Membranseparationsteknik kan klassificeras på olika sätt beroende på mätmetod.
(1) Klassificering efter extraktionsmedel
Baserat på de olika produkterna som ska separeras kan membranseparationsprocesser delas in i fyra kategorier: rening, koncentration, separation och extraktion. Membranseparationsprocesser vid vattenbehandling, där permeatet är produkten, kallas rening; de där retentatet är produkten kallas koncentration; de där både permeatet och retentatet är produkter kallas separation; och de som använder en kombination av membranseparationsprocesser med två olika retentatgränsvärden för att erhålla substanser mellan de två gränsgränserna kallas extraktion.
(2) Klassificering efter membranmaterial
Baserat på membranmaterialet kan semipermeabla membran delas in i organiska och oorganiska membran. Organiska membranmaterial innefattar huvudsakligen olika polymermaterial såsom polysulfon, polypropen, polyakrylnitril, polyvinylidenfluorid, polyetersulfon, cellulosaacetat, sulfonerad polysulfon och aromatisk polyamid;
Oorganiska membranmaterial delas vidare in i metall-baserade oorganiska membran som metaller och metalloxider, och silikat-baserade oorganiska membran som keramik och glas.
Organiska membran är enkla att framställa, har höga membranelementvolymförhållanden, är billiga och arbetar vid låga tryck, men lider av dålig kemisk stabilitet, temperaturbeständighet, mekanisk hållfasthet och rengöringsbeständighet; oorganiska membran, å andra sidan, är motsatsen.
Både organiska och oorganiska membranteknologier förbättrar kontinuerligt sin prestanda baserat på sina respektive fördelar, och strävar efter att överträffa varandras styrkor. För närvarande har endast aromatiska polyamider bland omvänd osmos membranmaterial nått industriell produktionsskala, medan ultrafiltreringsmembranmaterial har en stor variation.
(3) Klassificering genom separationsprecision
Baserat på olika separationsprecisions kan vattenbehandlingsmembranseparationsprocesser klassificeras i finfiltrering, mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering, elektrodialys, omvänd osmos, hartsbäddelektrodialys (även känd som EDI eller elektroavjonisering) och membrandestillation. Mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering och omvänd osmos drivs alla av tryckskillnaden över membranet, medan elektrodialys och elektrodialys av hartsbädd drivs av potentialskillnaden. Mikrofiltreringsmembran har en molekylviktsgräns på 0,1–1,0 μm och ett arbetstryck på 0,1–0,2 MPa; ultrafiltreringsmembran har en molekylviktsgräns på 5000–200000 Da och ett arbetstryck på 0,1–0,3 MPa; nanofiltreringsmembran har en avsaltningshastighet på 0–95 % och ett arbetstryck på 0,3–0,6 MPa; Membran för omvänd osmos har en avsaltningshastighet på 95,0 %–99,9 %, en minsta permeatsalthalt på cirka 1 mg/L och ett driftstryck på 0,7–7,0 MPa.
Elektrodialys producerar avsaltat vatten som inte tränger igenom membranet. Den lägsta permeatsalthalten är nära den för omvänd osmos och driftstrycket är 0,1–0,2 MPa. Avsaltningshastigheten kan justeras inom intervallet 0–98 % beroende på flödesvägens längd och driftströmintensitet.
Att fylla den avsaltade vattnets flödesbana för elektrodialys med anjon- och katjonbytarhartser bildar ett elektrodialyssystem med hartsbädd. När influenssalthalten ligger inom intervallet 2–5 mg/L, kan permeatkonduktiviteten för elektrodialys av hartsbädd upprätthållas på nivån 10–15 MΩ.
(4) Klassificering efter membranstruktur
Baserat på skillnaden mellan porösa och icke{0}}porösa membranstrukturer kan separationsmembran delas in i porösa membran och täta membran. Porösa membran har ett stort antal permeabla porer, medan täta membran inte har permeabla porer.
Baserat på membranstrukturens enhetlighet kan porösa membran och täta membran var och en delas upp i homogena membran och heterogena membran. Membranstrukturen hos ett homogent membran är enhetlig i membranytans vertikala riktning, medan membranstrukturen hos ett heterogent membran är o-likformig i membranytans vertikala riktning.
Mikrofiltreringsmembran är porösa heterogena membran. Porstorleken ändras oregelbundet när den tränger igenom membranet, och retentionseffektiviteten bestäms huvudsakligen av den genomsnittliga porstorleken och porositeten.
Ultrafiltreringsmembran är porösa, heterogena membran. Matarvattensidan av membranet har ett tätt skikt, vilket resulterar i mindre porstorlekar på matarvattensidan och större porstorlekar på den renade vattensidan, vilket underlättar vattenpermeabiliteten. Ett typiskt tätt homogent membran är ett jonbytarmembran som används vid elektrodialys, med begränsad vattenpermeabilitet men extremt hög permeabilitet för positiva eller negativa joner.
