การจำแนกประเภทของระบบแยกเมมเบรนในอุตสาหกรรมบำบัดน้ำ

เทคโนโลยีการแยกเมมเบรนสามารถจำแนกได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับวิธีการตรวจวัด

(1) การจำแนกประเภทตามสารสกัด

ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่จะแยก กระบวนการแยกเมมเบรนสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: การทำให้บริสุทธิ์ ความเข้มข้น การแยก และการสกัด กระบวนการแยกเมมเบรนในการบำบัดน้ำ ซึ่งมีสารเพอมิเอตเป็นผลิตภัณฑ์ เรียกว่าการทำให้บริสุทธิ์ ส่วนที่กักไว้เป็นผลิตภัณฑ์เรียกว่าความเข้มข้น ผลิตภัณฑ์ที่ทั้งซึมผ่านและกักเก็บเป็นผลิตภัณฑ์เรียกว่าการแยก และผู้ที่ใช้กระบวนการแยกเมมเบรนร่วมกับจุดตัดรีเทนเทตที่แตกต่างกันสองจุดเพื่อให้ได้สารระหว่างจุดตัดทั้งสองนั้นเรียกว่าการสกัด

(2) การจำแนกประเภทตามวัสดุเมมเบรน

ขึ้นอยู่กับวัสดุเมมเบรน เมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านสามารถแบ่งออกเป็นเมมเบรนอินทรีย์และอนินทรีย์ วัสดุเมมเบรนอินทรีย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุโพลีเมอร์หลายชนิด เช่น พอลิซัลโฟน, พอลิโพรพิลีน, พอลิอะคริโลไนไตรล์, พอลิไวนิลลิดีนฟลูออไรด์, พอลิอีเทอร์ซัลโฟน, เซลลูโลสอะซิเตต, พอลิซัลโฟนที่ถูกซัลโฟเนต และพอลิเอไมด์อะโรมาติก

วัสดุเมมเบรนอนินทรีย์ยังถูกแบ่งออกเป็นเมมเบรนอนินทรีย์ที่มีส่วนประกอบหลัก-เป็นโลหะ เช่น โลหะและออกไซด์ของโลหะ และเยื่ออนินทรีย์ที่มีส่วนประกอบเป็นซิลิเกต- เช่น เซรามิกและแก้ว

เมมเบรนอินทรีย์เตรียมได้ง่าย มีอัตราส่วนปริมาตรองค์ประกอบของเมมเบรนสูง มีราคาไม่แพง และทำงานที่ความดันต่ำ แต่ประสบปัญหาความเสถียรทางเคมี ทนต่ออุณหภูมิ ความแข็งแรงเชิงกล และความต้านทานต่อการทำความสะอาดต่ำ ในทางกลับกัน เยื่ออนินทรีย์จะตรงกันข้าม

เทคโนโลยีเมมเบรนทั้งแบบออร์แกนิกและอนินทรีย์กำลังปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องโดยพิจารณาจากข้อดีตามลำดับ โดยมุ่งมั่นที่จะก้าวข้ามจุดแข็งของกันและกัน ปัจจุบัน มีเพียงโพลีเอไมด์อะโรมาติกในวัสดุเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสเท่านั้นที่มีขนาดถึงระดับการผลิตทางอุตสาหกรรม ในขณะที่วัสดุเมมเบรนกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันมีความหลากหลายอย่างมาก

(3) การจำแนกประเภทตามความแม่นยำในการแยก

ขึ้นอยู่กับความแม่นยำในการแยกที่แตกต่างกัน กระบวนการแยกเมมเบรนบำบัดน้ำสามารถแบ่งได้เป็นการกรองแบบละเอียด การกรองระดับไมโคร การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน นาโนฟิลเตรชัน อิเล็กโทรไดอะไลซิส รีเวอร์สออสโมซิส อิเล็กโตรไดอะไลซิสแบบเรซินเบด (หรือที่เรียกว่า EDI หรืออิเล็กโตรไอออนไนซ์) และการกลั่นด้วยเมมเบรน การกรองแบบไมโครฟิลเตรชัน อัลตราฟิลเตรชัน นาโนฟิลเตรชัน และรีเวิร์สออสโมซิส ล้วนถูกขับเคลื่อนโดยความแตกต่างของความดันทั่วเมมเบรน ในขณะที่อิเล็กโตรไดอะลิซิสและอิเล็กโตรไดอะลิซิสแบบเรซินเบดถูกขับเคลื่อนโดยความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น เมมเบรนกรองไมโครมีค่าจุดตัดน้ำหนักโมเลกุล 0.1–1.0 μm และความดันใช้งาน 0.1–0.2 MPa; เมมเบรนกรองละเอียดมีค่าตัดน้ำหนักโมเลกุล 5,000–200,000 Da และความดันใช้งาน 0.1–0.3 MPa; เมมเบรนกรองนาโนมีอัตราการแยกเกลือออกจาก 0–95% และแรงดันใช้งาน 0.3–0.6 MPa; เยื่อรีเวิร์สออสโมซิสมีอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล 95.0%–99.9% ความเค็มซึมผ่านขั้นต่ำประมาณ 1 มก./ลิตร และแรงดันใช้งาน 0.7–7.0 MPa

