فناوری جداسازی غشایی بسته به روش اندازه گیری می تواند به روش های مختلفی طبقه بندی شود.
(1) طبقه بندی بر اساس استخراج کننده
بر اساس محصولات مختلف که باید جدا شوند، فرآیندهای جداسازی غشایی را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: تصفیه، غلظت، جداسازی و استخراج. فرآیندهای جداسازی غشایی در تصفیه آب، که در آن تراوش محصول است، تصفیه نامیده می شود. آنهایی که در آنها احتباس محصول است غلظت نامیده می شود. آنهایی که هر دو ماده نفوذی و احتباس شده محصول هستند، جداسازی نامیده می شوند. و مواردی که از ترکیبی از فرآیندهای جداسازی غشایی با دو بریدگی مختلف نگهدارنده برای به دست آوردن مواد بین دو برش استفاده می کنند استخراج نامیده می شوند.
(2) طبقه بندی بر اساس مواد غشایی
بر اساس مواد غشا، غشاهای نیمه تراوا را می توان به غشاهای آلی و غیر آلی تقسیم کرد. مواد غشایی آلی عمدتاً شامل مواد پلیمری مختلف مانند پلی سولفون، پلی پروپیلن، پلی آکریلونیتریل، پلی وینیلیدن فلوراید، پلی اتر سولفون، استات سلولز، پلی سولفون سولفونه و پلی آمید معطر می باشند.
مواد غشایی غیرآلی بیشتر به غشای غیرآلی{0}}فلزی مانند فلزات و اکسیدهای فلزی و غشاهای غیر آلی مبتنی بر سیلیکات- مانند سرامیک و شیشه تقسیم میشوند.
غشاهای آلی ساده آماده می شوند، نسبت حجم عناصر غشایی بالایی دارند، ارزان هستند و در فشارهای پایین کار می کنند، اما از پایداری شیمیایی ضعیف، مقاومت در برابر دما، مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر تمیز کردن رنج می برند. از سوی دیگر، غشاهای معدنی برعکس هستند.
هر دو فناوری غشای آلی و معدنی به طور مداوم عملکرد خود را بر اساس مزایای مربوطه بهبود می بخشند و در تلاش برای پیشی گرفتن از نقاط قوت یکدیگر هستند. در حال حاضر، تنها پلی آمیدهای آروماتیک در بین مواد غشایی اسمز معکوس به مقیاس تولید صنعتی رسیده اند، در حالی که مواد غشایی اولترافیلتراسیون تنوع قابل توجهی دارند.
(3) طبقه بندی با دقت جداسازی
بر اساس دقت های مختلف جداسازی، فرآیندهای جداسازی غشایی تصفیه آب را می توان به فیلتراسیون ریز، میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون، الکترودیالیز، اسمز معکوس، الکترودیالیز بستر رزین (همچنین به عنوان EDI یا الکترودیونیزاسیون شناخته می شود) و تقطیر غشایی طبقه بندی کرد. میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس همه توسط اختلاف فشار در سراسر غشاء هدایت می شوند، در حالی که الکترودیالیز و الکترودیالیز بستر رزین توسط اختلاف پتانسیل هدایت می شوند. غشاهای میکروفیلتراسیون دارای بریدگی وزن مولکولی 0.1-1.0 میکرومتر و فشار کاری 0.1-0.2 مگاپاسکال هستند. غشاهای اولترافیلتراسیون دارای بریدگی وزن مولکولی 5000-200000 Da و فشار کاری 0.1-0.3 MPa هستند. غشاهای نانوفیلتراسیون دارای نرخ نمک زدایی 0-95٪ و فشار عملیاتی 0.3-0.6 مگاپاسکال هستند. غشاهای اسمز معکوس دارای نرخ نمک زدایی 95.0٪ - 99.9٪، حداقل شوری نفوذ تقریباً 1 mg/L و فشار کاری 0.7-7.0 مگاپاسکال هستند.
الکترودیالیز آب نمک زدایی تولید می کند که به غشاء نفوذ نمی کند. حداقل شوری نفوذ نزدیک به اسمز معکوس است و فشار عملیاتی 0.1-0.2 مگاپاسکال است. نرخ نمکزدایی را میتوان در محدوده 0 تا 98 درصد بسته به طول مسیر جریان و شدت جریان عملیاتی تنظیم کرد.