Aromatiska polyamidkompositmembran av omvänd osmos är typiska heterogena täta membran. Detta membran består av ett tjockare, hög-, poröst stödmembran laminerat med ett extremt tunt kompositskikt med hög-hastighetspermeabilitet, vilket uppnår både hög permeabilitet och hög permeabilitetsförhållande samtidigt.
Täta homogena membran har en enhetlig struktur i alla riktningar och har höga permeabilitetsförhållanden, men på grund av sin låga permeabilitet bildas de i allmänhet inte oberoende och är ofta det täta lagret av kompositmembran.
(5) Klassificering efter elementstruktur
Ett membranelement är en membranbearbetningsenhet som bildas genom att kombinera arkliknande- eller filamentösa membran med motsvarande strukturella komponenter. Baserat på strukturella skillnader kan membranelement klassificeras i olika strukturella former såsom platt-, veckad, tubulär, ihålig och spirallindad.
Olika membranstrukturer har sina egna fördelar och nackdelar vad gäller volymetrisk yta, flödesmönster, tryckstöd och rengöringsförhållanden.
Finfiltrerings-, mikrofiltrerings- och ultrafiltreringsmembran kan anordnas i plattstrukturer för användning i platt- och ramfilter. Även om platt- och ramfilter har en liten volymetrisk yta och kräver frekvent utbyte av membranmaterial, vilket endast tillåter intermittent drift, är strukturmaterialen för membranstöd och vattenledning inte engångsbruk, vilket resulterar i den lägsta materialkostnaden vid byte av membran.
Finfiltrerings- och mikrofiltreringsmembran kan också anordnas i veckade strukturer för att bilda veckade filter. Dessa förlitar sig på den veckade strukturen för att öka den volymetriska ytan och använder själva membranet för att bilda mottrycksstöd och vattenledningskanaler. Att ersätta veckade membran ökar dock kostnaden för konstruktionsmaterial.
Både platt- och veckade membran delar egenskaperna hos full-flödesdrift. Deras vanliga nackdelar inkluderar oförmågan att producera kontinuerligt i stor skala och oförmågan att rengöras. På grund av sin enkla utrustning och bekväma användning används de mestadels i små-skaliga, låg-föroreningsprocessterminaler för vattenbehandlingsmiljöer.
Rörformiga membran kan vara mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering eller till och med omvänd osmos, som arbetar under inre tryck med en innerdiameter på 10–15 mm. Rörformiga membran kan inte backspolas, har en liten volymetrisk yta, hög utrustningskostnad och låg utrustningseffektivitet; de kan dock tvättas noggrant fram-, vilket gör dem lämpliga för behandling av vätskor med hög-viskositet, hög-turbiditet och en utmärkt membranstruktur för speciell foderkoncentration och industriell avloppsvattenrening.
Ihåliga filtreringsmembran kan vara mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering eller omvänd osmos, med inre diametrar från 25 till 1200 μm och yttre diametrar från 50 till 2000 μm.
Ihåliga filtreringsmembran kan klassificeras i inre tryck och externa trycktyper enligt tryckriktningen. Invändiga tryckmembran har en mindre volymetrisk yta och lägre smuts-hållande förmåga, är lätta att hydrauliskt spola och har höga krav på matarvattenkvalitet. De kan arbeta i tvärflödeslägen- eller fullt-flöde. Yttre tryckmembran har en större volymetrisk yta och högre smuts-hållande kapacitet, är inte lätta att hydrauliskt spola, har lägre krav på matarvattenkvalitet och fungerar oftast i fullt-flödesläge, vilket gör det svårt att bilda tvärflöde.
Ihåliga filtreringsmembran kan ha extremt höga volymetriska ytor, oöverträffade av andra membranstrukturer, och har utmärkta fram- och bakspolningsprestanda.
På grund av den begränsade mekaniska styrkan hos ihåliga membranfibrer är fiberbrott ett stort problem, och fiberbrotthastigheten inom en specifik driftsperiod blir en viktig indikator på membranets livslängd.
Roll-up-membranstrukturer används främst för nanofiltrering och omvänd osmos-membran, och under de senaste åren har det också dykt upp spiral-ultrafiltreringsmembran. Den här strukturen har en måttlig volymetrisk yta och fördelar som högt driftstryckmotstånd, låga krav på matarvattenkvalitet, stor nedsmutsningskapacitet, lätt tvärflöde och förmågan att utföra spolning framåt.
Tvärsnittet av matarvattenflödeskanalen i ett spiral-uppåt membran kan betraktas som en rak kanal med enhetlig höjd. Denna struktur tillåter lokal nedsmutsning och har en hög nedsmutsningskapacitet; det är dock inte lätt att uppnå bra spolningseffekter i alla områden, vilket gör det benäget att lokalisera nedsmutsning.
Dessutom kan spiral-kompositmembran inte backspolas, vilket resulterar i dåliga rengöringseffekter. Prestandaförsämring på grund av membrannedsmutsning är ett stort problem för spiralstrukturer-, och graden av prestandaförsämring inom en specifik driftsperiod blir en viktig indikator på membranets livslängd.