การแยกเกลือด้วยไฟฟ้าจะผลิตน้ำที่แยกเกลือออกจากเมมเบรนซึ่งไม่ซึมผ่านเมมเบรน ความเค็มขั้นต่ำของเพอร์มีเอตใกล้เคียงกับค่ารีเวิร์สออสโมซิส และแรงดันใช้งานอยู่ที่ 0.1–0.2 MPa อัตราการแยกเกลือสามารถปรับได้ภายในช่วง 0–98% ขึ้นอยู่กับความยาวเส้นทางการไหลและความเข้มของกระแสไฟฟ้าในการทำงาน

การเติมเรซินแลกเปลี่ยนไอออนและไอออนบวกลงในเส้นทางการไหลของน้ำที่แยกเกลือออกจากอิเล็กโตรไดอะไลซิสจะทำให้เกิดระบบอิเล็กโตรไดอะไลซิสแบบเรซินเบด เมื่อความเค็มที่มีอิทธิพลอยู่ในช่วง 2–5 มก./ลิตร ค่าการนำไฟฟ้าของเพอร์มิเอตของการอิเล็กโตรไดอะไลซิสแบบเรซินเบดสามารถคงไว้ที่ระดับ 10–15 MΩ

(4) การจำแนกประเภทตามโครงสร้างเมมเบรน

จากความแตกต่างระหว่างโครงสร้างเมมเบรนที่มีรูพรุนและไม่มีรูพรุน- เมมเบรนสำหรับแยกสามารถแบ่งออกเป็นเมมเบรนที่มีรูพรุนและเมมเบรนหนาแน่น เยื่อที่มีรูพรุนมีรูพรุนที่สามารถซึมผ่านได้จำนวนมาก ในขณะที่เยื่อที่มีความหนาแน่นไม่มีรูพรุนที่สามารถซึมผ่านได้

ขึ้นอยู่กับความสม่ำเสมอของโครงสร้างเมมเบรน เยื่อที่มีรูพรุนและเยื่อหนาแน่นสามารถแบ่งเพิ่มเติมออกเป็นเยื่อเนื้อเดียวกันและเยื่อต่างกันได้ โครงสร้างเมมเบรนของเมมเบรนที่เป็นเนื้อเดียวกันมีความสม่ำเสมอในทิศทางแนวตั้งของพื้นผิวเมมเบรน ในขณะที่โครงสร้างเมมเบรนของเมมเบรนที่ต่างกันนั้นไม่-สม่ำเสมอในทิศทางแนวตั้งของพื้นผิวเมมเบรน

เยื่อกรองไมโครฟิลเตรชันเป็นเยื่อต่างกันที่มีรูพรุน ขนาดรูพรุนเปลี่ยนแปลงอย่างไม่สม่ำเสมอเมื่อซึมผ่านเมมเบรน และประสิทธิภาพการกักเก็บส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยขนาดรูพรุนโดยเฉลี่ยและความพรุน

เยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเตรชั่นเป็นเยื่อที่มีรูพรุนและต่างกัน ด้านน้ำป้อนของเมมเบรนมีชั้นหนาแน่น ส่งผลให้ขนาดรูพรุนเล็กลงในด้านน้ำป้อนและขนาดรูพรุนใหญ่ขึ้นในด้านน้ำบริสุทธิ์ ซึ่งช่วยให้การซึมผ่านของน้ำสะดวกขึ้น เมมเบรนเนื้อเดียวกันที่มีความหนาแน่นโดยทั่วไปคือเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้ในการฟอกไตด้วยไฟฟ้า โดยมีความสามารถในการซึมผ่านของน้ำจำกัด แต่มีความสามารถในการซึมผ่านของไอออนบวกหรือไอออนลบสูงมาก

