Добре известен факт е, че естествената органична материя (NOM) е един от основните фактори, допринасящи за замърсяването на мембраните под-ниско налягане, но може ли някой наистина да определи коя конкретна част от NOM е отговорна? Въз основа на разнообразието от изследователски заключения, които съм виждал, вероятно няма универсален-отговор-подходящ-за всички“.
Има много начини, по които NOM може да се характеризира и обикновено изследването разглежда само една или две от тези характеристики едновременно, за да идентифицира каква част от NOM е отговорна за замърсяването на мембраната.
NOM не е NOM...
Характеристиките на NOM могат да варират значително от източник на вода в зависимост от органичната материя във водосбора, геоложките условия, климата и т.н. Най-честите променливи, използвани за характеризиране на органичната материя, са размер, структура и функционалност.
Тези променливи са допълнително дефинирани, както следва:
Size: Size fractions can be defined as particulate (>0,45 µm), разтворен (<0.45 µm) and colloidal (~1 nm to 1 µm) where the colloidal fraction crosses over the dissolved and particulate definitions. Molecular weight (MW) distribution is also used to characterize NOM size fractions.
Структура: NOM фракциите могат също да бъдат описани по отношение на хидрофобна (ароматна) или хидрофилна (алифатна) структура, която показва дали NOM е водоотблъскващ (хидрофобен) или адсорбиращ вода (хидрофилен).
Функционалност/Заряд: NOM може също да се характеризира чрез съдържание на функционална група (хуминови и фулви киселини), което влияе на (отрицателната) плътност на заряда на NOM.
За допълнително усложняване на характеризирането, хидрофобните до хидрофилните NOM могат да бъдат с ниско до високо молекулно тегло по размер, въпреки че като правило хидрофобните NOM фракции обикновено имат по-висока MW.
В допълнение към характеристиките на NOM, самите-свойства на мембраната под ниско налягане също е вероятно да играят роля за това дали NOM ще доведе до замърсяване или не. Променливи като размер на порите на мембраната, повърхностен заряд и грапавост на повърхността могат да повлияят на това дали замърсяването с NOM възниква чрез запушване на порите, адсорбция или образуване на гел слой.
И така, какво причинява замърсяването??
С цялото това знание за NOM и мембраните, ние трябва да можем да определим кои характеристики водят до замърсяване на мембраната, нали? Проведени са много проучвания, от лабораторни до-пълен мащаб, за изследване на въздействието върху ефективността на мембраната на различни фракции на NOM. Ето много кратко резюме на констатациите на някои от тях:
Howe и Clark (2006) стигат до заключението, че именно разтворената и колоидна фракция на NOM в диапазона от 100 kDa до 1 µm е отговорна за по-голямата част от потенциала за замърсяване на мембраната. Тази по-висока MW фракция на NOM се отстранява чрез коагулация и се приема, че е по-хидрофобна и по-киселинна.
Yamamura и др. (2008) и Lee et al. (2004) установиха, че хидрофилната фракция на NOM осигурява по-голям принос за замърсяването на мембраната, отколкото хидрофобните хуминови вещества. Лий и др. също стигна до заключението, че макромолекули с хидрофилен характер (напр. полизахариди) и/или колоидна органична материя в хидрофилната NOM фракция могат да замърсят мембрани с ниско-налягане. Интересно е да се отбележи, че за техниката, използвана от Лий за изолиране на полярните фракции на NOM, органичните колоиди също попадат в хидрофилната фракция. Това може да е причината да се правят някои обобщения, че хидрофилният NOM е отговорен за замърсяването на мембраната, когато се използва тази техника на изолиране, докато колоидният материал може действително да е отговорен за замърсяването.
По-голям спад на потока се наблюдава от Lee et al. по време на микрофилтрация (MF) в сравнение с ултрафилтрация (UF), където замърсяването с MF е причинено от запушване на порите от по-големите макромолекули и органични колоиди, докато за UF (което има по-малки пори) спадът на потока е причинен от образуването на слой гел, което е по-лесно обърнато от блокирането на порите. Интересното е, че е установено, че хидрофобните/хидрофилните свойства на мембраните имат минимално въздействие върху замърсяването на мембраната.
Доказателството е в пилота...
Защо има толкова много различни заключения за това кои фракции от NOM са отговорни за замърсяването на мембраната? Дали защото замърсяването на мембраната се дължи на комбинация от NOM и характеристики на мембраната, които не са били разгледани едновременно или има друга характеристика, която все още не е идентифицирана?
Заключението е, че всички критични променливи са идентифицирани, но никой все още (поне доколкото аз открих) не е разгледал всички тях в едно проучване. Работата, извършена от Lee et al. се доближава най-много. Различните фракции на NOM имат различно въздействие върху мембрани с различни свойства. Това създава доста сложна изследователска матрица. Ако търсите мембранно третиране за конкретен водоизточник, поне имате само един набор от променливи NOM за оценка.
За съжаление, ние не сме в точката, в която можем да направим адекватен отпечатък на NOM във водоизточник, за да можем да предвидим потенциала за замърсяване за конкретен тип мембрана. Това ще бъде определено само чрез проба и грешка на непрекъснато работеща пилотна инсталация. Човек ще бъде погрешно ориентиран да се стреми към обща цел за премахване на NOM като цел на третиране, когато избира процес на предварителна обработка, без също така да разгледа характеристиките на замърсяване на специфичния NOM във водата за захранване на мембраната.
Референции
1. Хау, К.; Кларк, М; „Ефект на коагулационната предварителна обработка върху ефективността на мембраната“, Journal AWWA, април 2006 г.
2. Ямамура, H; Кимура, К; Окаджима, Т; Токумото, H; Watanabe, Y; „Афинитет на функционални групи за мембранни повърхности: Последици за физически необратимо замърсяване“, Наука за околната среда и технологии, том. 42, №. 14, 2008 г.
3. Лий, Н; Ейми, G; Croue, J; Buisson, H; „Идентифициране и разбиране на замърсяването при филтриране на мембрана с ниско{1}}налягане (MF/UF) от естествена органична материя (NOM)“, Water Research 38 (2004), 4511-4523.
