Мембрани для нанофільтрації (NF) стають все більш важливими в передовій обробці води завдяки їхній здатності видаляти органічні речовини, іони жорсткості та сліди забруднень. Однак під час тривалої-експлуатації системи NF часто стикаються зі швидким зниженням потоку, більш частими вимогами до очищення та скороченням робочих циклів. Основна причина полягає в складній і швидкій -природі забруднення мембрани. Незважаючи на те, що природна вода містить широкий спектр речовин, які можуть сприяти забрудненню, інженерні-масштабні дослідження показують, що справжнім визначальним фактором прогресування забруднення є не зазвичай підозрювана органічна речовина, жорсткість чи каламутність, а скорішеалюмінійі складні забруднення, які він утворює разом з кальцієм, кремнеземом і органічними речовинами.
Активний шар NF мембран зазвичай несе негативний поверхневий заряд і містить функціональні групи, такі як карбоксильні групи. Ці характеристики роблять мембрану дуже сприйнятливою до адсорбції позитивно заряджених або комплексно{1}}іонів металів, причому алюміній є одним із найбільш реакційноздатних. Навіть коли його концентрація у живильній воді низька, алюміній може швидко накопичуватися на поверхні мембрани, утворюючи початковий шар забруднення, який запускає складніші та щільніші структури забруднення. Під час роботи алюміній взаємодіє з органічними речовинами, діоксидом кремнію та кальцієм, утворюючи різні реакції з’єднання або комплексоутворення. Ці взаємодії перетворюють забруднення з ранньої-стадії точкового осадження до великого-шару гелю, який значно збільшує гідравлічний опір, прискорюючи зниження нормалізованого потоку та, зрештою, скорочуючи цикл очищення.
Більш уважний погляд на склад шарів забруднення показує, що в той час як органічний вуглець, кальцій і діоксид кремнію є звичайними компонентами, алюміній незмінно займає центральну роль. Природні органічні речовини, такі як гумінові та фульвокислоти, схильні до утворення комплексів з іонами металів, а кальцій може служити мостиком, що зв’язує органічні сполуки. Після того, як алюміній бере участь у цих реакціях, отриманий шар забруднення стає більш компактним і міцним. З часом стійкість до забруднення змінюється від простого осадження до опору -шару гелю та незворотного внутрішнього забруднення, яке не можна видалити лише фізичним промиванням. Це прискорює швидкість забруднення та призводить до швидкого погіршення продуктивності мембрани.
Важливість алюмінію додатково ілюструється його сильною кореляцією з тривалістю робочого циклу NF. Статистичний аналіз довгострокових-експлуатаційних даних показує, що швидкість забруднення, відображена в тривалості кожного циклу фільтрації, має найсильнішу кореляцію з концентрацією алюмінію в живильній воді-набагато вищою, ніж ТОС або жорсткість. Коли концентрація алюмінію в подачі падає в межах 100–150 мкг/л, робочий цикл системи NF стає дуже коротким. Однак, коли вміст алюмінію знижується до рівня нижче 50 мкг/л, робочий цикл мембрани можна подовжити більш ніж удвічі. Це демонструє, що алюміній є не просто одним із компонентів забруднення; це асправжній фактор-забрудненнящо визначає, коли мембрана переходить у стадію швидкого забруднення.
Оскільки більшість алюмінію походить із коагуляційних хімікатів, які використовуються для попередньої обробки-таких як PAC або галун-, зменшення його залишкової концентрації має вирішальне значення для стабільності NF. Серед усіх заходів контролю найпростішим і найефективнішим є регулювання рН кормової-води. Склад алюмінію у воді сильно залежить від pH-. У діапазоні pH 6,5–7,0 ефективність коагуляції значно покращується, а алюміній переважно існує в полімерних формах, які набагато легше видалити за допомогою седиментації або ультрафільтрації. Це значно зменшує концентрацію розчиненого або низько{10}}полімерного алюмінію, що досягає системи NF. Експериментальні результати показують, що коли рН корму регулюється до 6,5–7,0, залишковий алюміній зменшується приблизно до 25–48 мкг/л, що забезпечує суттєву перевагу в подальшій роботі NF.
Поліпшення, досягнуте зменшенням вмісту алюмінію, можна чітко спостерігати під час фактичної роботи. За ідентичних умов флюсу та відновлення вода з високим вмістом-алюмінію спричиняє швидке зниження потоку, а вода з низьким вмістом{2}}алюмінію призводить до значно повільнішого розпаду потоку. Крива забруднення стає помітно більш плоскою, що відображає більш стабільну роботу мембрани. Це не тільки подовжує робочий цикл, але й зменшує частоту хімічного очищення, витрати на хімікати та загальну складність роботи.
Таким чином, забруднення в системах нанофільтрації спричинене не одним забруднювачем, а композитною структурою, центром якої є алюміній і посилена кальцієм, органічними речовинами та кремнеземом. Алюміній відіграє багато ролей,-ініціюючи, прискорюючи та перекриваючи реакції забруднення-, що робить його найважливішим фактором, що впливає на швидкість забруднення NF. Оптимізуючи умови коагуляції, контролюючи дозування коагулянту та підтримуючи рН кормової -води між 6,5 і 7,0, оператори можуть значно зменшити залишки алюмінію та пом’якшити забруднення мембран у джерелі. Цей підхід значно подовжує робочий цикл мембран NF і підвищує загальну стабільність і економічну-ефективність передових систем очищення води.
