Мембрана является барьером, который позволяет проходить через себя некоторым компонентам, в то время как другие компоненты остаются в жидкости.
Понятие мембраны была известна с восемнадцатого века, но не был широко использован за пределами лабораторий до конца Второй мировой войны. С питьевой воды в Европе были большие проблемы в результате войны и мембранные фильтры были использованы для очистки воды. Однако из-за ненадежности, медленной фильтрации и высоких затрат, мембраны не были широко использованы. Первое использование мембран в широком масштабе было связано с развитием технологий микрофильтрации и ультрафильтрации. С 1980-х, эти процессы разделения, вместе с электродиализом, используют в больших установках.
Степень селективности мембраны зависит от размера пор мембраны. В зависимости от размера пор, они могут быть классифицированы на мембраны микрофильтрации (MF), ультрафильтрации (UF), нанофильтрации (NF) и обратного осмоса.
Мембраны могут быть также различной толщины, с однородной или гетерогенной структурой. Мембраны могут быть нейтральными или заряженными, а перенос частиц может быть активным или пассивным. Последний может осуществляться под низким давлением. Мембраны могут быть в также разделены на синтетические и биологические.
Классификация мембранных процессов
Микрофильтрация (MF)
Процесс микрофильтрации удаляет частицы выше, чем 0,08-2 мкм и работает в диапазоне давлений 7-100 кПа. Микрофильтрация используется для удаления остаточных взвешенных твердых частиц (SS), для удаления ряда бактерий и в качестве стадии предварительной обработки для обратного осмоса.
Относительно недавно появились мембранные биореакторы (MBR), которые сочетают микрофильтрацию и биореактор для биологической очистки.
Ультрафильтрация (УФ)
Ультрафильтрация удаляет частицы размером более, чем 0,005-2 мкм и работает в диапазоне давлений 70-700 кПа. Ультрафильтрация используется во многом в тех же случаях, как микрофильтрации. Некоторые ультрафильтрационные мембраны были также использованы для удаления растворенных соединений с высокой молекулярной массой, таких как белки и углеводы. Кроме того, они способны удалять вирусы и эндотоксины.
Нанофильтрация (NF)
Нанофильтрация может очистить частицы размером менее 0001 мкм. Нанофильтрация используется для удаления растворенных компонентов из сточных вод. Нанофильтрация прежде всего используется в процессах умягчения воды, которая является альтернативой химическому умягчению.
Кроме того, метод нанофильтрации может быть использован в качестве предварительной обработки перед обратным осмосом. Основными целями нанофильтрации в предварительной обработке являются: минимизирование частиц и микробного загрязнения мембран обратного осмоса, удаление мутности и бактерий, предотвращение зарастания солями жесткости, понижение рабочего давления процесса обратного осмоса путем уменьшения общей минерализации воды.
Обратный осмос (RO)
Обратный осмос обычно используется для опреснения воды. Кроме того, он обычно используется для удаления растворенных компонентов из сточных вод, остающихся после предварительной обработки от микрофильтрации. Обратноосмотическая мембрана удаляет ионы загрязнителей, но требует высокого давления для деионизирования воды (850-7000 кПа).