Membran ayırma teknolojisi, ölçüm yöntemine bağlı olarak farklı şekillerde sınıflandırılabilir.
(1) Ekstraktanta göre sınıflandırma
Ayrıştırılacak farklı ürünlere bağlı olarak membran ayırma işlemleri dört kategoriye ayrılabilir: saflaştırma, konsantrasyon, ayırma ve ekstraksiyon. Su arıtımında, süzüntünün ürün olduğu membran ayırma işlemlerine saflaştırma adı verilir; tutulan kısmın ürün olduğu durumlara konsantrasyon denir; hem nüfuz eden hem de tutulan maddenin ürün olduğu durumlara ayırma adı verilir; ve iki kesim kesimi arasındaki maddeleri elde etmek için iki farklı tutulan kesim kesimine sahip membran ayırma işlemlerinin bir kombinasyonunu kullananlara ekstraksiyon adı verilir.
(2) Membran Malzemesine Göre Sınıflandırma
Membran malzemesine bağlı olarak yarı geçirgen membranlar organik ve inorganik membranlara ayrılabilir. Organik membran malzemeleri esas olarak polisülfon, polipropilen, poliakrilonitril, poliviniliden florür, polietersülfon, selüloz asetat, sülfonatlı polisülfon ve aromatik poliamid gibi çeşitli polimer malzemeleri içerir;
İnorganik membran malzemeleri ayrıca metaller ve metal oksitler gibi metal- bazlı inorganik membranlar ve seramik ve cam gibi silikat- bazlı inorganik membranlar olarak ikiye ayrılır.
Organik membranların hazırlanması kolaydır, yüksek membran elemanı hacim oranlarına sahiptir, ucuzdur ve düşük basınçlarda çalışır, ancak zayıf kimyasal stabiliteye, sıcaklık direncine, mekanik dayanıklılığa ve temizleme direncine sahiptir; inorganik zarlar ise bunun tersidir.
Hem organik hem de inorganik membran teknolojileri, kendi avantajlarına göre performanslarını sürekli olarak geliştirmekte ve birbirlerinin güçlü yönlerini aşmaya çalışmaktadır. Günümüzde ters ozmoz membran malzemeleri arasında sadece aromatik poliamitler endüstriyel üretim ölçeğine ulaşmış olup, ultrafiltrasyon membran malzemeleri oldukça geniş bir çeşitliliğe sahiptir.
(3) Ayırma Hassasiyetine Göre Sınıflandırma
Farklı ayırma hassasiyetlerine dayanarak, su arıtma membran ayırma işlemleri ince filtrasyon, mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon, elektrodiyaliz, ters ozmoz, reçine yatağı elektrodiyalizi (EDI veya elektrodeiyonizasyon olarak da bilinir) ve membran damıtma olarak sınıflandırılabilir. Mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters ozmozun tamamı membran boyunca basınç farkı tarafından yönlendirilirken, elektrodiyaliz ve reçine yatağı elektrodiyalizi potansiyel fark tarafından yönlendirilir. Mikrofiltrasyon membranlarının moleküler ağırlık sınırı 0,1–1,0 μm ve çalışma basıncı 0,1–0,2 MPa'dır; ultrafiltrasyon membranlarının moleküler ağırlık sınırı 5000–200000 Da ve çalışma basıncı 0,1–0,3 MPa'dır; nanofiltrasyon membranları %0-95 tuzdan arındırma oranına ve 0,3-0,6 MPa çalışma basıncına sahiptir; ters ozmoz membranları %95,0-%99,9 tuzdan arındırma oranına, yaklaşık 1 mg/L minimum süzüntü tuzluluğuna ve 0,7-7,0 MPa çalışma basıncına sahiptir.
Elektrodiyaliz, membrana nüfuz etmeyen tuzdan arındırılmış su üretir. Minimum süzüntü tuzluluğu ters ozmozdakine yakındır ve çalışma basıncı 0,1-0,2 MPa'dır. Tuzdan arındırma oranı, akış yolu uzunluğuna ve çalışma akımı yoğunluğuna bağlı olarak %0-98 aralığında ayarlanabilmektedir.
