การกรองระดับไมโครจะกำจัดอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.08–2  μm และทำงานในช่วง 7–100  kPa ^{[ 5 ]}การกรองระดับไมโครใช้เพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอย (SS) ที่เหลืออยู่ เพื่อกำจัดแบคทีเรียเพื่อปรับสภาพน้ำให้เหมาะสมสำหรับการฆ่าเชื้ออย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นขั้นตอนการบำบัดเบื้องต้นสำหรับรีเวิร์สออสโมซิส^{[ 6 ]}

นวัตกรรมที่ค่อนข้างใหม่คือเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเมมเบรน (MBR) ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างการกรองระดับไมโครและเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสำหรับการบำบัดทางชีวภาพ

อัลตราฟิลเตรชันกำจัดอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.005–2  μm และทำงานในช่วง 70–700  kPa ^{[ 5 ]}อัลตราฟิลเตรชันใช้สำหรับการใช้งานหลายอย่างเช่นเดียวกับไมโครฟิลเตรชัน เมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันบางชนิดยังใช้ในการกำจัดสารประกอบที่ละลายน้ำที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เช่น โปรตีนและคาร์โบไฮเดรต นอกจากนี้ยังสามารถกำจัดไวรัสและเอนโดท็อกซินบางชนิดได้

การกรองระดับนาโน หรือที่รู้จักกันในชื่อ RO แบบ "หลวม" สามารถกรองอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 0.002  ไมโครเมตรได้ การกรองระดับนาโนใช้สำหรับการกำจัดสารละลายบางชนิดออกจากน้ำเสีย โดยหลักแล้ว NF ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้เป็นกระบวนการปรับสภาพน้ำด้วยเยื่อกรอง ซึ่งเป็นทางเลือกแทนการปรับสภาพน้ำด้วยสารเคมี

ในทำนองเดียวกัน นาโนฟิลเทรชันสามารถใช้เป็นการบำบัดเบื้องต้นก่อนรีเวิร์สออสโมซิสแบบกำหนดทิศทางได้ วัตถุประสงค์หลักของการบำบัดเบื้องต้นด้วย NF คือ: ^{[ 7 ]} (1) ลดการเกิดคราบอนุภาคและจุลินทรีย์บนเยื่อ RO โดยการกำจัดความขุ่นและแบคทีเรีย (2) ป้องกันการเกิดตะกรันโดยการกำจัดไอออนความกระด้าง (3) ลดแรงดันใช้งานของกระบวนการ RO โดยการลดความเข้มข้น ของของแข็งที่ละลายทั้งหมด (TDS) ในน้ำป้อน

รีเวิร์สออสโมซิส (RO) นิยมใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำนอกจากนี้ RO ยังนิยมใช้ในการกำจัดส่วนประกอบที่ละลายอยู่ในน้ำเสียที่เหลืออยู่หลังจากการบำบัดขั้นสูงด้วยไมโครฟิลเทรชัน RO จะแยกไอออนออก แต่ต้องใช้แรงดันสูงในการผลิตน้ำปราศจากไอออน (850–7000 kPa) RO เป็นเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากใช้งานง่ายและมีต้นทุนพลังงานค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับการกลั่น ซึ่งใช้เทคโนโลยีที่อิงกับกระบวนการทางความร้อน โปรดทราบว่าเยื่อ RO จะกำจัดส่วนประกอบของน้ำที่ระดับไอออน ในการทำเช่นนั้น ระบบ RO ส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้คอมโพสิตฟิล์มบาง (TFC) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามชั้น ได้แก่ ชั้น โพลีอะไมด์ชั้นโพลีซัลโฟน และชั้นโพลีเอสเตอร์^{[ 8 ]}

