Le membrane utilizzate nei sistemi VSEP sono costituite da vari polimeri come poliethersulfone, poliamides e altri compositi a pellicola sottile. Più di 200 diversi tipi di membrane sono regolarmente impiegati nei sistemi VSEP.
Nuovi produttori di membrane sono regolarmente in arrivo in tutto il mondo, e una serie di interessanti progressi tecnologici sono stati fatti negli ultimi anni (California è considerata da molti come l’epicentro della nuova onda tecnologia membrana). Molti di questi progressi hanno lo scopo di aumentare le capacità di separazione delle membrane in ambienti difficili di installazione idrica e acque reflue. Ad esempio, ci sono membrane nanofiltrationi che escono che possono sopportare temperature estreme e intervalli di pH. Le membrane sono disponibili in una varietà di dimensioni e configurazioni. Nei sistemi VSEP, le membrane sono apposte su un vassoio di acciaio e impilate in un array, proprio come una configurazione tradizionale piastra e telaio. Per ulteriori informazioni sulla configurazione del pacchetto di filtri VSEP, vedere la pagina dei componenti di sistema VSEP.
Essenzialmente, le membrane permettono ad alcune cose di passare mentre rifiutano il resto. Pertanto, qualsiasi flusso di alimentazione inviato a un sistema di membrana come un VSEP sarà diviso in due. Questi due flussi sono chiamati permea e concentrato (questi sono a volte indicati rispettivamente come acqua del prodotto e retentate).
La parte del flusso che può passare attraverso la membrana è chiamata permea. Il permeato è l'”acqua pulita”. La parte del flusso che viene rifiutata dalla membrana è chiamata concentrato. In un contesto di recupero o concentrazione del prodotto, il concentrato è il materiale desiderabile; in un’applicazione di chiarificazione delle acque reflue o del prodotto, il concentrato rappresenta un liquame concentrato di contaminanti indesiderati.
Esistono quattro categorie di base di membrane, e sono caratterizzati come segue:
Microfiltrazione (0,1 – 2,0)
I microfiltri utilizzati nei sistemi VSEP sono quasi esclusivamente PTFE (Teflon®). Microfiltri o membrane MF sono utilizzati per rimuovere piccoli solidi sospesi, grande materiale colloidale, alcune emulsioni, e la maggior parte dei batteri. Le membrane MF non trattengono i solidi disciolti.
Le membrane MF sono particolarmente utili per disidratare i fanghi come il biossido di titanio e il carbonato di calcio. Inizialmente, le applicazioni di microfiltrazione erano al centro della maggior parte delle applicazioni VSEP. Le membrane Teflon MF sono le più robuste di tutti i tipi di membrana; possono resistere a temperature di 130 gradi centigradi e, essendo chimicamente inerti, possono gestire livelli di pH contigui di 0-14. Le pressioni di funzionamento della membrana MF sono di solito tra 30 e 100 psi (da 2 a 7 dollari).
Ultrafiltrazione (0,008 – 0,1)
Ultrafiltrazione o membrane UF sono utilizzati in una varietà di applicazioni VSEP in cui l’obiettivo è quello di trattenere 100 dei solidi sospesi. Le membrane UF rimuoveranno grandi organici (oltre 1.000 MW) come proteine, pirogeni, batteri e colloidi. Le membrane UF possono essere utilizzate nei VSEP per rompere le emulsioni senza l’uso di sostanze chimiche.
L’ultrafiltrazione può anche essere utilizzata come trattamento primario in cui un’acqua di reflue particolarmente sporca viene riciclata utilizzando un sistema di membrana a osmosi inversa secondario. Le membrane UF comunemente impiegate nei sistemi VSEP includono poliethersulfone, PVDF (Kynar®) e cullulose rigenerate.
Le membrane UF sono robuste esecutori e sono disponibili in una vasta gamma di costruzioni. A seconda della configurazione e dell’applicazione, le membrane UF operano tra i 30 e i 250 psi (da 2 a 14 dollari). La temperatura massima delle membrane UF limita in media i circa 90 gradi centigradi e le loro tolleranze al pH variano da 1 a 14.
Nanofiltrazione (0,001 – 0,01)
Nanofiltrazione o NF è il nuovo tipo di membrana. Le membrane NF sono essenzialmente membrane a osmosi inversa “sciolte”. Queste membrane semipermeabili sono costruite con materiali come solfone solfato, poliamides e altri compositi a pellicola sottile.
Le membrane NF possono essere utilizzate per rimuovere l’organico e molti materiali disciolti come la durezza. Le membrane NF sono spesso utilizzate nel trattamento delle acque reflue per rimuovere la BOD. NF può anche essere utilizzato come pretrattamento di un RO VSEP o di un sistema RO a spirale; il permeato da una membrana di nanofiltrazione è un’acqua “morbida”.
Le membrane NF operano a pressioni da 200 a 600 psi (da 14 a 41 bar) e possono sopportare una gamma di pH da 1 a 14 (anche se molte sono limitate a un intervallo di 2-11).
Osmosis inversa (30 daltons – 0.001µ)
L’osmosi inversa o RO è il “più stretto” di tutti i tipi di membrana. Questo è il tipo di membrana utilizzata nella desalinizzazione dell’acqua di mare. Le membrane RO sono progettate per trattenere il cloruro di sodio (NaCl) e sono valutate dalla loro capacità di farlo. Ad esempio, le membrane di desalinizzazione dell’acqua di mare sono tipicamente classificate per rifiutare 99,5 NaCl.
Nei sistemi VSEP, le membrane RO vengono spesso utilizzate per rimuovere organici, olioli traccia e metalli traccia in un’unica operazione unitaria. Le membrane RO sono state molto diffastate nel contesto industriale a causa del loro alto potenziale di incrostazione. La vibrazione di VSEP mitiga questo rischio, aprendo così la porta a un’enorme varietà di applicazioni in cui è desiderata la rimozione di contaminanti a basso peso molecolare da un flusso di acque reflue.
Mentre le prime membrane di osmosi inversa erano fatte di acetato di cellulosa, le membrane RO di oggi sono tipicamente costruite con compositi di pellicola sottile proprietari. Queste membrane funzionano da 300 a 1.000 psi (da 21 a 69 bar) e possono tollerare una gamma di pH di 2-12.