Elektrodiyalizin tuzdan arındırılmış su akış yolunun anyon ve katyon değişim reçineleri ile doldurulması, reçine yataklı bir elektrodiyaliz sistemi oluşturur. Giriş tuzluluğu 2–5 mg/L aralığında olduğunda, reçine yatağı elektrodiyalizinin süzüntü iletkenliği 10–15 MΩ seviyesinde tutulabilir.
(4) Membran Yapısına Göre Sınıflandırma
Gözenekli ve gözeneksiz-zar yapıları arasındaki farka dayanarak, ayırma zarları gözenekli zarlar ve yoğun zarlar olarak ikiye ayrılabilir. Gözenekli membranlarda çok sayıda geçirgen gözenek bulunurken, yoğun membranlarda geçirgen gözenekler yoktur.
Membran yapısının tekdüzeliğine bağlı olarak, gözenekli membranlar ve yoğun membranların her biri ayrıca homojen membranlar ve heterojen membranlara bölünebilir. Homojen bir zarın zar yapısı, zar yüzeyinin dikey yönünde tek biçimli iken, heterojen bir zarın zar yapısı, zar yüzeyinin dikey yönünde tekdüze değildir.
Mikrofiltrasyon membranları gözenekli heterojen membranlardır. Gözenek boyutu, membrana nüfuz ederken düzensiz olarak değişir ve tutma verimliliği esas olarak ortalama gözenek boyutu ve gözeneklilik tarafından belirlenir.
Ultrafiltrasyon membranları gözenekli, heterojen membranlardır. Membranın besleme suyu tarafı yoğun bir katmana sahiptir, bu da besleme suyu tarafında daha küçük gözenek boyutlarına ve arıtılmış su tarafında daha büyük gözenek boyutlarına neden olarak su geçirgenliğini kolaylaştırır. Tipik bir yoğun homojen membran, elektrodiyalizde kullanılan, sınırlı su geçirgenliğine sahip ancak pozitif veya negatif iyonlar için son derece yüksek geçirgenliğe sahip bir iyon değişim membranıdır.
Aromatik poliamid ters ozmoz kompozit membranları tipik heterojen yoğun membranlardır. Bu membran, aynı anda hem yüksek geçirgenlik hem de yüksek geçirgenlik oranı elde eden, yüksek-hız geçirgenliğine sahip son derece ince bir kompozit katmanla lamine edilmiş, daha kalın, yüksek-hızlı, gözenekli bir destek zarından oluşur.
Yoğun homojen membranlar her yönde tekdüze bir yapıya sahip olup yüksek geçirgenlik oranlarına sahiptirler ancak geçirgenliklerinin düşük olması nedeniyle genellikle bağımsız olarak oluşmazlar ve çoğu zaman kompozit membranların yoğun tabakasıdırlar.
(5) Eleman Yapısına Göre Sınıflandırma
Bir membran elemanı, tabaka benzeri veya ipliksi membranların karşılık gelen yapısal bileşenlerle birleştirilmesiyle oluşturulan bir membran çalışma ünitesidir. Membran elemanları yapısal farklılıklara göre plaka, kıvrımlı, boru, içi boş ve spiral sarımlı gibi farklı yapısal formlarda sınıflandırılabilir.
Çeşitli membran yapılarının hacimsel alan, akış düzeni, basınç desteği ve temizleme koşulları açısından kendi avantaj ve dezavantajları vardır.
İnce filtrasyon, mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon membranları, plaka ve çerçeve filtrelerde kullanılmak üzere plaka yapılarında düzenlenebilir. Plaka ve çerçeve filtreleri küçük bir hacimsel alana sahip olmasına ve sık sık membran malzemesi değişimi gerektirmesine ve yalnızca aralıklı çalışmaya izin vermesine rağmen, membran desteği ve su iletimi için yapısal malzemeler tek kullanımlık değildir, bu da membranların değiştirilmesi sırasında en düşük malzeme maliyetinin elde edilmesini sağlar.