เมมเบรนประเภทใหม่ที่กำลังเกิดขึ้นอาศัยช่องทางโครงสร้างระดับนาโนเพื่อแยกวัสดุใน ระดับ โมเลกุลซึ่งรวมถึงเมมเบรนคาร์บอนนาโนทิวบ์ เมมเบร นกราฟีน เมมเบรนที่ทำจากพอลิเมอร์ที่มีรูพรุนขนาดเล็กโดยธรรมชาติ (PIMS) และเมมเบรนที่รวมเอาโครงสร้างโลหะอินทรีย์ (MOFs) เข้าไปด้วย ^{[ 9 ]}เมมเบรนเหล่านี้สามารถใช้สำหรับการแยกตามขนาด เช่น นาโนฟิลเตรชันและรีเวิร์สออสโมซิส แต่ยังใช้สำหรับการแยกตามการดูดซับ เช่น การแยกโอเลฟินออกจากพาราฟิน และการแยกแอลกอฮอล์ออกจากน้ำ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วต้องใช้ การกลั่น ที่ มีราคาแพงและใช้พลังงานสูง

อัตราการไหลรวมของสารละลายที่ผ่านระบบเมมเบรนคำนวณได้จากสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle Q_{p}=F_{w}\cdot A}$

โดยที่ Qp คืออัตราการไหลของสารละลายที่ผ่านเยื่อ [kg·s ⁻¹ ], F คืออัตราการไหลของน้ำ [kg·m ⁻² ·s ⁻¹ ] และ A คือพื้นที่ของเยื่อ [m ² ]

ค่าการซึมผ่าน (k) [m·s ⁻² ·bar ⁻¹ ] ของเยื่อหุ้มเซลล์กำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle k={F_{w} \over P_{TMP}}}$

ความดันข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (TMP) คำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

${\displaystyle P_{TMP}={(P_{f}+P_{c}) \over 2}-P_{p}}$

โดยที่ P คือความดันข้ามเยื่อ [kPa], P ความดันขาเข้าของกระแสป้อน [kPa]; P คือความดันของกระแสเข้มข้น [kPa]; P ความดันของกระแสซึมผ่าน [kPa]

อัตราการปฏิเสธ (r) สามารถกำหนดได้ว่าเป็นจำนวนอนุภาคที่ถูกกำจัดออกจากน้ำป้อน

${\displaystyle r={(C_{f}-C_{p}) \over C_{f}}\cdot 100}$

สมการสมดุลมวลที่เกี่ยวข้องมีดังนี้:

${\displaystyle Q_{f}=Q_{p}+Q_{c}}$

${\displaystyle Q_{f}\cdot C_{f}=Q_{p}\cdot C_{p}+Q_{c}\cdot C_{c}}$

ในการควบคุมการทำงานของกระบวนการเมมเบรน สามารถใช้โหมดสองโหมดที่เกี่ยวข้องกับฟลักซ์และ TMP ได้ โหมดเหล่านี้คือ (1) TMP คงที่ และ (2) ฟลักซ์คงที่

โหมดการทำงานจะได้รับผลกระทบเมื่อวัสดุที่ถูกปฏิเสธและอนุภาคในสารตกค้างมีแนวโน้มที่จะสะสมอยู่ในเมมเบรน ที่ค่า TMP ที่กำหนด อัตราการไหลของน้ำผ่านเมมเบรนจะลดลง และที่อัตราการไหลที่กำหนด ค่า TMP จะเพิ่มขึ้น ทำให้ค่าการซึมผ่าน (k) ลดลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการอุดตันและเป็นข้อจำกัดหลักในการทำงานของกระบวนการเมมเบรน

สามารถใช้โหมดการทำงานสองโหมดสำหรับเมมเบรนได้ ดังนี้:

