Technologię separacji membranowej można klasyfikować na różne sposoby w zależności od metody pomiaru.
(1) Klasyfikacja według ekstrahenta
W zależności od różnych produktów, które mają zostać rozdzielone, procesy separacji membranowej można podzielić na cztery kategorie: oczyszczanie, zatężanie, oddzielanie i ekstrakcja. Procesy separacji membranowej w uzdatnianiu wody, gdzie produktem jest permeat, nazywane są oczyszczaniem; te, w których retentat jest produktem, nazywane są koncentracjami; te, w których zarówno permeat, jak i retentat są produktami, nazywane są separacją; a te, w których stosuje się kombinację procesów separacji membranowej z dwoma różnymi wartościami granicznymi retentatu w celu otrzymania substancji pomiędzy dwoma wartościami odcięcia, nazywane są ekstrakcją.
(2) Klasyfikacja według materiału membrany
Ze względu na materiał membrany membrany półprzepuszczalne można podzielić na organiczne i nieorganiczne. Organiczne materiały membranowe obejmują głównie różne materiały polimerowe, takie jak polisulfon, polipropylen, poliakrylonitryl, polifluorek winylidenu, polieterosulfon, octan celulozy, sulfonowany polisulfon i aromatyczny poliamid;
Nieorganiczne materiały membranowe dzielą się dalej na membrany nieorganiczne na bazie metali,-takie jak metale i tlenki metali, oraz membrany nieorganiczne na bazie krzemianów,-takie jak ceramika i szkło.
Membrany organiczne są proste w przygotowaniu, mają wysoki stosunek objętościowy elementów membranowych, są niedrogie i działają przy niskich ciśnieniach, ale mają słabą stabilność chemiczną, odporność na temperaturę, wytrzymałość mechaniczną i odporność na czyszczenie; Z drugiej strony, membrany nieorganiczne są przeciwieństwem.
Zarówno organiczne, jak i nieorganiczne technologie membranowe stale ulepszają swoje działanie w oparciu o swoje zalety, starając się wzajemnie przewyższać swoje mocne strony. Obecnie spośród materiałów membran do odwróconej osmozy tylko aromatyczne poliamidy osiągnęły skalę produkcji przemysłowej, natomiast materiały membran do ultrafiltracji charakteryzują się znaczną różnorodnością.
(3) Klasyfikacja według dokładności separacji
W oparciu o różne precyzje separacji, procesy separacji membranowej do uzdatniania wody można podzielić na filtrację dokładną, mikrofiltrację, ultrafiltrację, nanofiltrację, elektrodializę, odwróconą osmozę, elektrodializę w złożu żywicy (znaną również jako EDI lub elektrodejonizację) i destylację membranową. Mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza są napędzane przez różnicę ciśnień na membranie, podczas gdy elektrodializa i elektrodializa w złożu żywicy są napędzane przez różnicę potencjałów. Membrany mikrofiltracyjne mają granicę masy cząsteczkowej 0,1–1,0 μm i ciśnienie robocze 0,1–0,2 MPa; membrany ultrafiltracyjne mają granicę masy cząsteczkowej 5000–200000 Da i ciśnienie robocze 0,1–0,3 MPa; membrany nanofiltracyjne mają stopień odsalania 0–95% i ciśnienie robocze 0,3–0,6 MPa; Membrany odwróconej osmozy charakteryzują się szybkością odsalania 95,0–99,9%, minimalnym zasoleniem permeatu około 1 mg/l i ciśnieniem roboczym 0,7–7,0 MPa.
Elektrodializa wytwarza odsoloną wodę, która nie przenika przez membranę. Minimalne zasolenie permeatu jest zbliżone do zasolenia odwróconej osmozy, a ciśnienie robocze wynosi 0,1–0,2 MPa. Stopień odsalania można regulować w zakresie 0–98% w zależności od długości drogi przepływu i natężenia prądu roboczego.
