أنواع الغشاء الرئيسية في معالجة مياه الصرف الصحي ونظرة عامة متعددة الأبعاد

يعتمد معالجة غشاء مياه الصرف الصحي على خصائص الفصل الانتقائية للأغشية لإزالة الملوثات. يختلف تصنيف أنواع الغشاء بناءً على التركيب الكيميائي ، وآليات الفصل ، والهندسة ، والوظائف المتخصصة.

1. بالتكوين الكيميائي

1.1 الأغشية العضوية

• PVDF (الفلوريد البوليفينيليدين) أغشية : القوة الميكانيكية العالية والمقاومة الكيميائية ، تستخدم على نطاق واسع في الترشيح الميكروفيني (MF) والترشيح الفائق (UF) ، وخاصة في التفاعلات الحيوية للأغشية (MBR) للمياه الصرف الزيتية أو عالية العضوية.
• PTFE (polytetrafluoroethylene) أغشية : مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة (حتى 260 درجة مئوية) ودرجة الحموضة المتطرفة ، مثالية لمياه الصرف الصناعية (على سبيل المثال ، الأدوية ، المواد الكيميائية) مع الزيوت المستحلب والغرويات.
• أغشية البوليمر الأخرى : البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) فعالة من حيث التكلفة لعلاج MF قبل المعالجة ولكن لها قوة ميكانيكية أقل.

1.2 الأغشية غير العضوية

• أغشية السيراميك : مصنوعة من الألومينا أو الزركونيا ، تحمل درجات حرارة عالية (> 500 درجة مئوية) والتآكل الميكروبي ، مناسبة لمياه الصرف الصحي العالية أو في درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال ، النسيج ، الصناعات الغذائية).
• الأغشية المعدنية : أغشية سبيكة التيتانيوم تتسامح مع الضغط العالي ودرجة الحموضة المتطرفة ، وتستخدم في معالجة مياه البحر أو معالجة مياه الصرف الصحي المعدنية الثقيلة.

2. من خلال آلية الانفصال

2.1 أغشية مسامية

• الترشيح الدقيق (MF) : حجم المسام 0.1-10 ميكرون ، يزيل المواد الصلبة المعلقة ، والبكتيريا ، والروليات الكبيرة (على سبيل المثال ، معالجة مياه الصرف الصحي البلدية).
• الترشيح الفائق (UF) : حجم المسام 0.01-0.1 ميكرون ، يحتفظ البروتينات والفيروسات والجزيئات الكبيرة (على سبيل المثال ، إعادة تدوير مياه الصرف الصناعية).
• الترشيح النانوي (NF) : حجم المسام 1-2 نانومتر ، يزيل بشكل انتقائي أيونات ثنائية الثنائي (Ca²⁺ ، So₄²⁻) والجزيئات العضوية (200-1000 DA) ، وتستخدم في تحلية الصبغة وتليين الماء.

2.2 الأغشية غير المسامية

• التناضح العكسي (RO) : الأغشية الكثيفة تحت الضغط العالي ، تزيل الأملاح المذابة (> الرفض 95 ٪) ، والمعادن الثقيلة ، والعضوية الصغيرة ، والضرورية لتحلية المياه البحرية ومياه الصرف الصحي عالية.
• كيلداليس (ED/EDR) : أغشية التبادل الأيوني تفصل الأملاح عن طريق الحقول الكهربائية ، مناسبة لتركيز محلول ملحي واستعادة الحمض/القلوية.

2.3 الأغشية السائلة

• الأغشية السائلة المدعومة (SLM) : استخدام جزيئات الناقل (على سبيل المثال ، إيثرات التاج) للنقل الأيوني الانتقائي ، المطبقة في استعادة مياه الصرف الصحي المعدنية أو المشعة النادرة.

3. بالتكوين الهندسي

3.1 أغشية ورقة مسطحة

• بنية بسيطة ، سهلة التنظيف/استبدالها ، تستخدم في أنظمة MBR والمعالجة اللامركزية الصغيرة ، ولكن كثافة التعبئة المنخفضة.

3.2 الأغشية الأنبوبية

• تقلل قنوات التدفق الواسع من الانسداد ، وهي مثالية لمياه الصرف الصحي ذات الصلبة العالية (على سبيل المثال ، النفايات الورقية) ، ولكنها كثيفة الطاقة.

3.3 أغشية الألياف المجوفة

• كثافة التعبئة العالية (تصل إلى 8000 متر مربع/متر مكعب) ، شائعة في أنظمة UF/RO ، ولكنها حساسة لتغذية التعكر.

4. الأغشية المتخصصة والأنظمة الهجينة

4.1 التفاعلات الحيوية للأغشية (MBR)

• دمج المعالجة البيولوجية مع فصل الغشاء ، وإنتاج مياه قابلة لإعادة الاستخدام (على سبيل المثال ، مياه الصرف الصحي البلدية أو الماشية) ، على الرغم من أن تلوث الغشاء يتطلب التنظيف الكيميائي المنتظم.

4.2 عمليات الغشاء المزدوج

• UF/MF RO : يزيل 99 ٪ من الملوثات المذاب للمياه الفائقة (الإلكترونيات) أو علاج مرآب المكب.
• NF RO : يقلل من غشاء RO في مياه الصرف الصحي العالي عن طريق العلاج المرحلي.

4.3 الأغشية الوظيفية

• أغشية التحفيز الضوئي : الأغشية المغلفة Tio₂ تحلل العضوية تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من القاذورات.
• أغشية مضادة : التعديلات المحبة للماء (على سبيل المثال ، تطعيم الكحول البولي فينيل) أو مركبات المواد النانوية (على سبيل المثال ، أكسيد الجرافين) تقلل من التصاق البروتين/الغروي.

5. سيناريوهات التطبيق وإرشادات الاختيار

6. الاتجاهات المستقبلية

• الابتكار المادي : الأغشية العضوية العضوية الهجينة وأغشية البوليمر الحيوي القابلة للتحلل.
• العملية الذكية : مراقبة في الوقت الفعلي القائم على إنترنت الأشياء لضغط التدفق وضغط الغشاء لتحسين دورات التنظيف.
• استرداد الموارد : التكامل مع تقطير الغشاء (MD) أو التناضح الأمامي (FO) لتصريف سائل صفري (ZLD) واستخراج الموارد.

ملخص

تقنيات غشاء مياه الصرف الصحي (MF ، UF ، NF ، RO ، MBR ، إلخ) تلبي احتياجات الفصل المتنوعة بناءً على جودة المياه ، وأهداف المعالجة ، والتكلفة. ستركز التطورات المستقبلية على المواد ذات المتانة المعززة ، والأنظمة الذكية ، واستعادة الموارد لتحقيق حلول مستدامة وفعالة في الطاقة .