Membran teknolojisi, geçtiğimiz yıllar boyunca saygın bir arıtım teknolojisi haline gelmiştir. Membran teknolojisinin avantajı, kimyasal ilavesi olmadan, nispeten düşük enerji kullanımı ve kolay ve iyi düzenlenmiş proses iletimleriyle çalışmasıdır.
Membran çok ince deliklere veya gözeneklere sahip, sentetik plastik malzemeden bir tabakadır. Farklı tipteki su arıtma membranlarında gözeneklerin büyüklüğü farklıdır. Suyu arıtmak için kullanılan membran türleri, mikro gözenekli membranlar MF, Ultra filtrasyon membranları UF, Nano filtrasyon membranları NF ve Ters Osmoz RO membranları olarak sınıflandırılır.
Prensip oldukça basittir: membran, askıda katı madde ve diğer maddeleri yakalarken suyun akmasına izin verecek çok özel bir filtre görevi görür. Membran filtrasyonu flokülasyon, tortu arıtma teknikleri, adsorpsiyon (kum filtreleri ve aktif karbon filtreleri, iyon değiştiriciler), ekstraksiyon ve damıtma için bir alternatif olarak kullanılabilir.
Membranlar su için en iyi filtrasyon ortamıdır. Reverse Osmosis su arıtma cihazlarında kullanılan membran tipleri, en küçük gözeneklere sahiptir ve gözenekleri o kadar küçüktür ki neredeyse bir su molekülünün boyutundan biraz daha büyüktür ve böylece saf su moleküllerinin kolayca geçmesine izin verir, ancak daha büyük tuz moleküllerinin ve organik kimyasalların geçişini durdurur.
RO membranının gözenek büyüklüğü 0.0005 mikron olup, 0.0007 mikron olan Sodyum Klorür molekülünün boyutundan daha küçüktür ve içinden geçmesine izin vermez. Mikroplar, virüsler ve RO gözeneklerinden çok daha büyük olan organik moleküller de RO membranından geçemez. Sudan daha küçük moleküller genellikle sağlığa zararlı değildir. RO çıkış suyu kalitesi neredeyse saftır ve iletkenliği çok düşüktür.
Membran filtrasyon işleminin etkinliğini belirleyen iki faktör vardır; seçicilik ve üretkenlik. Seçicilik, tutma veya ayırma faktörü (l / m2 · h birimi ile ifade edilir) olarak adlandırılan bir parametre olarak ifade edilir. Verimlilik, akı adı verilen bir parametre olarak ifade edilir (l / m2 · s birimi tarafından ifade edilir).
Belli bir membran sistemi seçimi, maliyetler, membranların tıkanma riskleri, paketleme yoğunluğu ve temizleme olanakları gibi birçok yönden belirlenir. Membranlar asla tek bir düz plaka olarak tasarlanmaz, çünkü bu büyük yüzey genellikle yüksek yatırım maliyetleri ile sonuçlanır. Bu nedenle, sistemlerin mümkün olan en küçük hacme yerleştirilmesi için yoğun bir şekilde çalışılır. Membranlar çeşitli modül tiplerinde uygulanır. Membranlar düz plaka, içi boşluklu fiber, tübüler ve çoklu delik olmak üzere yaygın olarak dört farklı şekilde üretilmekte ve kullanılmaktadırlar.
Düz plaka membranlar, levha şeklindedirler. Membranların bir yüzeyi aktif ayırma gerçekleştiren tabaka olup, diğer yüzeyinden membrandan süzülen su alınmaktadır. Düz plaka membranlar genellikle destek malzemesi üzerine polimer kaplanmasıyla üretilmektedir. Böylece, membranın mekanik mukavemeti dokuma olmayan kumaş ile sağlanırken, ayırma özelliği polimer tabaka ile gerçekleşmektedir.
İçi boşluklu fiber membranlar, silindir şeklinde olup ya içten dışa ya da dıştan içe çalışabilmektedir. Yani ayırma işleminin gerçekleştiği tabaka iç yüzeyde veya dış yüzeyde olabilecek şekilde üretilebilir.
Askıda katı madde konsantrasyonunun yüksek olduğu proseslerde aktif tabakanın dışta olduğu membranlar, yani dıştan içe çalışan içi boşluklu membranlar tercih edilmektedir. Ayrıca bu membranlar mekanik dayanımlarının artması amacıyla içi boş örgü ip üzerine polimer kaplanması yöntemiyle de üretilmektedirler. Bu tür membranlar güçlendirilmiş içi boşluklu fiber membran olarak adlandırılmaktadırlar.
Tübüler membranlar, silindirik şekilde olup çapları biraz daha geniştir. Özellikle yüksek askıda katı madde içeren sularda tercih edilmektedirler. Tübüler membranlar silindirik dokuma olmayan kumaşın iç yüzeylerinin polimer kaplanması ile üretilirler. Aktif tabakanın iç yüzeyde bulunduğu bu membranlar içten dışa çalışmaktadır.
Çok delikli olarak adlandırılan membranlar, yapısında birden çok su akış kanalı içeren membranlar olarak tanımlanırlar. İçten dışa prensibi ile çalışmaktadırlar. Bu membranlar polimerik veya seramik olabilir. Fakat genellikle seramik membranlar bu tipte üretilmektedir.
Membran filtrasyon işlemleri sırasında, yeterli bir ön işlemle bile membranın tıkanması kaçınılmazdır. Kirlenme türleri ve miktarları, besleme suyu kalitesi, membran tipi, membran malzemeleri, proses tasarımı ve kontrolü gibi birçok farklı faktöre bağlıdır.
Bu kirletici maddeler, membranların kapasitesini garanti altına almak için daha yüksek bir iş yükünün gerekli olmasına neden olur.
Membran kirlenmesinin giderilmesi için çok sayıda temizleme tekniği vardır. Bu teknikler ileri yıkama, geri yıkama, hava temizleme, kimyasal temizleme veya bu yöntemlerin bir kombinasyonudur.