Chapter 8
Role of Membranes in Wastewater
Treatment
Ashish Kapoor, Sivasamy Balasubramanian, Edward Kavitha,
Elangovan Poonguzhali, and Sivaraman Prabhakar
Contents
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.2 Membranes and Membrane Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.2.1 Membrane Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.2.2 Membrane Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
8.3 Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.3.1 Principle of Membrane Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.3.2 Pressure-Driven Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
8.3.3 Electro-membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
8.3.4 Other Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.4 Application of Membrane Processes in Water Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
8.4.1 Pressure-Driven Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
8.4.2 Electro-membrane Process Applications . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 266
8.4.3 Membrane Distillation . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 267
8.4.4 Ultrafiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
8.4.5 Membrane Contactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.4.6 Forward Osmosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.4.7 Diffusion Dialysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.4.8 Synergism of Different Membrane Processes in Water Treatment . . . . . . . . . . . . . . 273
8.4.9 Membrane Processes for Point-of-Use Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
8.5 Future Outlook and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Abstract Demand for water is on the rise as population and human activities
increase including industries and agriculture. Freshwater resources have a skewed
distribution besides being inadequate to meet the demands. Even though actual water
consumed by humans and their activities is much less, large quantum of water is
used for peripheral activities and discharged into the environment as wastewater.
Hence, to meet the demand for water and to protect the environment, wastewater
A. Kapoor · S. Balasubramanian · E. Kavitha · E. Poonguzhali · S. Prabhakar (*)
Department of Chemical Engineering, SRM Institute of Science and Technology,
Kattankulathur, Tamil Nadu, India
© The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to
Springer Nature Switzerland AG 2021
Inamuddin et al. (eds.), Water Pollution and Remediation: Photocatalysis,
Environmental Chemistry for a Sustainable World 57,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54723-3_8
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Role of Membranes in Wastewater
Treatment
Ashish Kapoor, Sivasamy Balasubramanian, Edward Kavitha,
Elangovan Poonguzhali, and Sivaraman Prabhakar
Contents
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.2 Membranes and Membrane Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.2.1 Membrane Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.2.2 Membrane Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
8.3 Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.3.1 Principle of Membrane Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.3.2 Pressure-Driven Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
8.3.3 Electro-membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
8.3.4 Other Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.4 Application of Membrane Processes in Water Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
8.4.1 Pressure-Driven Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
8.4.2 Electro-membrane Process Applications . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 266
8.4.3 Membrane Distillation . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 267
8.4.4 Ultrafiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
8.4.5 Membrane Contactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.4.6 Forward Osmosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.4.7 Diffusion Dialysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.4.8 Synergism of Different Membrane Processes in Water Treatment . . . . . . . . . . . . . . 273
8.4.9 Membrane Processes for Point-of-Use Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
8.5 Future Outlook and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Abstract Demand for water is on the rise as population and human activities
increase including industries and agriculture. Freshwater resources have a skewed
distribution besides being inadequate to meet the demands. Even though actual water
consumed by humans and their activities is much less, large quantum of water is
used for peripheral activities and discharged into the environment as wastewater.
Hence, to meet the demand for water and to protect the environment, wastewater
A. Kapoor · S. Balasubramanian · E. Kavitha · E. Poonguzhali · S. Prabhakar (*)
Department of Chemical Engineering, SRM Institute of Science and Technology,
Kattankulathur, Tamil Nadu, India
© The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to
Springer Nature Switzerland AG 2021
Inamuddin et al. (eds.), Water Pollution and Remediation: Photocatalysis,
Environmental Chemistry for a Sustainable World 57,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54723-3_8
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