İnce filtrasyon ve mikrofiltrasyon membranları da kıvrımlı filtreler oluşturacak şekilde kıvrımlı yapılarda düzenlenebilir. Bunlar hacimsel alanı artırmak için kıvrımlı yapıya dayanır ve geri basınç desteği ve su iletim kanalları oluşturmak için membranın kendisini kullanır. Ancak kıvrımlı membranların değiştirilmesi yapısal malzemelerin maliyetini arttırır.
Hem plaka hem de kıvrımlı membranlar tam-akışlı çalışmanın özelliğini paylaşır. Büyük ölçekte sürekli olarak üretilememesi ve temizlenememesi ortak dezavantajlarıdır. Basit ekipmanları ve rahat çalışmaları nedeniyle çoğunlukla küçük-ölçekli, düşük-kirliliğe sahip proses terminali su arıtma ortamlarında kullanılırlar.
Boru şeklindeki membranlar, 10-15 mm iç çapa sahip iç basınç altında çalışan mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve hatta ters ozmoz membranları olabilir. Boru şeklindeki membranlar geri yıkanamaz, hacimsel alanı küçüktür, ekipman maliyeti yüksektir ve ekipman verimliliği düşüktür; ancak tamamen ileri-yıkanabilirler; bu da onları yüksek-viskoziteli, yüksek-bulanıklıktaki sıvıların arıtılması için uygun hale getirir ve özel yem konsantrasyonu ve endüstriyel atık su arıtımı için mükemmel bir membran yapısı sağlar.
İçi boş filtrasyon membranları, iç çapları 25 ila 1200 μm ve dış çapları 50 ila 2000 μm arasında değişen mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon veya ters ozmoz olabilir.
İçi boş filtrasyon membranları, basınç yönüne göre iç basınç ve dış basınç tipleri olarak sınıflandırılabilir. İç basınç membranları daha küçük hacimsel alana ve daha düşük kir tutma kapasitesine sahiptir-, hidrolik olarak temizlenmesi kolaydır ve besleme suyu kalitesi açısından yüksek gereksinimlere sahiptir. Çapraz-akış veya tam-akış modlarında çalışabilirler. Dış basınç membranları daha geniş hacimsel alana ve daha yüksek kir tutma kapasitesine sahiptir, hidrolik olarak temizlenmesi kolay değildir, besleme suyu kalitesine yönelik gereksinimler daha düşüktür ve çoğunlukla tam-akış modunda çalışarak çapraz-akış oluşturmayı zorlaştırır.
İçi boş filtrasyon membranları, diğer membran yapılarıyla karşılaştırılamayacak kadar yüksek hacimsel alanlara sahip olabilir ve mükemmel ileri ve geri yıkama performansına sahip olabilir.
İçi boş membran fiberlerin sınırlı mekanik mukavemeti nedeniyle fiber kırılması büyük bir sorundur ve belirli bir çalışma süresi içindeki fiber kırılma oranı, membran ömrünün önemli bir göstergesi haline gelir.
Roll{0}}up membran yapıları çoğunlukla nanofiltrasyon ve ters ozmoz membranları için kullanılır ve son yıllarda spiral-up ultrafiltrasyon membranları da ortaya çıkmıştır. Bu yapı orta hacimli bir alana sahiptir ve yüksek çalışma basıncı direnci, düşük besleme suyu kalitesi gereksinimleri, büyük kirlenme kapasitesi, kolay çapraz akış ve ileri yıkama yapabilme yeteneği gibi avantajlara sahiptir.
Spiral-yukarı membrandaki besleme suyu akış kanalının-enine kesiti, eşit yükseklikte düz bir kanal olarak düşünülebilir. Bu yapı, lokal kirlenmeye izin verir ve yüksek kirlenme kapasitesine sahiptir; ancak her alanda iyi yıkama etkileri elde etmek kolay değildir, bu da bölgeyi lokal kirlenmeye yatkın hale getirir.
Ayrıca, spiral-yukarı kompozit membranlar geri yıkanamaz, bu da zayıf temizleme etkisine neden olur. Membran kirlenmesinden kaynaklanan performans düşüşü, sarmal yapılar için büyük bir sorundur ve belirli bir çalışma dönemi içindeki performans düşüşünün derecesi, membran ömrünün önemli bir göstergesi haline gelir.