เมมเบรนคอมโพสิตรีเวิร์สออสโมซิสอะโรมาติกโพลิเอไมด์เป็นเยื่อเมมเบรนที่มีความหนาแน่นต่างกันโดยทั่วไป เมมเบรนนี้ประกอบด้วยเมมเบรนรองรับที่มีรูพรุนความเร็วสูง-ที่หนากว่า เคลือบด้วยชั้นคอมโพสิตบางมากที่มีความสามารถในการซึมผ่านความเร็วสูง- ซึ่งทำให้มีทั้งความสามารถในการซึมผ่านสูงและอัตราส่วนการซึมผ่านสูงพร้อมกัน

เมมเบรนที่เป็นเนื้อเดียวกันหนาแน่นมีโครงสร้างสม่ำเสมอในทุกทิศทางและมีอัตราส่วนการซึมผ่านสูง แต่เนื่องจากความสามารถในการซึมผ่านต่ำ โดยทั่วไปจึงไม่ก่อตัวขึ้นอย่างอิสระและมักเป็นชั้นเมมเบรนคอมโพสิตที่มีความหนาแน่นสูง

(5) การจำแนกประเภทตามโครงสร้างองค์ประกอบ

ส่วนประกอบเมมเบรนคือหน่วยการทำงานของเมมเบรนที่เกิดขึ้นจากการรวมเมมเบรนแบบแผ่น-หรือเมมเบรนแบบใยเข้ากับส่วนประกอบทางโครงสร้างที่สอดคล้องกัน ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของโครงสร้าง องค์ประกอบของเมมเบรนสามารถจำแนกได้เป็นรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกัน เช่น แผ่น รอยจีบ ท่อ โพรง และแผลเกลียว

โครงสร้างเมมเบรนต่างๆ มีข้อดีและข้อเสียในตัวเองในแง่ของพื้นที่ปริมาตร รูปแบบการไหล การรองรับแรงดัน และสภาวะการทำความสะอาด

สามารถจัดเรียงเมมเบรนการกรองแบบละเอียด ไมโครฟิลเตรชัน และอัลตราฟิลเตรชันในโครงสร้างเพลตเพื่อใช้ในตัวกรองแบบเพลทและเฟรม แม้ว่าตัวกรองแบบเพลทและเฟรมจะมีพื้นที่ปริมาตรน้อยและต้องมีการเปลี่ยนวัสดุเมมเบรนบ่อยครั้ง ซึ่งช่วยให้ดำเนินการได้เป็นระยะๆ เท่านั้น แต่วัสดุโครงสร้างสำหรับการรองรับเมมเบรนและการนำน้ำจะไม่ใช้แล้วทิ้ง ส่งผลให้ต้นทุนวัสดุต่ำที่สุดเมื่อเปลี่ยนเมมเบรน

เมมเบรนกรองละเอียดและไมโครฟิลเตรชันสามารถจัดเรียงเป็นโครงสร้างแบบจีบเพื่อสร้างตัวกรองแบบจีบได้ สิ่งเหล่านี้อาศัยโครงสร้างการจีบเพื่อเพิ่มพื้นที่ปริมาตร และใช้ตัวเมมเบรนเพื่อสร้างช่องรับแรงดันต้านและช่องนำน้ำ อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแผ่นเมมเบรนแบบจีบจะทำให้ต้นทุนของวัสดุโครงสร้างเพิ่มขึ้น

ทั้งเพลทและเมมเบรนแบบจีบมีคุณลักษณะของการทำงาน-ไหลเต็มเหมือนกัน ข้อเสียที่พบบ่อย ได้แก่ ไม่สามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่องในปริมาณมาก และไม่สามารถทำความสะอาดได้ เนื่องจากอุปกรณ์เรียบง่ายและการทำงานที่สะดวกสบาย ส่วนใหญ่จึงใช้ในสภาพแวดล้อมการบำบัดน้ำขั้นสุดท้ายที่มีกระบวนการมลพิษต่ำ-และต่ำ-

