A tecnologia de separação por membrana pode ser classificada de diferentes maneiras, dependendo do método de medição.
(1) Classificação por Extratante
Com base nos diferentes produtos a serem separados, os processos de separação por membrana podem ser divididos em quatro categorias: purificação, concentração, separação e extração. Os processos de separação por membrana no tratamento de água, onde o permeado é o produto, são chamados de purificação; aquelas em que o retentado é o produto são chamadas de concentração; aqueles em que tanto o permeado como o retentado são produtos são chamados de separação; e aqueles que utilizam uma combinação de processos de separação por membrana com dois pontos de corte de retentado diferentes para obter substâncias entre os dois pontos de corte são chamados de extração.
(2) Classificação por Material de Membrana
Com base no material da membrana, as membranas semipermeáveis podem ser divididas em membranas orgânicas e inorgânicas. Os materiais de membrana orgânica incluem principalmente vários materiais poliméricos, como polissulfona, polipropileno, poliacrilonitrila, fluoreto de polivinilideno, polietersulfona, acetato de celulose, polissulfona sulfonada e poliamida aromática;
Os materiais de membrana inorgânica são ainda divididos em membranas inorgânicas à base de metal, como metais e óxidos metálicos, e membranas inorgânicas à base de silicato, como cerâmica e vidro.
As membranas orgânicas são simples de preparar, têm altas proporções de volume de elementos de membrana, são baratas e operam em baixas pressões, mas sofrem de baixa estabilidade química, resistência à temperatura, resistência mecânica e resistência à limpeza; as membranas inorgânicas, por outro lado, são o oposto.
As tecnologias de membranas orgânicas e inorgânicas melhoram continuamente o seu desempenho com base nas respectivas vantagens, esforçando-se para superar os pontos fortes umas das outras. Atualmente, apenas as poliamidas aromáticas entre os materiais de membrana de osmose reversa atingiram escala de produção industrial, enquanto os materiais de membrana de ultrafiltração apresentam uma variedade considerável.
(3) Classificação por Precisão de Separação
Com base em diferentes precisões de separação, os processos de separação por membrana para tratamento de água podem ser classificados em filtração fina, microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, eletrodiálise, osmose reversa, eletrodiálise em leito de resina (também conhecida como EDI ou eletrodeionização) e destilação por membrana. Microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e osmose reversa são todas impulsionadas pela diferença de pressão através da membrana, enquanto a eletrodiálise e a eletrodiálise em leito de resina são impulsionadas pela diferença de potencial. As membranas de microfiltração têm um peso molecular de corte de 0,1–1,0 μm e uma pressão operacional de 0,1–0,2 MPa; as membranas de ultrafiltração têm um peso molecular de corte de 5.000–200.000 Da e uma pressão operacional de 0,1–0,3 MPa; as membranas de nanofiltração têm uma taxa de dessalinização de 0–95% e uma pressão operacional de 0,3–0,6 MPa; as membranas de osmose reversa têm uma taxa de dessalinização de 95,0% –99,9%, uma salinidade mínima do permeado de aproximadamente 1 mg/L e uma pressão operacional de 0,7–7,0 MPa.
A eletrodiálise produz água dessalinizada que não penetra na membrana. A salinidade mínima do permeado é próxima à da osmose reversa e a pressão operacional é de 0,1–0,2 MPa. A taxa de dessalinização pode ser ajustada na faixa de 0 a 98%, dependendo do comprimento do caminho do fluxo e da intensidade da corrente operacional.
Preencher o caminho do fluxo de água dessalinizada da eletrodiálise com resinas de troca aniônica e catiônica forma um sistema de eletrodiálise em leito de resina. Quando a salinidade influente está na faixa de 2–5 mg/L, a condutividade do permeado da eletrodiálise em leito de resina pode ser mantida no nível de 10–15 MΩ.
(4) Classificação por Estrutura da Membrana
Com base na diferença entre estruturas de membrana porosas e não{0}}porosas, as membranas de separação podem ser divididas em membranas porosas e membranas densas. As membranas porosas possuem um grande número de poros permeáveis, enquanto as membranas densas não possuem poros permeáveis.
Com base na uniformidade da estrutura da membrana, as membranas porosas e as membranas densas podem ser divididas em membranas homogêneas e membranas heterogêneas. A estrutura da membrana de uma membrana homogênea é uniforme na direção vertical da superfície da membrana, enquanto a estrutura da membrana de uma membrana heterogênea não é-uniforme na direção vertical da superfície da membrana.
As membranas de microfiltração são membranas porosas heterogêneas. O tamanho dos poros muda irregularmente ao permear a membrana, e a eficiência de retenção é determinada principalmente pelo tamanho médio dos poros e pela porosidade.
As membranas de ultrafiltração são membranas porosas e heterogêneas. O lado da água de alimentação da membrana tem uma camada densa, resultando em poros menores no lado da água de alimentação e poros maiores no lado da água purificada, facilitando a permeabilidade à água. Uma membrana homogênea densa típica é uma membrana de troca iônica usada em eletrodiálise, com permeabilidade limitada à água, mas permeabilidade extremamente alta para íons positivos ou negativos.
