Tipi principali di membrana nel trattamento delle acque reflue e la loro panoramica multidimensionale

Il trattamento con membrana delle acque reflue si basa sulle proprietà di separazione selettiva delle membrane per rimuovere i contaminanti. La classificazione dei tipi di membrana varia in base a composizione chimica, meccanismi di separazione, geometria e funzioni specializzate.

1. Per composizione chimica

1.1 Membrane organiche

• Membrane PVDF (polivinilidene fluoruro) : Elevata resistenza meccanica e resistenza chimica, ampiamente utilizzata nella microfiltrazione (MF) e nell'ultrafiltrazione (UF), specialmente nei bio-reattori a membrana (Mbr) per acque reflue oleose o ad alte organiche.
• Membrane PTFE (politetrafluoroetilene) : Resistente alle alte temperature (fino a 260 ° C) e al pH estremo, ideale per le acque reflue industriali (ad es. Progenti, sostanze chimiche) con oli e colloidi emulsionati.
• Altre membrane polimeriche : Il polietilene (PE) e il polipropilene (PP) sono convenienti per il pretrattamento MF ma hanno una resistenza meccanica inferiore.

1.2 Membrane inorganiche

• Membrane ceramiche : Realizzato in allumina o zirconia, resisti a temperature elevate (> 500 ° C) e corrosione microbica, adatta per le acque reflue ad alta turbidità o ad alta temperatura (ad es. Tessile, industrie alimentari).
• Membrane di metallo : Membrane in lega di titanio tollerano l'alta pressione e il pH estremo, utilizzato nel pretrattamento dell'acqua di mare o nel trattamento delle acque reflue dei metalli pesanti.

2. Mediante meccanismo di separazione

2.1 Membrane porose

• Microfiltrazione (MF) : Dimensione dei pori 0,1–10 μm, rimuove solidi sospesi, batteri e grandi colloidi (ad es. Pre-trattamento delle acque reflue municipali).
• Ultrafiltrazione (UF) : Dimensione dei pori 0,01-0,1 μm, mantiene proteine, virus e macromolecole (ad esempio, riciclaggio delle acque reflue industriali).
• Nanofiltrazione (NF) : Dimensione dei pori 1–2 nm, rimuove selettivamente ioni bivalenti (ca²⁺, so₄²⁻) e molecole organiche (200–1000 Da), usate per la desalinizzazione del colorante e l'ammorbidimento dell'acqua.

2.2 Membrane non porose

• Osmosi inversa (RO) : Membrane dense ad alta pressione rimuovono i sali disciolti (rifiuto> 95%), metalli pesanti e piccoli organici, critici per la desalinizzazione dell'acqua di mare e le acque reflue ad alta salinità.
• Elettrodialisi (ED/EDR) : Membrane a scambio ionico Sali separati tramite campi elettrici, adatti per la concentrazione di salamoia e il recupero acido/alcali.

2.3 Membrane liquide

• Membrane liquide supportate (SLM) : Utilizzare molecole portanti (ad es. Eteri a corona) per il trasporto di ioni selettivi, applicate in metallo raro o recupero delle acque reflue radioattive.

3. Con configurazione geometrica

3.1 Membrane a foglio piatto

• Struttura semplice, facile da pulire/sostituire, utilizzato nei sistemi MBR e un trattamento decentralizzato su piccola scala, ma a bassa densità di imballaggio.

3.2 Membrane tubulari

• I canali a flusso ampio riducono l'intasamento, ideali per acque reflue alte-solide (ad es. Effluente della cartiera), ma ad alta intensità di energia.

3.3 Membrane in fibra cavata

• Alta densità di imballaggio (fino a 8000 m²/m³), comune nei sistemi UF/RO, ma sensibile alla torbidità alimentare.

4. Membrane specializzate e sistemi ibridi

4.1 Bio-reattori a membrana (MBR)

• Integrare il trattamento biologico con la separazione della membrana, producendo acqua riutilizzabile (ad es. Acque reflue municipali o di bestiame), sebbene il fouling di membrana richieda una pulizia chimica regolare.

4.2 Processi a doppia membrana

• Uf/mf ro : Rimuove gli inquinanti disciolti del 99% per acqua ultrapura (elettronica) o per il trattamento del percolato di discarica.
• Nf ro : Riduce il fouling della membrana RO nelle acque reflue ad alta sainia tramite trattamento in scena.

4.3 Membrane funzionalizzate

• Membrane fotocatalitiche : Le membrane con rivestimento tio₂ degradano i prodotti organici sotto la luce UV, riducendo gli incrostazioni.
• Membrane antivegetanti : Le modifiche idrofile (ad es. Innesto di alcol polivinilico) o compositi di nanomateriali (ad es. Ossido di grafene) minimizzano il minimo dell'adesione proteica/colloide.

5. Scenari di applicazione e linee guida di selezione

6. Tendenze future

• Innovazione materiale : Membrane ibride-inorganiche organiche e membrane di biopolimero biodegradabili.
• Operazione intelligente : Monitoraggio in tempo reale basato su IoT della pressione del flusso e della transmembrana per ottimizzare i cicli di pulizia.
• Recupero delle risorse : Integrazione con distillazione della membrana (MD) o osmosi in avanti (FO) per scarico liquido zero (ZLD) ed estrazione delle risorse.

Riepilogo

Le tecnologie della membrana delle acque reflue (MF, UF, NF, RO, MBR, ecc.) Rispondi a diverse esigenze di separazione in base alla qualità dell'acqua, agli obiettivi terapeutici e ai costi. I progressi futuri si concentreranno sui materiali con una maggiore durata, sistemi intelligenti e recupero delle risorse per raggiungere soluzioni sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico.