Разбиране на доминиращата роля на алуминия в композитното замърсяване
Мембраните за нанофилтрация (NF) се превърнаха в съществен компонент в усъвършенстваното пречистване на вода поради тяхното селективно отстраняване на многовалентни йони, което ги прави много-подходящи за подобряване на качеството на питейната вода, подготовка на промишлена захранваща вода и търговски системи за пречистване. Въпреки това, NF системите често срещат бързо замърсяване по време на работа, което се проявява чрез намаляване на потока, повишаване на трансмембранното налягане и повишена честота на почистване. Тези проблеми обикновено се приписват на комбинираното присъствие на естествена органична материя, неорганични йони, следи от метали и остатъчни коагуланти. Въпреки това дългосрочните-оперативни данни разкриха, че най-критичният фактор на замърсяване не е ТОС или твърдостта, а алуминият (Al)-особено алуминиевите видове, произхождащи от процесите на коагулация.
По време на разширено пилотно проучване анализите на мембранните-замърсяващи повърхности, устойчивостта на замърсяване и кръстосаните{1}}циклични оперативни данни показаха, че алуминият оказва значително по-силно въздействие върху NF мембранното замърсяване, отколкото други показатели за качеството на водата. Въпреки че концентрациите на TOC във захранващата вода обикновено са много по-високи от нивата на алуминий, алуминият постоянно доминира в състава на замърсяването на повърхността на мембраната. Това се дължи на отрицателно заредената полиамидна повърхност на NF мембраните, която лесно адсорбира положително заредени алуминиеви видове. Веднъж отложен, алуминият взаимодейства с хуминови вещества, фулвови киселини, двувалентни калциеви йони и силикати, за да образува сложни мостови структури. Тези структури предизвикват плътно и плътно прилепнало неорганично-органично композитно замърсяване, което е много по-вредно от отделните органични или неорганични механизми на замърсяване.
Характеризирането на замърсяването през различните етапи допълнително потвърждава, че алуминият се натрупва най-рано в процеса на замърсяване. В началния етап повърхността на мембраната съдържа главно алуминиеви и алумосиликатни-свързани съединения. С напредването на замърсяването калцият и естествените органични вещества все повече се натрупват върху кондиционираната с алуминий- повърхност, което води до многослойно отлагане, което води до сериозно намаляване на потока. По този начин алуминият действа не само като замърсяващо вещество, но и като инициатор на замърсяване, ускорявайки образуването и консолидирането на композитни слоеве на замърсяване.
Статистическият корелационен анализ подсилва това заключение: времето за работа на NF мембраната показва силна положителна корелация с концентрацията на алуминий в захранването-по-силна от тази с TOC или калций. Това означава, че дори ако други параметри останат относително стабилни, повишеният алуминиев остатък сам по себе си може да ускори степента на замърсяване. Въз основа на напасването на модела, поддържането на стабилен работен цикъл на NF при условия на високо възстановяване изисква ограничаване на алуминия в захранващата вода до приблизително 68 ug/L, като оптималната производителност се постига, когато концентрациите се поддържат под 50 ug/L.
Контролирането на остатъците от алуминий се постига най-ефективно чрез регулиране на pH по време на етапа на коагулация. Спецификацията и поведението при хидролиза на полиалуминиев хлорид (PAC) са силно чувствителни към pH. Когато процесът на коагулация се извършва в диапазона на рН от 6,5–7,0, PAC има тенденция да образува по-утаителни, високо-зарядни хидроксо-полимери, които могат да бъдат ефективно отстранени от филтриращи единици надолу по веригата, като ултрафилтрация или гранулирана филтрация. Този диапазон не само минимизира пренасянето на алуминий, но също така отговаря на типичните изисквания за рН за-пречистване на питейна вода. Следователно прецизният контрол на рН по време на коагулацията играе централна роля в стабилизирането на ефективността на NF.
Резултатите от пилотните проекти допълнително показват, че когато алуминият в захранващата вода за NF се намали до под 50 ug/L, мембраната изпитва значително по-бавно намаляване на потока. При идентични работни условия-като 18 L/m²·h поток и 85% възстановяване-общото време на работа на NF системата може почти да се удвои в сравнение с условия с концентрации на алуминий между 100–150 ug/L. Това подобрение се превръща директно в по-малко химически почиствания, по-ниски оперативни разходи и удължен живот на мембраната.
От инженерна гледна точка, NF замърсяването се влияе от комбинация от остатъчни коагуланти, естествена органична материя, йони на твърдостта и силикати. Въпреки това, в рамките на тази сложна мрежа от замърсяване, алуминият играе тройна роля: инициира замърсяването на мембраната, подобрява последващото отлагане на калций и органична материя и втвърдява композитните слоеве от замърсяване. Следователно алуминиевият контрол представлява най-ефективната отправна точка за подобряване на производителността на NF. Чрез оптимизиране на дозирането на коагуланта, регулиране на pH на коагулацията, управление на скоростта на възстановяване и избиране на устойчиви на замърсяване-NF мембрани (като серия FR или ULP), инженерите могат значително да увеличат надеждността на системата. Правилните протоколи за почистване допълнително поддържат-дългосрочна стабилност.
Като цяло, това изследване дава ясна представа за механизмите на замърсяване на NF мембраната при приложения за усъвършенствано лечение. Той подчертава доминиращата роля на алуминия в образуването на композитни замърсявания и предлага практически насоки за проектиране на по-ефективни и устойчиви системи за обработка на NF. За инсталации, които се стремят да удължат живота на мембраната, да намалят риска от замърсяване и да подобрят непрекъснатостта на работата, систематичният контрол на остатъците от алуминий е най-въздействащата стратегия.