As membranas compostas de osmose reversa de poliamida aromática são membranas densas heterogêneas típicas. Esta membrana consiste em uma membrana de suporte porosa, mais espessa, de alta{1}}velocidade, laminada com uma camada composta extremamente fina de permeabilidade de alta-velocidade, atingindo simultaneamente alta permeabilidade e alta taxa de permeabilidade.
Membranas homogêneas densas têm uma estrutura uniforme em todas as direções e possuem altas taxas de permeabilidade, mas devido à sua baixa permeabilidade, geralmente não são formadas de forma independente e são frequentemente a camada densa de membranas compostas.
(5) Classificação por Estrutura do Elemento
Um elemento de membrana é uma unidade de trabalho de membrana formada pela combinação de membranas semelhantes a folhas ou filamentosas com componentes estruturais correspondentes. Com base nas diferenças estruturais, os elementos da membrana podem ser classificados em diferentes formas estruturais, como placa, pregueada, tubular, oca e enrolada em espiral.
Várias estruturas de membrana têm suas próprias vantagens e desvantagens em termos de área volumétrica, padrão de fluxo, suporte de pressão e condições de limpeza.
Membranas de filtração fina, microfiltração e ultrafiltração podem ser dispostas em estruturas de placas para uso em filtros de placas e molduras. Embora os filtros de placas e molduras possuam área volumétrica pequena e exijam troca frequente de material de membrana, permitindo apenas operação intermitente, os materiais estruturais para suporte de membrana e condução de água não são descartáveis, resultando no menor custo de material na substituição de membranas.
Membranas de filtração fina e microfiltração também podem ser dispostas em estruturas pregueadas para formar filtros pregueados. Estes contam com a estrutura plissada para aumentar a área volumétrica e utilizam a própria membrana para formar canais de suporte de contrapressão e condução de água. No entanto, a substituição das membranas plissadas aumenta o custo dos materiais estruturais.
As membranas de placa e plissadas compartilham a característica de operação de-fluxo total. Suas desvantagens comuns incluem a incapacidade de serem produzidos continuamente em grande escala e a incapacidade de serem limpos. Devido ao seu equipamento simples e operação conveniente, eles são usados principalmente em ambientes de tratamento de água terminal de processo de pequena-escala e baixa{4}}poluição.
As membranas tubulares podem ser de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração ou mesmo membranas de osmose reversa, operando sob pressão interna com diâmetro interno de 10–15 mm. As membranas tubulares não podem ser retrolavadas, possuem pequena área volumétrica, alto custo do equipamento e baixa eficiência do equipamento; no entanto, eles podem ser completamente lavados-para frente, tornando-os adequados para o tratamento de líquidos de alta-viscosidade e alta-turbidez e uma excelente estrutura de membrana para concentração de alimentação especial e tratamento de águas residuais industriais.
As membranas de filtração ocas podem ser de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração ou osmose reversa, com diâmetros internos variando de 25 a 1.200 μm e diâmetros externos de 50 a 2.000 μm.
As membranas de filtração ocas podem ser classificadas em tipos de pressão interna e pressão externa de acordo com a direção da pressão. As membranas de pressão interna têm uma área volumétrica menor e menor capacidade de retenção-de sujeira, são fáceis de lavar hidraulicamente e têm altos requisitos de qualidade da água de alimentação. Eles podem operar nos modos de-fluxo cruzado ou fluxo-completo. As membranas de pressão externa têm uma área volumétrica maior e maior capacidade de retenção de-sujeira, não são fáceis de lavar hidraulicamente, têm requisitos mais baixos para a qualidade da água de alimentação e operam principalmente no modo-de fluxo total, dificultando a formação de fluxo-cruzado.
As membranas de filtração ocas podem ter áreas volumétricas extremamente altas, incomparáveis com outras estruturas de membrana, e possuem excelente desempenho de lavagem direta e traseira.
Devido à resistência mecânica limitada das fibras de membrana oca, a quebra da fibra é um grande problema, e a taxa de quebra da fibra dentro de um período operacional específico torna-se um importante indicador da vida útil da membrana.
As estruturas de membrana-enroláveis são usadas principalmente para nanofiltração e membranas de osmose reversa e, nos últimos anos, também surgiram membranas de ultrafiltração-em espiral. Essa estrutura possui uma área volumétrica moderada e vantagens como alta resistência à pressão operacional, baixos requisitos de qualidade da água de alimentação, grande capacidade de incrustação, fácil fluxo-cruzado e capacidade de realizar lavagem direta.
A seção-transversal do canal de fluxo de água de alimentação em uma membrana-em espiral pode ser considerada como um canal reto de altura uniforme. Esta estrutura permite incrustações localizadas e possui alta capacidade de incrustação; no entanto, não é fácil conseguir bons efeitos de lavagem em todas as áreas, tornando-o propenso a incrustações localizadas.
Além disso, as membranas compostas em espiral não podem ser retrolavadas, resultando em efeitos de limpeza inadequados. A degradação do desempenho devido à incrustação da membrana é um grande problema para estruturas em espiral-up, e o grau de degradação do desempenho dentro de um período operacional específico torna-se um indicador importante da vida útil da membrana.