Wypełnienie ścieżki przepływu odsolonej wody podczas elektrodializy żywicami anionowymi i kationowymiennymi tworzy system elektrodializy ze złożem żywicy. Gdy zasolenie dopływającego mieści się w zakresie 2–5 mg/L, przewodność permeatu elektrodializy złoża żywicy można utrzymać na poziomie 10–15 MΩ.
(4) Klasyfikacja według struktury membrany
W oparciu o różnicę między porowatymi i nieporowatymi-strukturami membran, membrany separacyjne można podzielić na membrany porowate i membrany gęste. Porowate membrany mają dużą liczbę przepuszczalnych porów, podczas gdy gęste membrany nie mają przepuszczalnych porów.
W oparciu o jednorodność struktury membran, membrany porowate i membrany gęste można dalej podzielić na membrany jednorodne i membrany heterogeniczne. Struktura membrany jednorodnej jest jednolita w kierunku pionowym powierzchni membrany, natomiast struktura membrany heterogenicznej jest nie-jednolita w kierunku pionowym powierzchni membrany.
Membrany mikrofiltracyjne to porowate membrany heterogeniczne. Rozmiar porów zmienia się nieregularnie podczas przenikania przez membranę, a skuteczność retencji zależy głównie od średniej wielkości porów i porowatości.
Membrany ultrafiltracyjne są porowatymi, heterogenicznymi membranami. Membrana po stronie wody zasilającej ma gęstą warstwę, co powoduje mniejsze rozmiary porów po stronie wody zasilającej i większe pory po stronie wody oczyszczonej, co ułatwia przepuszczalność wody. Typową gęstą jednorodną membraną jest membrana jonowymienna stosowana w elektrodializie, o ograniczonej przepuszczalności wody, ale wyjątkowo wysokiej przepuszczalności dla jonów dodatnich i ujemnych.
Aromatyczne poliamidowe membrany kompozytowe z odwróconą osmozą są typowymi heterogenicznymi gęstymi membranami. Membrana ta składa się z grubszej,-szybkiej, porowatej membrany nośnej laminowanej niezwykle cienką warstwą kompozytową o dużej-przepuszczalności, co pozwala uzyskać jednocześnie wysoką przepuszczalność i wysoki współczynnik przepuszczalności.
Gęste, jednorodne membrany mają jednolitą strukturę we wszystkich kierunkach i charakteryzują się wysokimi współczynnikami przepuszczalności, ale ze względu na ich niską przepuszczalność na ogół nie powstają samodzielnie i często stanowią gęstą warstwę membran kompozytowych.
(5) Klasyfikacja według struktury elementu
Element membranowy to jednostka robocza membrany utworzona przez połączenie membran arkuszowych-lub włókienkowych z odpowiednimi elementami konstrukcyjnymi. W oparciu o różnice strukturalne elementy membranowe można podzielić na różne formy strukturalne, takie jak płyty, plisowane, rurowe, puste w środku i zwijane spiralnie.
Różne struktury membran mają swoje zalety i wady w zakresie powierzchni objętościowej, wzorca przepływu, utrzymywania ciśnienia i warunków czyszczenia.
Membrany do filtracji dokładnej, mikrofiltracji i ultrafiltracji można ułożyć w struktury płytowe do stosowania w filtrach płytowych i ramowych. Chociaż filtry płytowe i ramowe mają małą powierzchnię objętościową i wymagają częstej wymiany materiału membrany, co pozwala jedynie na pracę przerywaną, materiały konstrukcyjne do podparcia membrany i przewodzenia wody nie są jednorazowe, co skutkuje najniższym kosztem materiałów przy wymianie membran.
Membrany do dokładnej filtracji i mikrofiltracji można również ułożyć w struktury plisowane, tworząc filtry plisowane. Opierają się one na plisowanej strukturze w celu zwiększenia powierzchni objętościowej i wykorzystują samą membranę do tworzenia wsparcia przeciwciśnienia i kanałów przewodzenia wody. Jednak wymiana plisowanych membran zwiększa koszt materiałów konstrukcyjnych.
