Tipos principales de membrana en el tratamiento de aguas residuales y su descripción multidimensional

El tratamiento con membrana de aguas residuales se basa en las propiedades de separación selectiva de las membranas para eliminar los contaminantes. La clasificación de los tipos de membrana varía según la composición química, los mecanismos de separación, la geometría y las funciones especializadas.

1. Por composición química

1.1 Membranas orgánicas

• Membranas PVDF (fluoruro de polivinilideno) : Alta resistencia mecánica y resistencia química, ampliamente utilizada en microfiltración (MF) y ultrafiltración (UF), especialmente en bio-reactores de membrana (MBR) para aguas residuales oleosas o altas orgánicas.
• Membranas PTFE (politetrafluoroetileno) : Resistente a las altas temperaturas (hasta 260 ° C) y el pH extremo, ideal para aguas residuales industriales (por ejemplo, productos farmacéuticos, productos químicos) con aceites y coloides emulsionados.
• Otras membranas de polímeros : El polietileno (PE) y el polipropileno (PP) son rentables para el pretratamiento de MF pero tienen menor resistencia mecánica.

1.2 Membranas inorgánicas

• Membranas cerámicas : Hecho de alúmina o circonio, resistir altas temperaturas (> 500 ° C) y corrosión microbiana, adecuada para aguas residuales de alta turbidez o alta temperatura (por ejemplo, textiles, industrias alimentarias).
• Membranas de metal : Las membranas de aleación de titanio toleran la alta presión y el pH extremo, utilizado en el pretratamiento de agua de mar o el tratamiento de aguas residuales de metales pesados.

2. Por mecanismo de separación

2.1 membranas porosas

• Microfiltración (MF) : Tamaño de los poros 0.1–10 μm, elimina los sólidos suspendidos, las bacterias y los coloides grandes (por ejemplo, pretratamiento de aguas residuales municipales).
• Ultrafiltración (UF) : Tamaño de poro 0.01–0.1 μm, retiene proteínas, virus y macromoléculas (por ejemplo, reciclaje industrial de aguas residuales).
• Nanofiltración (NF) : Tamaño de poro de 1 a 2 nm, elimina selectivamente iones divalentes (Ca²⁺, SO₄²⁻) y moléculas orgánicas (200–1000 DA), utilizadas para la desalinización de tinte y el ablandamiento del agua.

2.2 Membranas no porosas

• Ósmosis inversa (RO) : Las membranas densas bajo alta presión eliminan las sales disueltas (> 95% de rechazo), metales pesados ​​y pequeños orgánicos, críticos para la desalinización del agua de mar y las aguas residuales de alta salinidad.
• Electrodiylysis (ed/edr) : Las membranas de intercambio iónico separan las sales a través de campos eléctricos, adecuados para la concentración de salmuera y la recuperación ácida/alcalina.

2.3 membranas líquidas

• Membranas líquidas soportadas (SLM) : Use las moléculas portadoras (por ejemplo, éteres de corona) para el transporte selectivo de iones, aplicados en recuperación de aguas residuales de metal raro o radiactivos.

3. Por configuración geométrica

3.1 Membranas de hoja plana

• Estructura simple, fácil de limpiar/reemplazar, utilizada en sistemas MBR y tratamiento descentralizado a pequeña escala, pero baja densidad de empaquetado.

3.2 Membranas tubulares

• Los canales de flujo ancho reducen la obstrucción, ideal para aguas residuales de alto suspensión-sólida (por ejemplo, efluente de la fábrica de papel), pero intensivo en energía.

3.3 Membranas de fibra hueca

• Alta densidad de empaquetado (hasta 8000 m²/m³), común en los sistemas UF/RO, pero sensible a la turbidez de alimentación.

4. Membranas especializadas y sistemas híbridos

4.1 Bio-reactores de membrana (MBR)

• Integre el tratamiento biológico con la separación de la membrana, la producción de agua reutilizable (por ejemplo, aguas residuales municipales o ganaderas), aunque el ensuciamiento de la membrana requiere una limpieza química regular.

4.2 Procesos de doble membrana

• UF/MF RO : Elimina el 99% de contaminantes disueltos para el agua ultrapura (electrónica) o el tratamiento de lixiviados del vertedero.
• NF RO : Reduce el ensuciamiento de la membrana RO en las aguas residuales de alta salinidad a través del tratamiento con etapas.

4.3 Membranas funcionalizadas

• Membranas fotocatalíticas : Las membranas recubiertas de Tio₂ degradan los orgánicos bajo luz UV, reduciendo el ensuciamiento.
• Membranas antiincrustantes : Modificaciones hidrofílicas (por ejemplo, injerto de alcohol polivinílico) o compuestos de nanomateriales (por ejemplo, óxido de grafeno) minimizan la adhesión proteica/coloide.

5. Escenarios de aplicación y pautas de selección

6. Tendencias futuras

• Innovación material : Membranas orgánicas híbridas y membranas biodegradables biopolímero.
• Operación inteligente : Monitoreo en tiempo real basado en IoT de flujo y presión transmembrana para optimizar los ciclos de limpieza.
• Recuperación de recursos : Integración con destilación de membrana (MD) o ósmosis directa (FO) para descarga de líquido cero (ZLD) y extracción de recursos.

Resumen

Las tecnologías de membrana de aguas residuales (MF, UF, NF, RO, MBR, etc.) abordan diversas necesidades de separación basadas en la calidad del agua, los objetivos de tratamiento y el costo. Los avances futuros se centrarán en materiales con mayor durabilidad, sistemas inteligentes y recuperación de recursos para lograr soluciones sostenibles y de eficiencia energética.