águas residuais municipais).
• Ultrafiltração (UF) : Tamanho dos poros 0,01-0,1 μm, retém proteínas, vírus e macromoléculas (por exemplo, reciclagem de águas residuais industriais).
• Nanofiltração (NF) : O tamanho de poro 1–2 nm remove seletivamente íons divalentes (Ca²⁺, So₄²⁻) e moléculas orgânicas (200-1000 Da), usadas para dessalinização por corante e amolecimento da água.

2.2 membranas não porosas

• Osmose reversa (RO) : Membranas densas sob alta pressão Remover sais dissolvidos (> 95% de rejeição), metais pesados ​​e pequenos orgânicos, críticos para a dessalinização da água do mar e águas residuais de alta salinidade.
• Eletrodiálise (Ed/EDR) : As membranas de troca de íons separam sais por meio de campos elétricos, adequados para concentração de salmoura e recuperação de ácido/alcalino.

2.3 Membranas líquidas

• Membranas líquidas suportadas (SLM) : Use moléculas transportadoras (por exemplo, éteres da coroa) para transporte de íons seletivos, aplicado em recuperação de metal raro ou de águas residuais radioativas.

3. Por configuração geométrica

3.1 Membranas de folha plana

• Estrutura simples, fácil de limpar/substituir, usada em sistemas MBR e tratamento descentralizado em pequena escala, mas baixa densidade de embalagem.

3.2 Membranas tubulares

• Os canais de fluxo amplo reduzem o entupimento, ideais para águas residuais sólidas de alta suspensão (por exemplo, efluente do moinho de papel), mas intensivas em energia.

3.3 membranas de fibra oca

• Densidade de embalagem alta (até 8000 m²/m³), comum nos sistemas UF/RO, mas sensível à turbidez alimentar.

4. Membranas especializadas e sistemas híbridos

4.1 Bio-reagentes de membrana (MBR)

• Integre o tratamento biológico à separação da membrana, produzindo água reutilizável (por exemplo, águas residuais municipais ou gado), embora a incrustação da membrana exija limpeza de produtos químicos regulares.

4.2 Processos de membrana dupla

• Uf/mf ro : Remove 99% de poluentes dissolvidos para água ultrapura (eletrônica) ou tratamento de lixiviação de aterros sanitários.
• Nf ro : Reduz a incrustação da membrana RO em águas residuais de alta salinidade por meio de tratamento em fase.

4.3 Membranas funcionalizadas

• Membranas fotocatalíticas : Membranas revestidas com TiO₂ degradam orgânicos sob luz UV, reduzindo a incrustação.
• Membranas anti -incrustantes : Modificações hidrofílicas (por exemplo, enxerto de álcool polivinílico) ou compósitos nanomateriais (por exemplo, óxido de grafeno) minimizam a adesão proteica/coloidal.

5. Cenários de aplicação e diretrizes de seleção

6. Tendências futuras

• Inovação material : Membranas híbridas-orgânicas-inorgânicas e membranas biopolímeros biodegradáveis.
• Operação inteligente : Monitoramento em tempo real baseado em IoT da pressão de fluxo e transmembranar para otimizar os ciclos de limpeza.
• Recuperação de recursos : Integração com destilação de membrana (MD) ou osmose direta (FO) para descarga líquida zero (ZLD) e extração de recursos.

Resumo

As tecnologias de membrana de águas residuais (MF, UF, NF, RO, MBR, etc.) atendem a diversas necessidades de separação com base na qualidade da água, metas de tratamento e custo. Os avanços futuros se concentrarão em materiais com maior durabilidade, sistemas inteligentes e recuperação de recursos para obter soluções sustentáveis ​​e com eficiência energética.