Мембраните за нанофилтрация (NF) стават все по-важни при усъвършенстваното пречистване на водата благодарение на способността им да отстраняват органични вещества, йони на твърдостта и следи от замърсители. По време на дългосрочна -работа обаче NF системите често са изправени пред бърз спад на потока, по-чести изисквания за почистване и съкратени работни цикли. Основната причина се крие в сложната и бързо-развиваща се природа на замърсяването на мембраната. Въпреки че естествената вода съдържа широк спектър от вещества, които могат да допринесат за замърсяването, инженерни -мащабни проучвания разкриват, че истинският определящ фактор за прогресирането на замърсяването не е обикновено подозираната органична материя, твърдост или мътност, а по-скороалуминийи съставните замърсявания, които образува заедно с калций, силициев диоксид и органична материя.
Активният слой на NF мембраните обикновено носи отрицателен повърхностен заряд и съдържа функционални групи като карбоксилни групи. Тези характеристики правят мембраната силно податлива на адсорбция на положително заредени или комплекс{1}}образуващи метални йони, като алуминият е един от най-реактивните. Дори когато концентрацията му в захранващата вода е ниска, алуминият може да се натрупа бързо върху повърхността на мембраната, образувайки първоначален слой замърсяване, който предизвиква по-сложни и по-плътни структури на замърсяване. Докато операцията продължава, алуминият взаимодейства с органична материя, силициев диоксид и калций, за да произведе различни реакции на свързване или комплексообразуване. Тези взаимодействия трансформират замърсяването от ранен-стадий на точково отлагане до голям-повърхностен гел слой, който значително увеличава хидравличното съпротивление, ускорявайки спада на нормализирания поток и в крайна сметка съкращавайки цикъла на почистване.
По-внимателно разглеждане на състава на замърсяващите слоеве показва, че докато органичният въглерод, калций и силициев диоксид са общи компоненти, алуминият постоянно заема централна роля. Естествената органична материя като хуминова и фулвинова киселина е склонна да образува комплекси с метални йони, а калцият може да служи като свързващ агент, свързващ органичните съединения. След като алуминият участва в тези реакции, полученият замърсяващ слой става по-компактен и силно залепващ. С течение на времето устойчивостта на замърсяване се измества от просто отлагане към устойчивост на гел-слой и необратимо вътрешно замърсяване, което не може да бъде отстранено само чрез физическо промиване. Това развитие ускорява скоростта на замърсяване и води мембраната към бързо влошаване на ефективността.
Значението на алуминия е допълнително илюстрирано от силната му корелация с продължителността на работния цикъл на NF. Статистическият анализ на дългосрочни-оперативни данни показва, че степента на замърсяване, отразена в продължителността на всеки цикъл на филтриране, има най-силна корелация с концентрацията на алуминий в захранващата вода-далеч по-висока от TOC или твърдостта. Когато концентрацията на захранващ алуминий падне в рамките на 100–150 ug/L, работният цикъл на NF системата става много кратък. Въпреки това, когато алуминият се намали до под 50 ug/L, работният цикъл на мембраната може да бъде удължен повече от два пъти. Това показва, че алуминият не е просто една замърсяваща съставка; това е аистински фактор, предизвикващ замърсяване-който определя кога мембраната навлиза в етапа на бързо замърсяване.
Тъй като повечето алуминий произхождат от химикали за коагулация, използвани при предварителната обработка-като PAC или стипца-намаляването на остатъчната му концентрация е критично за стабилността на NF. Сред всички контролни мерки регулирането на рН на фуражната-вода е най-простото и най-ефективно. Съставът на алуминия във водата е силно зависим от pH-. В диапазона на рН от 6,5–7,0 ефективността на коагулацията се подобрява значително и алуминият съществува предимно в полимерни форми, които са много по-лесни за отстраняване чрез утаяване или ултрафилтрация. Това значително намалява концентрацията на разтворен или ниско{10}}полимерен алуминий, достигащ NF системата. Експерименталните резултати показват, че когато рН на захранването се регулира на 6,5–7,0, остатъчният алуминий намалява до приблизително 25–48 ug/L, което осигурява значително предимство при последващата операция на NF.
Подобрението, донесено от намаляването на алуминия, може ясно да се наблюдава по време на реална работа. При идентичен поток и условия на възстановяване захранващата вода с високо-алуминий причинява бързо намаляване на потока, докато водата с ниско{2}}алуминиево захранване води до много по-бавно разпадане на потока. Кривата на замърсяване става забележимо по-плоска, отразявайки по-стабилна работа на мембраната. Това не само удължава работния цикъл, но също така намалява честотата на химическо почистване, разходите за химикали и цялостната оперативна сложност.
В обобщение, замърсяването в нанофилтрационните системи не се задвижва от един замърсител, а от композитна структура, центрирана върху алуминий и подсилена от калций, органична материя и силициев диоксид. Алуминият играе многобройни роли-като инициира, ускорява и преодолява реакциите на замърсяване-, което го прави най-критичният фактор, влияещ върху степента на замърсяване на NF. Чрез оптимизиране на условията на коагулация, контролиране на дозата на коагуланта и поддържане на рН на захранващата -вода между 6,5 и 7,0, операторите могат значително да намалят остатъците от алуминий и да намалят замърсяването на мембраната при източника. Този подход значително разширява работния цикъл на NF мембраните и подобрява цялостната стабилност и-ефективността на разходите на усъвършенстваните системи за пречистване на вода.