• การกรองแบบปลายปิดซึ่งสารป้อนทั้งหมดที่ใช้กับเมมเบรนจะผ่านเมมเบรนไป ทำให้ได้สารที่ผ่านเมมเบรน เนื่องจากไม่มีกระแสสารเข้มข้น อนุภาคทั้งหมดจึงถูกกักไว้ในเมมเบรน บางครั้งมีการใช้น้ำดิบเพื่อชะล้างวัสดุที่สะสมอยู่บนพื้นผิวเมมเบรน^{[ 13 ]}
• การกรองแบบไหลข้าม (Cross-flow filtration)คือการที่น้ำป้อนถูกสูบด้วยทิศทางการไหลข้ามแบบสัมผัสกับเมมเบรน และจะได้กระแสน้ำเข้มข้นและน้ำที่ผ่านเมมเบรน แบบจำลองนี้หมายความว่า สำหรับการไหลของน้ำป้อนผ่านเมมเบรน จะมีเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้นที่ถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์น้ำที่ผ่านเมมเบรน พารามิเตอร์นี้เรียกว่า "การแปลง" หรือ "การกู้คืน" (S) การกู้คืนจะลดลงหากน้ำที่ผ่านเมมเบรนถูกนำไปใช้ต่อในการบำรุงรักษาการทำงานของกระบวนการ ซึ่งโดยปกติแล้วจะใช้สำหรับการทำความสะอาดเมมเบรน

${\displaystyle S={Q_{permeate} \over Q_{feed}}=1-{Q_{concentrate} \over Q_{feed}}}$

กระบวนการกรองทำให้ความต้านทานต่อการไหลเพิ่มขึ้น ในกรณีของกระบวนการกรองแบบปลายปิด ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามความหนาของตะกอนที่เกิดขึ้นบนเยื่อกรอง ส่งผลให้ค่าการซึมผ่าน (k) และอัตราการไหลลดลงอย่างรวดเร็วตามสัดส่วนของความเข้มข้นของของแข็งและด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องมีการทำความสะอาดเป็นระยะ

สำหรับกระบวนการแบบไหลข้าม การตกตะกอนของวัสดุจะดำเนินต่อไปจนกว่าแรงยึดเกาะของก้อนตะกอนกับเยื่อกรองจะสมดุลกับแรงของของเหลว ณ จุดนี้ การกรองแบบไหลข้ามจะเข้าสู่สภาวะคงที่ดังนั้น อัตราการไหลจะคงที่เมื่อเวลาผ่านไป ด้วยเหตุนี้ การจัดวางแบบนี้จึงต้องการการทำความสะอาดเป็นระยะน้อยลง

เนื่องจากการอุดตันเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบและการใช้งานระบบเมมเบรน เพราะส่งผลต่อความต้องการในการบำบัดเบื้องต้น ความต้องการในการทำความสะอาด สภาพการทำงาน ต้นทุน และประสิทธิภาพ จึงควรป้องกันและกำจัดออกหากจำเป็น การปรับสภาพการทำงานให้เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการอุดตัน อย่างไรก็ตาม หากเกิดการอุดตันขึ้นแล้ว ควรทำการกำจัดออกโดยใช้วิธีการทำความสะอาดทางกายภาพหรือทางเคมี

เทคนิค การทำความสะอาดทางกายภาพ สำหรับเมมเบรน ได้แก่ การคลายตัวของเม มเบรนและการล้างย้อนกลับ ของเมมเบรน

• การล้างย้อนกลับหรือการชะล้างย้อนกลับประกอบด้วยการปั๊มเพอร์มีเอตในทิศทางย้อนกลับผ่านเมมเบรน การล้างย้อนกลับสามารถกำจัดคราบสกปรกที่ย้อนกลับได้ส่วนใหญ่ที่เกิดจากการอุดตันของรูพรุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ การล้างย้อนกลับยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ด้วยการเป่าอากาศผ่านเมมเบรน^{[ 16 ]}การล้างย้อนกลับทำให้ต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้น เนื่องจากต้องใช้พลังงานเพื่อให้ได้ความดันที่เหมาะสมสำหรับการไหลย้อนกลับของ เพอร์มีเอต

• การพักเมมเบรนหมายถึงการหยุดกระบวนการกรองชั่วคราว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางการไหลของสารละลายที่ผ่านเมมเบรน การพักเมมเบรนช่วยให้สามารถกรองได้ต่อเนื่องเป็นเวลานานขึ้นก่อนที่จะต้องทำความสะอาดเมมเบรนด้วยสารเคมี

• การสั่นย้อน กลับด้วยความถี่สูงช่วยกำจัดชั้นสิ่งสกปรกได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีนี้มักใช้กับเมมเบรนเซรามิกเป็น ส่วนใหญ่

การศึกษาล่าสุดได้ประเมินว่าการผสมผสานการผ่อนคลายและการล้างย้อนกลับจะให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด^{[ 17 ] [ 18 ]}

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีประสิทธิภาพในการผ่อนคลายและการล้างย้อนกลับจะลดลงตามระยะเวลาการใช้งาน เนื่องจากมีคราบสกปรกที่ไม่สามารถแก้ไขได้สะสมมากขึ้นบนพื้นผิวเมมเบรน ดังนั้น นอกจากการทำความสะอาดทางกายภาพแล้ว อาจแนะนำให้ใช้การทำความสะอาดด้วยสารเคมีด้วย ซึ่งรวมถึง:

• การล้างย้อนด้วยสารเคมีเสริมคือ การเติม สารเคมีทำความสะอาด ที่มีความเข้มข้นต่ำ ลงไปในระหว่างขั้นตอนการล้างย้อน
• การทำความสะอาดด้วยสารเคมีโดยสารทำความสะอาดหลักคือโซเดียมไฮโปคลอไรต์ (สำหรับคราบสกปรกอินทรีย์) และกรดซิตริก (สำหรับคราบสกปรกอนินทรีย์) ผู้จำหน่ายเมมเบรนแต่ละรายจะเสนอสูตรการทำความสะอาดด้วยสารเคมีของตน ซึ่งแตกต่างกันส่วนใหญ่ในแง่ของความเข้มข้นและวิธีการ^{[ 19 ]}

การปรับสภาวะการทำงานให้เหมาะสมมีกลไกหลายอย่างที่สามารถนำมาใช้เพื่อปรับสภาวะการทำงานของเมมเบรนให้เหมาะสมเพื่อป้องกันการอุดตัน ตัวอย่างเช่น:

• การลดอัตราการไหล (flux ) การลดอัตราการไหลช่วยลดการเกิดคราบสกปรกได้เสมอ แต่ส่งผลกระทบต่อต้นทุนการลงทุนเนื่องจากต้องใช้พื้นที่เมมเบรนมากขึ้น จึงต้องใช้อัตราการไหลที่ยั่งยืน ซึ่งสามารถกำหนดได้ว่าเป็นอัตราการไหลที่ทำให้ TMP เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปในอัตราที่ยอมรับได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารเคมีในการทำความสะอาด
• การใช้การกรองแบบไหลผ่านแทนการกรองแบบปิด ในการกรองแบบไหลผ่าน จะมีเพียงชั้นบางๆ ของสารที่ตกค้างบนเยื่อกรอง เนื่องจากอนุภาคทั้งหมดไม่ได้ถูกกักไว้บนเยื่อกรอง แต่สารเข้มข้นจะกำจัดอนุภาคเหล่านั้นออกไป
• การบำบัดน้ำป้อนเบื้องต้นใช้เพื่อลดปริมาณของแข็งแขวนลอยและแบคทีเรียในน้ำป้อน นอกจากนี้ยังมีการใช้สารตกตะกอนและสารจับตัวเป็นก้อน เช่น เฟอร์ริกคลอไรด์และอะลูมิเนียมซัลเฟต ซึ่งเมื่อละลายในน้ำแล้วจะดูดซับสารต่างๆ เช่น ของแข็งแขวนลอย คอลลอยด์ และสารอินทรีย์ที่ละลายได้^{[ 20 ]}แบบจำลองเชิงตัวเลขเชิงอภิปรัชญาได้รับการแนะนำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพปรากฏการณ์การขนส่ง^{[ 21 ]}