เมมเบรนแบบท่ออาจเป็นแบบไมโครฟิลเตรชัน อัลตราฟิลเตรชัน นาโนฟิลเตรชัน หรือแม้แต่เมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิส ซึ่งทำงานภายใต้แรงดันภายในที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน 10–15 มม. เมมเบรนแบบท่อไม่สามารถล้างย้อนได้ มีพื้นที่ปริมาตรน้อย ต้นทุนอุปกรณ์สูง และประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต่ำ อย่างไรก็ตาม สามารถล้างไปข้างหน้าอย่างทั่วถึง-ได้ ทำให้เหมาะสำหรับการบำบัดของเหลวที่มีความหนืดสูง -ที่มีความขุ่นสูง และโครงสร้างเมมเบรนที่ดีเยี่ยมสำหรับความเข้มข้นของฟีดพิเศษและการบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม

เมมเบรนกรองแบบกลวงสามารถเป็นแบบไมโครฟิลเตรชัน อัลตราฟิลเตรชัน นาโนฟิลเตรชัน หรือรีเวิร์สออสโมซิส โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในตั้งแต่ 25 ถึง 1200 ไมโครเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกตั้งแต่ 50 ถึง 2000 ไมโครเมตร

เยื่อกรองแบบกลวงสามารถจำแนกได้เป็นประเภทแรงดันภายในและแรงดันภายนอกตามทิศทางแรงดัน เมมเบรนแรงดันภายในมีพื้นที่ปริมาตรน้อยกว่าและความสามารถในการกักเก็บสิ่งสกปรก-ต่ำกว่า สามารถชะล้างด้วยระบบไฮดรอลิกได้ง่าย และมีข้อกำหนดสูงสำหรับคุณภาพน้ำป้อน พวกมันสามารถทำงานได้ในโหมดการไหลแบบข้าม-หรือแบบไหลเต็ม- เมมเบรนแรงดันภายนอกมีพื้นที่ปริมาตรใหญ่กว่าและความสามารถในการกักเก็บสิ่งสกปรก-สูงกว่า ยากต่อการชะล้างด้วยระบบไฮดรอลิก มีความต้องการคุณภาพน้ำป้อนที่ต่ำกว่า และส่วนใหญ่ทำงานในโหมดการไหลเต็ม- ทำให้ยากต่อการสร้าง-การไหลข้าม

เมมเบรนกรองแบบกลวงสามารถมีพื้นที่ปริมาตรสูงมาก ซึ่งไม่มีโครงสร้างเมมเบรนอื่นๆ เทียบได้ และมีประสิทธิภาพการล้างไปข้างหน้าและย้อนกลับที่ยอดเยี่ยม

เนื่องจากความแข็งแรงเชิงกลที่จำกัดของเส้นใยเมมเบรนกลวง การแตกหักของเส้นใยจึงเป็นปัญหาสำคัญ และอัตราการแตกหักของเส้นใยภายในระยะเวลาการทำงานที่กำหนดกลายเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของอายุการใช้งานของเมมเบรน

โครงสร้างเมมเบรนแบบโรลอัพ-ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับเมมเบรนกรองระดับนาโนและรีเวิร์สออสโมซิส และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมมเบรนแบบอัลตราฟิลเตรชันแบบเกลียว-ได้เกิดขึ้นเช่นกัน โครงสร้างนี้มีพื้นที่ปริมาตรปานกลางและมีข้อดี เช่น ความต้านทานต่อแรงดันในการทำงานสูง ข้อกำหนดด้านคุณภาพน้ำป้อนต่ำ ความจุการเปรอะเปื้อนสูง การไหลข้าม-ได้ง่าย และความสามารถในการชะล้างไปข้างหน้า

ภาพตัดขวาง-ของช่องการไหลของน้ำป้อนในเมมเบรนเกลียว-ด้านบนถือได้ว่าเป็นช่องทางตรงที่มีความสูงสม่ำเสมอ โครงสร้างนี้ช่วยให้สามารถขจัดคราบสกปรกเฉพาะที่และมีความสามารถในการขจัดคราบสกปรกได้สูง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะบรรลุผลการชะล้างที่ดีในทุกพื้นที่ ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดความเปรอะเปื้อนเฉพาะจุด

นอกจากนี้ เมมเบรนคอมโพสิตที่ขึ้นเป็นเกลียว-ไม่สามารถล้างย้อนได้ ส่งผลให้การทำความสะอาดไม่ดี ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนเป็นปัญหาสำคัญสำหรับโครงสร้างเกลียว- และระดับของประสิทธิภาพลดลงภายในระยะเวลาการทำงานที่กำหนดกลายเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของอายุการใช้งานของเมมเบรน