Membranseparasjonsteknologi kan klassifiseres på forskjellige måter avhengig av målemetoden.
(1) Klassifisering etter ekstraksjonsmiddel
Basert på de ulike produktene som skal separeres, kan membranseparasjonsprosesser deles inn i fire kategorier: rensing, konsentrasjon, separasjon og ekstraksjon. Membranseparasjonsprosesser i vannbehandling, hvor permeatet er produktet, kalles rensing; de der retentatet er produktet kalles konsentrasjon; de der både permeatet og retentatet er produkter kalles separasjon; og de som bruker en kombinasjon av membranseparasjonsprosesser med to forskjellige retentatavskjæringer for å oppnå stoffer mellom de to avskjæringsgrensene kalles ekstraksjon.
(2) Klassifisering etter membranmateriale
Basert på membranmaterialet kan semipermeable membraner deles inn i organiske og uorganiske membraner. Organiske membranmaterialer inkluderer hovedsakelig forskjellige polymermaterialer som polysulfon, polypropylen, polyakrylnitril, polyvinylidenfluorid, polyetersulfon, celluloseacetat, sulfonert polysulfon og aromatisk polyamid;
Uorganiske membranmaterialer deles videre inn i metall-baserte uorganiske membraner som metaller og metalloksider, og silikat-baserte uorganiske membraner som keramikk og glass.
Organiske membraner er enkle å tilberede, har høye membranelementvolumforhold, er rimelige og opererer ved lave trykk, men lider av dårlig kjemisk stabilitet, temperaturbestandighet, mekanisk styrke og rengjøringsbestandighet; uorganiske membraner, derimot, er det motsatte.
Både organiske og uorganiske membranteknologier forbedrer kontinuerlig ytelsen deres basert på deres respektive fordeler, og streber etter å overgå hverandres styrker. For tiden er det bare aromatiske polyamider blant omvendt osmose-membranmaterialer som har nådd industriell produksjonsskala, mens ultrafiltreringsmembranmaterialer har en betydelig variasjon.
(3) Klassifisering etter separasjonspresisjon
Basert på forskjellige separasjonspresisjoner, kan vannbehandlingsmembranseparasjonsprosesser klassifiseres i finfiltrering, mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering, elektrodialyse, omvendt osmose, elektrodialyse av harpikssjikt (også kjent som EDI eller elektrodeionisering) og membrandestillasjon. Mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering og omvendt osmose er alle drevet av trykkforskjellen over membranen, mens elektrodialyse og elektrodialyse av harpiksleie drives av potensialforskjellen. Mikrofiltreringsmembraner har en molekylvektsgrense på 0,1–1,0 μm og et driftstrykk på 0,1–0,2 MPa; ultrafiltreringsmembraner har en molekylvektsgrense på 5000–200000 Da og et driftstrykk på 0,1–0,3 MPa; nanofiltreringsmembraner har en avsaltningshastighet på 0–95 % og et driftstrykk på 0,3–0,6 MPa; omvendt osmose-membraner har en avsaltingshastighet på 95,0 %–99,9 %, en minimumspermeat-salinitet på omtrent 1 mg/L og et driftstrykk på 0,7–7,0 MPa.
Elektrodialyse produserer avsaltet vann som ikke trenger gjennom membranen. Minste permeatsaltholdighet er nær den for omvendt osmose, og driftstrykket er 0,1–0,2 MPa. Avsaltningshastigheten kan justeres innenfor området 0–98 % avhengig av strømningsveilengden og driftsstrømintensiteten.
Fylling av strømningsveien for avsaltet vann ved elektrodialyse med anion- og kationbytterharpikser danner et elektrodialysesystem med harpikssjikt. Når den innflytende saltholdigheten er i området 2–5 mg/L, kan permeatledningsevnen til elektrodialyse av harpiksleie opprettholdes på nivået 10–15 MΩ.
(4) Klassifisering etter membranstruktur
Basert på forskjellen mellom porøse og ikke-porøse membranstrukturer, kan separasjonsmembraner deles inn i porøse membraner og tette membraner. Porøse membraner har et stort antall permeable porer, mens tette membraner ikke har permeable porer.
Basert på membranstrukturens ensartethet kan porøse membraner og tette membraner hver videre deles inn i homogene membraner og heterogene membraner. Membranstrukturen til en homogen membran er jevn i vertikal retning av membranoverflaten, mens membranstrukturen til en heterogen membran er u-uniform i vertikal retning av membranoverflaten.
Mikrofiltreringsmembraner er porøse heterogene membraner. Porestørrelsen endres uregelmessig ved gjennomtrengning av membranen, og retensjonseffektiviteten bestemmes hovedsakelig av gjennomsnittlig porestørrelse og porøsitet.
Ultrafiltreringsmembraner er porøse, heterogene membraner. Matevannsiden av membranen har et tett lag, noe som resulterer i mindre porestørrelser på matevannsiden og større porestørrelser på renset vannsiden, noe som letter vannpermeabiliteten. En typisk tett homogen membran er en ionebyttermembran som brukes i elektrodialyse, med begrenset vannpermeabilitet, men ekstremt høy permeabilitet for positive eller negative ioner.
Aromatiske polyamid omvendt osmose komposittmembraner er typiske heterogene tette membraner. Denne membranen består av en tykkere, høy-, porøs støttemembran laminert med et ekstremt tynt komposittlag med høy-hastighetspermeabilitet, som oppnår både høy permeabilitet og høyt permeabilitetsforhold samtidig.
Tette homogene membraner har en jevn struktur i alle retninger og har høye permeabilitetsforhold, men på grunn av deres lave permeabilitet dannes de vanligvis ikke uavhengig og er ofte det tette laget av komposittmembraner.
(5) Klassifisering etter elementstruktur
Et membranelement er en membranbearbeidende enhet dannet ved å kombinere ark--lignende eller filamentøse membraner med tilsvarende strukturelle komponenter. Basert på strukturelle forskjeller kan membranelementer klassifiseres i forskjellige strukturelle former som plate, plissert, rørformet, hult og spiralviklet.
Ulike membranstrukturer har sine egne fordeler og ulemper når det gjelder volumetrisk areal, strømningsmønster, trykkstøtte og rengjøringsforhold.
Finfiltrerings-, mikrofiltrerings- og ultrafiltreringsmembraner kan ordnes i platestrukturer for bruk i plate- og rammefiltre. Selv om plate- og rammefiltre har et lite volumetrisk område og krever hyppig utskifting av membranmateriale, som kun tillater intermitterende drift, er ikke strukturmaterialene for membranstøtte og vannledning til engangsbruk, noe som resulterer i de laveste materialkostnadene ved utskifting av membraner.
Finfiltrerings- og mikrofiltreringsmembraner kan også anordnes i plisserte strukturer for å danne plisserte filtre. Disse er avhengige av at den plisserte strukturen øker det volumetriske området og bruker selve membranen til å danne mottrykksstøtte og vannledningskanaler. Men å erstatte plisserte membraner øker kostnadene for strukturelle materialer.
Både plate- og plisserte membraner deler egenskapene til full-flytoperasjon. Deres vanlige ulemper inkluderer manglende evne til å produseres kontinuerlig i stor skala og manglende evne til å bli rengjort. På grunn av det enkle utstyret og praktiske betjeningen, brukes de for det meste i små-skala, lav-forurensningsprosesser i terminalvannbehandlingsmiljøer.
Rørformede membraner kan være mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering eller til og med omvendt osmosemembraner, som opererer under indre trykk med en indre diameter på 10–15 mm. Rørformede membraner kan ikke tilbakevaskes, har et lite volumetrisk areal, høy utstyrskostnad og lav utstyrseffektivitet; de kan imidlertid vaskes grundig forover-, noe som gjør dem egnet for behandling av væsker med høy-viskositet, høy-turbiditet og en utmerket membranstruktur for spesiell fôrkonsentrasjon og industriell avløpsvannbehandling.
Hule filtreringsmembraner kan være mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering eller omvendt osmose, med indre diametere fra 25 til 1200 μm og ytre diametre fra 50 til 2000 μm.
Hule filtreringsmembraner kan klassifiseres i indre trykk og ytre trykktyper i henhold til trykkretningen. Innvendige trykkmembraner har et mindre volumetrisk areal og lavere smuss-holdeevne, er enkle å spyle hydraulisk, og har høye krav til matvannskvalitet. De kan operere i kryss-flyt- eller full-flytmodus. Ytre trykkmembraner har et større volumetrisk areal og høyere smuss-holdekapasitet, er ikke lette å spyle hydraulisk, har lavere krav til matvannskvalitet og fungerer for det meste i full-strømningsmodus, noe som gjør det vanskelig å danne kryss-strøm.
Hule filtreringsmembraner kan ha ekstremt høye volumetriske områder, uten sidestykke av andre membranstrukturer, og har utmerket forover- og tilbakespylingsytelse.
På grunn av den begrensede mekaniske styrken til hule membranfibre, er fiberbrudd et stort problem, og fiberbruddhastigheten innenfor en bestemt driftsperiode blir en viktig indikator på membranens levetid.
Rulle-membranstrukturer brukes hovedsakelig til nanofiltrering og omvendt osmosemembraner, og de siste årene har det også dukket opp spiral-ultrafiltreringsmembraner. Denne strukturen har et moderat volumetrisk areal og fordeler som høy driftstrykkmotstand, lave krav til matvannkvalitet, stor begroingskapasitet, enkel kryss-strøm og evnen til å utføre foroverspyling.
Tverrsnittet av strømningskanalen for matevann i en spiral-opp membran kan betraktes som en rett kanal med jevn høyde. Denne strukturen tillater lokal begroing og har høy begroingskapasitet; Det er imidlertid ikke lett å oppnå gode skylleeffekter i alle områder, noe som gjør den utsatt for lokal begroing.
Videre kan spiral-opp-komposittmembraner ikke tilbakespyles, noe som resulterer i dårlige rengjøringseffekter. Ytelsesforringelse på grunn av membrantilsmussing er et stort problem for spiral-strukturer, og graden av ytelsesdegradering innenfor en spesifikk driftsperiode blir en viktig indikator på membranens levetid.