การปรับเปลี่ยนเมมเบรนความพยายามล่าสุดมุ่งเน้นไปที่การกำจัดคราบสกปรกบนเมมเบรนโดยการปรับเปลี่ยนเคมีพื้นผิวของวัสดุเมมเบรนเพื่อลดโอกาสที่สารปนเปื้อนจะเกาะติดกับพื้นผิวเมมเบรน กลยุทธ์ทางเคมีที่ใช้จะขึ้นอยู่กับเคมีของสารละลายที่กำลังกรอง ตัวอย่างเช่น เมมเบรนที่ใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำอาจทำให้มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำเพื่อต้านทานการเกิดคราบสกปรกจากการสะสมของแร่ธาตุ ในขณะที่เมมเบรนที่ใช้สำหรับสารชีวภาพอาจทำให้มีคุณสมบัติชอบน้ำเพื่อลดการสะสมของโปรตีน/สารอินทรีย์ การปรับเปลี่ยนเคมีพื้นผิวผ่าน การตกตะกอน ของฟิล์มบางจึงสามารถลดการเกิดคราบสกปรกได้อย่างมาก ข้อเสียอย่างหนึ่งของการใช้เทคนิคการปรับเปลี่ยนคือ ในบางกรณี อัตราการไหลและความสามารถในการเลือกของกระบวนการเมมเบรนอาจได้รับผลกระทบในทางลบ^{[ 22 ]}

เมื่อเมมเบรนมีประสิทธิภาพลดลงอย่างเห็นได้ชัดก็จะถูกทิ้ง ปัจจุบันโมดูลเมมเบรน RO ที่ถูกทิ้งทั่วโลกจัดเป็นขยะมูลฝอยเฉื่อย และมักถูกกำจัดในหลุมฝังกลบ แม้ว่าจะสามารถกู้คืนพลังงานได้ก็ตาม อย่างไรก็ตาม ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีความพยายามต่างๆ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ เช่น การป้องกันขยะ การนำกลับมาใช้ใหม่โดยตรง และวิธีการรีไซเคิล ในแง่นี้ เมมเบรนก็เป็นไปตามลำดับชั้นการจัดการขยะเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าการดำเนินการที่เหมาะสมที่สุดคือการปรับปรุงการออกแบบเมมเบรน ซึ่งจะนำไปสู่การลดการใช้งานในแอปพลิเคชันเดียวกัน และการดำเนินการที่เหมาะสมน้อยที่สุดคือการกำจัดและการฝังกลบ^{[ 23 ]}

เมมเบรน RO มีความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมบางประการที่ต้องได้รับการแก้ไขเพื่อให้สอดคล้องกับหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียน โดยหลักแล้วมีอายุการใช้งานสั้นเพียง 5–10 ปี ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา จำนวนโรงงานผลิตน้ำจืดด้วยระบบ RO เพิ่มขึ้น 70% ขนาดของโรงงาน RO เหล่านี้ก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน โดยบางแห่งมีกำลังการผลิตเกิน 600,000 ^m³ ของน้ำต่อวัน ซึ่งหมายความว่าจะมีขยะเมมเบรนเกิดขึ้น 14,000 ตันต่อปี ซึ่งจะถูกนำไปฝังกลบ เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของเมมเบรน จึงมีการพัฒนาวิธีการป้องกันต่างๆ เช่น การรวมกระบวนการ RO กับกระบวนการบำบัดเบื้องต้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ การพัฒนาเทคนิคป้องกันการอุดตัน และการพัฒนาขั้นตอนที่เหมาะสมสำหรับการทำความสะอาดเมมเบรน กระบวนการบำบัดเบื้องต้นช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานเนื่องจากมีสารเคมีเติมแต่งในน้ำเกลือน้อยลง และการบำรุงรักษาที่จำเป็นในระบบ RO ก็ลดลง^{[ 24 ]}

