Pääkalvotyypit jätevesikäsittelyssä ja niiden moniulotteinen yleiskatsaus

Jäteveden kalvokäsittely riippuu kalvojen selektiivisistä erotusominaisuuksista epäpuhtauksien poistamiseksi. Kalvotyyppien luokittelu vaihtelee kemiallisen koostumuksen, erotusmekanismien, geometrian ja erikoistuneiden toimintojen perusteella.

1. Kemiallisella koostumuksella

1.1 Orgaaniset kalvot

• PVDF (polyvinylideenifluoridi) kalvot : Korkea mekaaninen lujuus ja kemiallinen vastus, jota käytetään laajasti mikrofiltraatiossa (MF) ja ultrasuodatuksessa (UF), etenkin kalvon bioreaktorissa (Mbr) öljyisissä tai korkean orgaanisissa jätevesissä.
• PTFE (polytetrafluorietyleeni) kalvot : Kestävä korkeille lämpötiloille (jopa 260 ° C: sta) ja äärimmäiselle pH: lle, ihanteellinen teollisuusjätevedelle (esim. Pharmaceuticals, kemikaalit) emulgoituneilla öljyillä ja kolloideilla.
• Muut polymeerikalvot : Polyeteeni (PE) ja polypropeeni (PP) ovat kustannustehokkaita MF-esikäsittelyyn, mutta niiden mekaaninen lujuus on alhaisempi.

1.2 Epäorgaaniset kalvot

• Keraamiset kalvot : Valmistettu alumiinioksidista tai zirkoniumoksista, kestävät korkeita lämpötiloja (> 500 ° C) ja mikrobikorroosiota, soveltuvan korkean turbiditeetin tai korkean lämpötilan jäteveteen (esim. Tekstiilit, elintarviketeollisuus).
• Metallikalvot : Titanium seoskalvot sietävät korkeapainetta ja äärimmäistä pH: ta, jota käytetään meriveden esikäsittelyssä tai raskasmetallien jätevesikäsittelyssä.

2. erottelumekanismi

2.1 huokoiset kalvot

• Mikrofiltraatio (MF) : Huokoskoko 0,1–10 μm, poistaa suspendoituneet kiinteät aineet, bakteerit ja suuret kolloidit (esim. Kunnan jäteveden esikäsittely).
• Ultrasuodatus (UF) : Huokoskoko 0,01–0,1 μm, säilyttää proteiinit, virukset ja makromolekyylit (esim. Teollisuuden jätevesien kierrätys).
• Nanofiltraatio (NF) : Huokoskoko 1–2 nm, poistaa selektiivisesti kaksiarvoiset ionit (Ca²⁺, So₄²⁻) ja orgaaniset molekyylit (200–1000 Da), joita käytetään väriaineen suolanpoistoon ja veden pehmenemiseen.

2,2 ei-huokoista kalvoa

• Käänteinen osmoosi (RO) : Tiheät kalvot korkeapaineessa poistavat liuennetut suolat (> 95% hylkääminen), raskasmetallit ja pienet orgaaniset, jotka ovat kriittisiä meriveden suolanpoistolle ja korkean suolaisuuden jätevedelle.
• Elektrodialyysi (ED/EDR) : Ioninvaihtokalvot erilliset suolat sähkökenttien kautta, jotka sopivat suolaveden pitoisuuteen ja happo/alkalin talteenottoon.

2,3 nestemäistä kalvoa

• Tuetut nestemäiset kalvot (SLM) : Käytä kantaja -molekyylejä (esim. Crown -eetterit) selektiiviseen ionin kuljetukseen, jota levitetään harvinaisessa metalli- tai radioaktiivisessa jäteveden talteenotossa.

3. Geometrisellä kokoonpanolla

3.1 litteän kalvot

• Yksinkertainen rakenne, helppo puhdistaa/korvata, sitä käytetään MBR-järjestelmissä ja pienimuotoisessa hajautetussa käsittelyssä, mutta matalalla pakkaustiheydellä.

3.2 Tubulaariset kalvot

• Leveät virtauskanavat vähentävät tukkeutumista, jotka ovat ihanteellisia erittäin suspendoitujen kiinteiden jäteveden (esim. Paperitehtaan jätevesien), mutta energiaintensiiviseen.

3.3 ontot kuitukalvot

• Korkea pakkaustiheys (jopa 8000 m²/m³), yleinen UF/RO -järjestelmissä, mutta herkkä rehun sameudelle.

4. Erikoistuneet kalvot ja hybridijärjestelmät

4.1 Membraanin bioreaktorit (MBR)

• Integroi biologinen käsittely membraanin erottelulla tuottaen uudelleen käytettävää vettä (esim. Kunnallinen tai karjan jätevesi), vaikka kalvon likaantuminen vaatii säännöllistä kemiallista puhdistusta.

4.2 Kaksisembraaniprosessit

• Uf/mf ro : Poistaa 99% liuenneet epäpuhtaudet ultrafureista vedestä (elektroniikka) tai kaatopaikan suotovesikäsittelystä.
• Nf ro : Vähentää RO-kalvon likaantumista korkean suolaisuuden jätevedessä vaiheittaisen hoidon kautta.

4.3 funktionalisoidut kalvot

• Fotokatalyyttiset kalvot : TiO₂-päällystetyt kalvot hajottavat orgaanisia aineita UV-valon alla, vähentäen likaantumista.
• Antifouling -kalvot : Hydrofiiliset modifikaatiot (esim. Polyvinyylialkoholinsiirto) tai nanomateriaalikomposiitit (esim. Grafeenioksidi) minimoi proteiini/kolloidiarvike.

5. sovellusskenaariot ja valintaohjeet

6. Tulevat trendit

• Aineellinen innovaatio : Hybridi orgaaniset epäorgaaniset kalvot ja biohajoavat biopolymeerikalvot.
• Älykäs toimenpide : IoT-pohjainen flux- ja kalvon läpäisypaineen seuranta puhdistussyklien optimoimiseksi.
• Resurssien palautus : Integraatio membraanin tislauksen (MD) tai eteenpäin osmoosin (FO) kanssa nolla nestemäisen purkamisen (ZLD) ja resurssien uuttamiseen.

Yhteenveto

Jätevesikalvoteknologiat (MF, UF, NF, RO, MBR jne.) Käsittelevät erilaisia ​​erottelutarpeita, jotka perustuvat veden laatuun, hoitotavoitteisiin ja kustannuksiin. Tulevat edistykset keskittyvät materiaaleihin, joilla on parantunut kestävyys, älykkäät järjestelmät ja resurssien talteenotto kestävien ja energiatehokkaiden ratkaisujen saavuttamiseksi.