پر کردن مسیر جریان آب شیرین شده الکترودیالیز با رزین های تبادل آنیونی و کاتیونی یک سیستم الکترودیالیز بستر رزین را تشکیل می دهد. هنگامی که شوری ورودی در محدوده 2-5 میلی گرم در لیتر باشد، هدایت تراوش الکترودیالیز بستر رزین را می توان در سطح 10-15 MΩ حفظ کرد.
(4) طبقه بندی بر اساس ساختار غشایی
بر اساس تفاوت بین ساختارهای غشایی متخلخل و غیر متخلخل، غشاهای جداکننده را می توان به غشاهای متخلخل و غشاهای متراکم تقسیم کرد. غشاهای متخلخل دارای تعداد زیادی منافذ قابل نفوذ هستند، در حالی که غشاهای متراکم دارای منافذ قابل نفوذ نیستند.
بر اساس یکنواختی ساختار غشا، غشاهای متخلخل و غشاهای متراکم هر کدام را می توان بیشتر به غشاهای همگن و غشاهای ناهمگن تقسیم کرد. ساختار غشایی یک غشای همگن در جهت عمودی سطح غشاء یکنواخت است، در حالی که ساختار غشایی یک غشای ناهمگن در جهت عمودی سطح غشاء یکسان- نیست.
غشاهای میکروفیلتراسیون غشاهای ناهمگن متخلخل هستند. اندازه منافذ در هنگام نفوذ به غشا به طور نامنظم تغییر می کند و راندمان حفظ عمدتاً با اندازه متوسط منافذ و تخلخل تعیین می شود.
غشاهای اولترافیلتراسیون غشاهای متخلخل و ناهمگن هستند. طرف آب تغذیه غشا دارای یک لایه متراکم است که در نتیجه منافذ کوچکتر در سمت آب تغذیه و اندازه منافذ بزرگتر در سمت آب تصفیه شده ایجاد می شود و نفوذپذیری آب را تسهیل می کند. یک غشای همگن متراکم معمولی یک غشای تبادل یونی است که در الکترودیالیز استفاده می شود، با نفوذپذیری آب محدود اما نفوذپذیری بسیار بالا برای یون های مثبت یا منفی.
غشاهای کامپوزیت اسمز معکوس پلی آمید آروماتیک غشاهای متراکم ناهمگن معمولی هستند. این غشاء متشکل از یک غشای متخلخل- ضخیم تر، با سرعت بالا و متخلخل است که با یک لایه کامپوزیتی بسیار نازک با نفوذپذیری-سرعت بالا، که به طور همزمان هم نفوذپذیری بالا و هم نسبت نفوذپذیری بالا را به دست می آورد.
غشاهای همگن متراکم ساختار یکنواختی در همه جهات دارند و دارای نسبت های نفوذپذیری بالایی هستند، اما به دلیل نفوذپذیری کم، عموماً به طور مستقل تشکیل نمی شوند و اغلب لایه متراکم غشاهای مرکب هستند.
(5) طبقه بندی بر اساس ساختار عنصر
یک عنصر غشایی یک واحد کار غشایی است که از ترکیب غشاهای ورقهای{0} یا رشتهای با اجزای ساختاری مربوطه تشکیل میشود. بر اساس تفاوتهای ساختاری، عناصر غشایی را میتوان به شکلهای ساختاری مختلفی از جمله زخمهای صفحهای، پلیسهدار، لولهای، توخالی و مارپیچی طبقهبندی کرد.
سازه های غشایی مختلف از نظر مساحت حجمی، الگوی جریان، پشتیبانی فشار و شرایط تمیزکاری مزایا و معایب خاص خود را دارند.
غشاهای ریز فیلتراسیون، میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون را می توان در ساختارهای صفحه ای برای استفاده در فیلترهای صفحه ای و قاب قرار داد. اگرچه فیلترهای صفحه ای و قاب دارای مساحت حجمی کوچکی هستند و نیاز به تعویض مکرر مواد غشایی دارند و فقط به صورت متناوب اجازه کار می دهند، مواد ساختاری برای پشتیبانی از غشا و هدایت آب یکبار مصرف نیستند و در نتیجه کمترین هزینه مواد را هنگام تعویض غشاها به همراه دارد.
غشاهای ریز فیلتراسیون و میکروفیلتراسیون نیز می توانند در ساختارهای پلیسه دار قرار گیرند تا فیلترهای پلیسه دار را تشکیل دهند. اینها برای افزایش سطح حجمی به ساختار پلیسه تکیه می کنند و از خود غشاء برای تشکیل پشتیبان فشار برگشتی و کانال های هدایت آب استفاده می کنند. با این حال، جایگزینی غشاهای پلیسه دار هزینه مصالح ساختاری را افزایش می دهد.