พบการเกิดคราบสกปรก 4 ประเภทบนเยื่อ RO ได้แก่ (i) อนินทรีย์ (การตกตะกอนของเกลือ) (ii) อินทรีย์ (iii) คอลลอยด์ (การสะสมของอนุภาคในสารแขวนลอย) (iv) จุลินทรีย์ (แบคทีเรียและเชื้อรา) ^{[ 25 ]}ด้วยเหตุนี้ การผสมผสานที่เหมาะสมของขั้นตอนการบำบัดล่วงหน้าและการเติมสารเคมี ตลอดจนแผนการทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพซึ่งจัดการกับการเกิดคราบสกปรกประเภทต่างๆ เหล่านี้ ควรจะช่วยให้สามารถพัฒนาเทคนิคป้องกันการเกิดคราบสกปรกที่มีประสิทธิภาพได้

โรงงานส่วนใหญ่จะทำความสะอาดเมมเบรนทุกสัปดาห์ (CEB – Chemically Enhanced Backwash) นอกเหนือจากการทำความสะอาดเพื่อบำรุงรักษาแล้ว แนะนำให้ทำความสะอาดอย่างเข้มข้น (CIP) ปีละสองถึงสี่ครั้ง

การนำเมมเบรน RO กลับมาใช้ใหม่นั้นรวมถึงการนำโมดูลไปใช้ซ้ำโดยตรงในกระบวนการแยกอื่นๆ ที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดน้อยกว่า การเปลี่ยนจากเมมเบรน RO TFC ไปเป็นเมมเบรนที่มีรูพรุนนั้นเป็นไปได้โดยการย่อยสลายชั้นโพลีอะไมด์ที่หนาแน่น การแปลงเมมเบรน RO โดยการบำบัดทางเคมีด้วยสารละลายออกซิไดซ์ต่างๆ มีจุดมุ่งหมายเพื่อกำจัดชั้นแอคทีฟของเมมเบรนโพลีอะไมด์ ซึ่งตั้งใจจะนำกลับมาใช้ใหม่ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น MF หรือ UF ซึ่งทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นประมาณสองปี^{[ 26 ]} มีรายงานจำนวนจำกัดมากที่กล่าวถึงศักยภาพของการนำ RO กลับมาใช้ใหม่โดยตรง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการซึมผ่านของไฮดรอลิก การปฏิเสธเกลือ ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและภูมิประเทศ และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนแบบปล่อยสนามและกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบหลังการเสื่อมสภาพ ประสิทธิภาพขององค์ประกอบ RO เก่านั้นคล้ายกับเมมเบรนนาโนฟิลเทรชัน (NF) ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่จะเห็นการซึมผ่านเพิ่มขึ้นจาก 1.0 เป็น 2.1 L m ⁻² h ⁻¹ bar ⁻¹และการปฏิเสธ NaCl ลดลงจาก >90% เหลือ 35–50% ^{[ 27 ]}

ในทางกลับกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการให้สูงสุด ในปัจจุบันเป็นเรื่องปกติที่จะรวมองค์ประกอบ RO ที่มีประสิทธิภาพแตกต่างกันไว้ในภาชนะรับแรงดันเดียวกัน ซึ่งเรียกว่าการออกแบบภาชนะแบบหลายเมมเบรน โดยหลักการแล้ว ระบบไฮบริดที่เป็นนวัตกรรมนี้แนะนำให้ใช้เมมเบรนที่มีการปฏิเสธสูงแต่ผลผลิตต่ำในส่วนต้นน้ำของระบบการกรอง ตามด้วยเมมเบรนที่มีผลผลิตสูงและใช้พลังงานต่ำในส่วนปลายน้ำ การออกแบบนี้สามารถช่วยได้สองวิธี คือ ลดการใช้พลังงานเนื่องจากความต้องการแรงดันลดลง หรือเพิ่มผลผลิต เนื่องจากแนวคิดนี้จะช่วยลดจำนวนโมดูลและภาชนะรับแรงดันที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่กำหนด จึงมีศักยภาพที่จะลดต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นได้อย่างมาก มีการเสนอให้ปรับแนวคิดดั้งเดิมนี้โดยการนำเมมเบรน RO เก่ากลับมาใช้ใหม่ภายในภาชนะรับแรงดันเดียวกัน^{[ 28 ]}

