Membran penapisan nano (NF) telah menjadi semakin penting dalam rawatan air lanjutan kerana keupayaannya untuk membuang bahan organik, ion kekerasan dan kesan bahan cemar. Walau bagaimanapun, semasa operasi-panjang, sistem NF sering menghadapi penurunan fluks yang cepat, keperluan pembersihan yang lebih kerap dan kitaran operasi yang dipendekkan. Puncanya terletak pada sifat-pembangunan yang kompleks dan cepat dari kekotoran membran. Walaupun air semula jadi mengandungi pelbagai jenis bahan yang boleh menyumbang kepada pengotoran, kajian skala-kejuruteraan mendedahkan bahawa faktor penentu sebenar perkembangan pengotoran bukanlah bahan organik, kekerasan atau kekeruhan yang biasa disyaki, tetapi sebaliknya.aluminiumdan foulan komposit yang terbentuk bersama-sama dengan kalsium, silika, dan bahan organik.
Lapisan aktif membran NF biasanya membawa cas permukaan negatif dan mengandungi kumpulan berfungsi seperti kumpulan karboksil. Ciri-ciri ini menjadikan membran sangat mudah terdedah kepada penjerapan ion logam bercas positif atau kompleks-dengan aluminium menjadi salah satu yang paling reaktif. Walaupun kepekatannya dalam air suapan adalah rendah, aluminium boleh terkumpul dengan cepat pada permukaan membran, membentuk lapisan fouling awal yang mencetuskan struktur fouling yang lebih kompleks dan lebih padat. Semasa operasi diteruskan, aluminium berinteraksi dengan bahan organik, silika dan kalsium untuk menghasilkan pelbagai tindak balas penjembatan atau kompleksasi. Interaksi ini mengubah kekotoran daripada-pemendapan titik peringkat awal kepada lapisan gel-luas besar yang meningkatkan rintangan hidraulik dengan ketara, mempercepatkan penurunan fluks normal dan akhirnya memendekkan kitaran pembersihan.
Melihat lebih dekat pada komposisi lapisan mengotori menunjukkan bahawa walaupun karbon organik, kalsium dan silika adalah komponen biasa, aluminium secara konsisten menduduki peranan utama. Bahan organik semulajadi seperti asid humik dan fulvik terdedah kepada membentuk kompleks dengan ion logam, dan kalsium boleh berfungsi sebagai agen penghubung yang menghubungkan sebatian organik. Sebaik sahaja aluminium mengambil bahagian dalam tindak balas ini, lapisan pengotor yang terhasil menjadi lebih padat dan melekat kuat. Dari masa ke masa, rintangan fouling bertukar daripada pemendapan mudah kepada rintangan lapisan-gel dan fouling dalaman tidak boleh dipulihkan yang tidak boleh dialih keluar melalui curahan fizikal sahaja. Perkembangan ini mempercepatkan kadar kekotoran dan membawa membran ke arah kemerosotan prestasi pesat.
Kepentingan aluminium diilustrasikan lagi oleh korelasi yang kuat dengan panjang kitaran operasi NF. Analisis statistik data operasi jangka panjang-menunjukkan bahawa kadar kekotoran, yang dicerminkan dalam tempoh setiap kitaran penapisan, mempunyai korelasi paling kuat dengan kepekatan aluminium dalam air suapan-jauh lebih tinggi daripada TOC atau kekerasan. Apabila kepekatan aluminium suapan jatuh dalam 100–150 ug/L, kitaran operasi sistem NF menjadi sangat singkat. Walau bagaimanapun, apabila aluminium dikurangkan kepada di bawah 50 ug/L, kitaran operasi membran boleh dilanjutkan lebih daripada dua kali ganda. Ini menunjukkan bahawa aluminium bukan sekadar satu juzuk pengotor; ia adalah afaling benar-faktor pendorongyang menentukan apabila membran memasuki peringkat fouling cepat.
Kerana kebanyakan aluminium berasal daripada bahan kimia pembekuan yang digunakan dalam prarawatan-seperti PAC atau tawas-mengurangkan kepekatan sisanya adalah penting untuk kestabilan NF. Di antara semua langkah kawalan, melaraskan-pH air suapan adalah yang paling mudah dan paling berkesan. Spesiasi aluminium dalam air sangat bergantung pada pH-. Dalam julat pH 6.5–7.0, kecekapan pembekuan bertambah baik dengan ketara, dan aluminium kebanyakannya wujud dalam bentuk polimer yang lebih mudah dikeluarkan melalui pemendapan atau ultraturasan. Ini sangat mengurangkan kepekatan aluminium polimer terlarut atau rendah{10}}mencapai sistem NF. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa apabila pH suapan dilaraskan kepada 6.5–7.0, sisa aluminium berkurangan kepada kira-kira 25–48 ug/L, memberikan kelebihan yang besar dalam operasi NF berikutnya.
Peningkatan yang dibawa dengan mengurangkan aluminium boleh diperhatikan dengan jelas semasa operasi sebenar. Di bawah keadaan fluks dan pemulihan yang sama, air suapan aluminium yang tinggi-menyebabkan penurunan fluks yang cepat, manakala air suapan-aluminium yang rendah membawa kepada pereputan fluks yang lebih perlahan. Keluk fouling menjadi lebih rata, mencerminkan prestasi membran yang lebih stabil. Ini bukan sahaja memanjangkan kitaran operasi tetapi juga mengurangkan kekerapan pembersihan kimia, kos kimia dan kerumitan operasi keseluruhan.
Secara ringkasnya, kekotoran dalam sistem penapisan nano tidak didorong oleh satu bahan cemar tetapi oleh struktur komposit yang berpusat pada aluminium dan diperkukuh oleh kalsium, bahan organik dan silika. Aluminium memainkan pelbagai peranan-memulakan, mempercepatkan dan merapatkan tindak balas kekotoran-menjadikannya faktor paling kritikal yang mempengaruhi kadar kekotoran NF. Dengan mengoptimumkan keadaan pembekuan, mengawal dos koagulan dan mengekalkan-pH air suapan antara 6.5 dan 7.0, pengendali boleh mengurangkan sisa aluminium dengan banyak dan mengurangkan kekotoran membran pada sumber. Pendekatan ini memanjangkan kitaran operasi membran NF dengan ketara dan meningkatkan kestabilan keseluruhan dan-keberkesanan kos sistem rawatan air termaju.