هم غشاهای صفحه ای و هم غشاهای پلیسه دار ویژگی عملکرد جریان کامل-را دارند. اشکالات رایج آنها شامل عدم توانایی تولید مداوم در مقیاس بزرگ و ناتوانی در تمیز شدن است. به دلیل تجهیزات ساده و عملکرد راحت، بیشتر در محیطهای تصفیه آب پایانهای-در مقیاس کوچک و کم{4}}استفاده میشوند.
غشاهای لوله ای می توانند میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون یا حتی غشاهای اسمز معکوس باشند که تحت فشار داخلی با قطر داخلی 10-15 میلی متر کار می کنند. غشاهای لوله ای را نمی توان شستشوی معکوس داد، دارای مساحت حجمی کوچک، هزینه تجهیزات بالا و راندمان تجهیزات کم هستند. با این حال، میتوان آنها را کاملاً جلو-شست و آنها را برای تصفیه مایعات با ویسکوزیته بالا،-با کدورت بالا و ساختار غشایی عالی برای غلظت خوراک ویژه و تصفیه فاضلاب صنعتی مناسب میسازد.
غشاهای فیلتراسیون توخالی می توانند میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون یا اسمز معکوس باشند که قطر داخلی آنها بین 25 تا 1200 میکرومتر و قطر خارجی بین 50 تا 2000 میکرومتر است.
غشاهای فیلتراسیون توخالی را می توان با توجه به جهت فشار به انواع فشار داخلی و فشار خارجی طبقه بندی کرد. غشاهای فشار داخلی دارای مساحت حجمی کمتر و ظرفیت نگهداری کثیفی{1}}کثیری هستند، شستشوی هیدرولیکی آنها آسان است و برای کیفیت آب تغذیه نیازهای بالایی دارند. آنها می توانند در حالت های-جریان متقاطع یا جریان کامل{4}} کار کنند. غشاهای فشار خارجی دارای مساحت حجمی بیشتر و ظرفیت نگهداری کثیفی-بیشتر هستند، شستشوی هیدرولیکی آنها آسان نیست، نیازهای کمتری برای کیفیت آب تغذیه دارند و عمدتاً در حالت-جریان کامل کار میکنند و ایجاد جریان متقاطع را دشوار میکنند.
غشاهای فیلتراسیون توخالی می توانند مناطق حجمی بسیار بالایی داشته باشند که با ساختارهای غشایی دیگر قابل مقایسه نیستند و عملکرد عالی در شستشوی جلو و عقب دارند.
با توجه به مقاومت مکانیکی محدود الیاف غشاء توخالی، شکستن الیاف یک مشکل عمده است و نرخ شکستن فیبر در یک دوره عملیاتی خاص به یک شاخص مهم برای طول عمر غشا تبدیل میشود.
ساختارهای غشایی رولآپ عمدتاً برای نانوفیلتراسیون و غشاهای اسمز معکوس استفاده میشوند و در سالهای اخیر، غشاهای اولترافیلتراسیون مارپیچی نیز ظاهر شدهاند. این سازه دارای مساحت حجمی متوسط و مزایایی مانند مقاومت در برابر فشار عملیاتی بالا، نیاز به کیفیت آب تغذیه پایین، ظرفیت رسوب دهی زیاد، جریان متقاطع آسان و قابلیت انجام فلاشینگ رو به جلو است.
مقطع-کانال جریان آب تغذیه در یک غشای مارپیچ-را میتواند به عنوان یک کانال مستقیم با ارتفاع یکنواخت در نظر گرفته شود. این ساختار اجازه رسوب گیری موضعی را می دهد و ظرفیت رسوب پذیری بالایی دارد. با این حال، دستیابی به اثرات فلاشینگ خوب در هر منطقه آسان نیست و آن را مستعد رسوب موضعی می کند.
علاوه بر این، غشاهای مرکب مارپیچی{0}}را نمیتوان شستشوی معکوس داد که در نتیجه اثرات تمیز کنندگی ضعیفی دارد. کاهش عملکرد به دلیل رسوب غشایی یک مشکل عمده برای سازههای مارپیچ{2}بالا است و درجه کاهش عملکرد در یک دوره عملیاتی خاص به یک شاخص مهم برای طول عمر غشا تبدیل میشود.