การรีไซเคิลวัสดุเป็นคำทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของวัสดุหรือส่วนประกอบต่างๆ เพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์อื่นๆ ได้ โมดูลเมมเบรนเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน ประกอบด้วยส่วนประกอบโพลีเมอร์ที่แตกต่างกันหลายชนิด และส่วนประกอบแต่ละส่วนอาจสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อวัตถุประสงค์อื่นๆ ได้ การบำบัดและการรีไซเคิลขยะพลาสติกสามารถแบ่งออกเป็น การรีไซเคิลเชิงกล การรีไซเคิลเชิงเคมี และการนำกลับมาใช้พลังงาน

คุณลักษณะการรีไซเคิลเชิงกล:

• จำเป็นต้องแยกส่วนประกอบที่สนใจออกเป็นลำดับแรกก่อน
• ควรล้างทำความสะอาดก่อนเพื่อป้องกันความเสียหายของทรัพย์สินในระหว่างกระบวนการ
• การบดวัสดุพอลิเมอร์ให้มีขนาดที่เหมาะสม (สูญเสียวัสดุไป 5%)
• อาจเกิดการล้างด้านหลังได้
• กระบวนการหลอมและการอัดขึ้นรูป (สูญเสีย วัสดุ 10%)
• ส่วนประกอบของเมมเบรนที่สามารถนำไปรีไซเคิลได้ (เทอร์โมพลาสติก): PP, โพลีเอสเตอร์ เป็นต้น
• แผ่นเมมเบรน: สร้างขึ้นจากพอลิเมอร์และสารเติมแต่งหลายชนิด จึงทำให้ยากต่อการแยกสารเหล่านั้นออกจากกันอย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพ
• ข้อได้เปรียบหลัก: ช่วยลดการผลิตพลาสติกใหม่ • ข้อเสียหลัก: จำเป็นต้องแยกส่วนประกอบทั้งหมด และต้องมีส่วนประกอบจำนวนมากพอที่จะใช้งานได้^{[ 29 ]}

ลักษณะเฉพาะของการรีไซเคิลทางเคมี:

• สลายพอลิเมอร์ให้เป็นโมเลกุลขนาดเล็กโดยใช้เทคนิคการสลายพอลิเมอร์และการสลายตัว
• ไม่สามารถใช้กับวัสดุที่ปนเปื้อนได้
• กระบวนการรีไซเคิลทางเคมีได้รับการออกแบบให้เหมาะสมกับวัสดุแต่ละชนิด
• ข้อดี: สามารถแปรรูปพอลิเมอร์ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันได้โดยใช้การเตรียมการเบื้องต้นน้อยที่สุด
• ข้อเสีย: มีราคาแพงกว่าและซับซ้อนกว่าการรีไซเคิลด้วยวิธีเชิงกล
• วัสดุโพลีเอสเตอร์ (เช่น ในช่องว่างระหว่างแผ่นเมมเบรนและส่วนประกอบของแผ่นเมมเบรน) เหมาะสำหรับกระบวนการรีไซเคิลทางเคมี โดยใช้กระบวนการไฮโดรไลซิสเพื่อย้อนกลับปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชันที่ใช้ในการผลิตพอลิเมอร์ โดยการเติมน้ำจะทำให้เกิดการสลายตัว

ลักษณะการฟื้นตัวอย่างมีประสิทธิภาพ:

• ลดปริมาณขยะได้ 90–99% ช่วยลดภาระของบ่อฝังกลบขยะ
• โดยทั่วไปเตาเผาขยะสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิ 760 °C ถึง 1100 °C และจะสามารถกำจัดวัสดุที่ติดไฟได้ทั้งหมด ยกเว้นสารเติมแต่งอนินทรีย์ที่เหลืออยู่ในปลอกไฟเบอร์กลาส^{[ 29 ]}
• พลังงานความร้อนสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าหรือกระบวนการอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนได้ และยังสามารถชดเชยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากพลังงานแบบดั้งเดิมได้อีกด้วย
• หากไม่ควบคุมอย่างเหมาะสม อาจปล่อยก๊าซเรือนกระจก รวมถึงสารอันตรายอื่นๆ ออกมาได้