Zarówno membrany płytowe, jak i plisowane charakteryzują się pełnym-przepływem. Do ich powszechnych wad zalicza się niemożność ciągłej produkcji na dużą skalę oraz brak możliwości czyszczenia. Ze względu na proste wyposażenie i wygodną obsługę są one najczęściej stosowane w środowiskach uzdatniania wody procesowej na małą-skalę i o niskim{4}}zanieczyszczeniu.
Membrany rurowe mogą być membranami mikrofiltracyjnymi, ultrafiltracyjnymi, nanofiltracyjnymi, a nawet membranami odwróconej osmozy, pracującymi pod ciśnieniem wewnętrznym i o średnicy wewnętrznej 10–15 mm. Membrany rurowe nie podlegają płukaniu wstecznemu, mają małą powierzchnię objętościową, wysoki koszt sprzętu i niską wydajność sprzętu; można je jednak dokładnie-myć do przodu, dzięki czemu nadają się do uzdatniania cieczy o wysokiej-lepkości i dużym-mętności, a dzięki doskonałej strukturze membrany nadają się do specjalnego zagęszczania surowca i oczyszczania ścieków przemysłowych.
Puste membrany filtracyjne mogą służyć do mikrofiltracji, ultrafiltracji, nanofiltracji lub odwróconej osmozy, o średnicach wewnętrznych w zakresie od 25 do 1200 μm i średnicach zewnętrznych od 50 do 2000 μm.
Puste membrany filtracyjne można podzielić na typy ciśnieniowe wewnętrzne i zewnętrzne, zgodnie z kierunkiem ciśnienia. Wewnętrzne membrany ciśnieniowe mają mniejszą powierzchnię objętościową i mniejszą zdolność zatrzymywania-zanieczyszczeń, są łatwe do płukania hydraulicznego i mają wysokie wymagania dotyczące jakości wody zasilającej. Mogą działać w trybie-przepływu krzyżowego lub pełnego-przepływu. Zewnętrzne membrany ciśnieniowe mają większą powierzchnię objętościową i większą zdolność zatrzymywania-zanieczyszczeń, nie są łatwe do płukania hydraulicznego, mają niższe wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i przeważnie działają w trybie pełnego-przepływu, co utrudnia utworzenie-przepływu krzyżowego.
Puste membrany filtracyjne mogą mieć wyjątkowo duże obszary objętościowe, nieporównywalne z innymi strukturami membran i charakteryzują się doskonałą wydajnością płukania do przodu i do tyłu.
Ze względu na ograniczoną wytrzymałość mechaniczną pustych włókien membranowych, głównym problemem jest pękanie włókien, a szybkość pękania włókien w określonym okresie eksploatacji staje się ważnym wskaźnikiem żywotności membrany.
Struktury membran-zwijanych są stosowane głównie w membranach do nanofiltracji i odwróconej osmozy, a w ostatnich latach pojawiły się także membrany spiralne-do ultrafiltracji. Struktura ta ma umiarkowaną powierzchnię objętościową i zalety, takie jak wysoka odporność na ciśnienie robocze, niskie wymagania dotyczące jakości wody zasilającej, duża zdolność do zamulania, łatwy-przepływ krzyżowy i możliwość płukania do przodu.
Przekrój-kanału przepływu wody zasilającej w spiralnej-membranie można uznać za prosty kanał o jednakowej wysokości. Struktura ta pozwala na miejscowe zarastanie i ma wysoką zdolność zarastania; jednakże nie jest łatwo osiągnąć dobre efekty spłukiwania w każdym obszarze, co powoduje, że jest on podatny na miejscowe zarastanie.
Co więcej, spiralnych-membran kompozytowych nie można płukać wstecznie, co powoduje słabe efekty czyszczenia. Pogorszenie wydajności spowodowane zabrudzeniem membrany jest głównym problemem w przypadku struktur spiralnych-, a stopień pogorszenia wydajności w określonym okresie eksploatacji staje się ważnym wskaźnikiem żywotności membrany.