หลังการรักษา

• หลังจากใช้เทคนิคที่เลือกแล้ว จำเป็นต้องดำเนินการขั้นตอนหลังการรักษาเพื่อให้แน่ใจว่าเยื่อหุ้มเซลล์สามารถทำงานได้ตามปกติอีกครั้ง
• ขั้นตอนแรกในการบำบัดหลังการใช้งานคือการกำจัดของเสียที่ตกค้างทั้งหมดออกจากอุปกรณ์ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสารปนเปื้อนใด ๆ หลงเหลืออยู่ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเมมเบรน
• มีการใช้เทคนิคการแยกเพื่อกู้คืนวัสดุที่มีค่าจากเยื่อกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส เช่น โพลีอะไมด์หรือโพลีซัลโฟน ซึ่งสามารถนำไปรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ในการผลิตเยื่อกรองใหม่หรือผลิตภัณฑ์อื่นๆ ในขั้นตอนการกู้คืนวัสดุ จะมีการดำเนินการกระบวนการแยกทางกายภาพหรือทางเคมีเพื่อแยกและทำให้วัสดุเหล่านี้บริสุทธิ์ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและอำนวยความสะดวกในการนำกลับเข้าสู่ห่วงโซ่การผลิต
• หลังจากกำจัดของเสียแล้ว จะทำการทดสอบเมมเบรนในระบบนำร่อง ในระหว่างขั้นตอนนี้ จะมีการวิเคราะห์ประสิทธิภาพอย่างละเอียดเพื่อตรวจสอบว่าผลลัพธ์เป็นไปตามพารามิเตอร์และข้อจำกัดที่กำหนดไว้หรือไม่ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการตรวจสอบว่าเมมเบรนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลหลังจากการบำบัดแล้ว

• การนำกระบวนการรีไซเคิลเมมเบรน RO มาใช้ อาจทำให้เกิดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม ซึ่งหลายบริษัทหรือองค์กรอาจลังเลที่จะยอมรับ นอกจากนี้ เมมเบรนที่รีไซเคิลแล้วมักมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อดีที่สำคัญอย่างหนึ่งของการรีไซเคิลคือการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเมมเบรนใหม่จากวัตถุดิบ เมมเบรน RO ประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่ได้จากปิโตรเลียม ซึ่งเป็นแหล่งสำคัญของก๊าซเรือนกระจก (GHGs) ที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นอกจากนี้ พอลิเมอร์เหล่านี้ยังไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทำให้การรีไซเคิลเป็นเรื่องยาก
• การรีไซเคิลเมมเบรน RO ช่วยลดความจำเป็นในการใช้วัสดุใหม่ ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การผลิตเมมเบรนใหม่จากพอลิเมอร์ที่ได้จากปิโตรเลียมจะเพิ่มการปล่อยก๊าซเรือนกระจก การรีไซเคิลเมมเบรนที่มีอยู่จะช่วยลดผลกระทบนี้ได้โดยการนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งหากไม่นำมาใช้ใหม่ก็จะก่อให้เกิดความเสื่อมโทรมต่อสิ่งแวดล้อม
• ความต้องการเมมเบรน RO เพิ่มสูงขึ้นอย่างมากเนื่องจากกฎระเบียบที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับการปล่อยน้ำเสีย ความต้องการนี้อาจเกินกว่าปริมาณที่มีอยู่ ทำให้การรีไซเคิลเมมเบรน RO ที่มีอยู่เป็นทางออกที่เหมาะสมในการแก้ไขปัญหานี้
• ความต้องการเมมเบรน RO ที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ราคาสูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม กระบวนการรีไซเคิลโดยทั่วไปมีต้นทุนที่คุ้มค่ากว่าการซื้อเมมเบรนใหม่ ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนนี้สามารถช่วยชดเชยการลงทุนเริ่มต้นที่จำเป็นสำหรับการจัดตั้งระบบรีไซเคิลได้