Ir labi zināms fakts, ka dabiskās organiskās vielas (NOM) ir viens no galvenajiem zema spiediena{0}}spiediena membrānas piesārņotājiem, taču vai kāds tiešām var noteikt, kura konkrētā NOM daļa ir atbildīga? Pamatojoties uz dažādiem pētījuma secinājumiem, ko esmu redzējis, visticamāk, nav nevienas "vienas-izmēra-atbilžu, kas derētu-visiem".
Ir daudz veidu, kā NOM var raksturot, un parasti pētījumos ir aplūkota tikai viena vai divas no šīm īpašībām vienlaikus, lai noteiktu, kura NOM daļa ir atbildīga par membrānas piesārņojumu.
NOM nav NOM…
NOM raksturlielumi var ievērojami atšķirties atkarībā no ūdens avota atkarībā no organiskās vielas sateces baseinā, ģeoloģiskajiem apstākļiem, klimata utt. Visizplatītākie mainīgie, ko izmanto organisko vielu raksturošanai, ir izmērs, struktūra un funkcionalitāte.
Šie mainīgie ir tālāk definēti šādi:
Size: Size fractions can be defined as particulate (>0,45 µm), izšķīdis (<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.
Struktūra: NOM frakcijas var raksturot arī ar hidrofobu (aromātisku) vai hidrofilu (alifātisku) struktūru, kas norāda, vai NOM ir ūdeni atgrūdošs (hidrofobs) vai ūdeni adsorbējošs (hidrofils).
Funkcionalitāte/lādiņš: NOM var raksturot arī ar funkcionālo grupu saturu (humīnskābes un fulvoskābes), kas ietekmē NOM (negatīvā) lādiņa blīvumu.
Lai vēl vairāk sarežģītu raksturojumu, no hidrofobām līdz hidrofilām NOM var būt zema līdz liela molekulmasa, lai gan parasti hidrofobajām NOM frakcijām parasti ir lielāks MW.
Papildus NOM raksturlielumiem, zema spiediena membrānas īpašības, visticamāk, arī ietekmēs to, vai NOM izraisīs piesārņojumu vai nē. Mainīgie faktori, piemēram, membrānas poru izmērs, virsmas lādiņš un virsmas raupjums, var ietekmēt to, vai NOM piesārņojums rodas poru bloķēšanas, adsorbcijas vai gēla slāņa veidošanās rezultātā.
Tātad, kas izraisa piesārņojumu?
Ņemot vērā visas šīs zināšanas par NOM un membrānām, mums ir jāspēj precīzi noteikt, kuras īpašības izraisa membrānas piesārņojumu, vai ne? Ir veikti daudzi pētījumi, sākot no laboratorijas līdz pilnam{0}}mērogam, lai izpētītu dažādu NOM frakciju ietekmi uz membrānas veiktspēju. Šeit ir ļoti īss dažu no šiem atklājumiem:
Howe un Clark (2006) secināja, ka tā ir izšķīdinātā un koloidālā NOM frakcija izmēru diapazonā no 100 kDa līdz 1 µm, kas ir atbildīga par lielāko daļu membrānas piesārņojuma potenciāla. Šī lielākā MW daļa no NOM tiek noņemta koagulācijas ceļā, un tiek pieņemts, ka tā ir vairāk hidrofobiska un skābāka.
Yamamura et al. (2008) un Lee et al. (2004) atklāja, ka NOM hidrofilā frakcija nodrošina lielāku ieguldījumu membrānas piesārņošanā nekā hidrofobās humusvielas. Lī et al. arī secināja, ka hidrofila rakstura makromolekulas (piemēram, polisaharīdi) un/vai koloidālās organiskās vielas hidrofilajā NOM frakcijā var aizsērēt zema spiediena membrānas. Interesanti atzīmēt, ka Lī izmantotajā paņēmienā, lai izolētu NOM polārās frakcijas, organiskie koloīdi nonāk arī hidrofilajā frakcijā. Tas var būt iemesls, kāpēc tiek izdarīti daži vispārinājumi, ka hidrofilais NOM ir atbildīgs par membrānas piesārņojumu, ja tiek izmantota šī izolācijas metode, savukārt koloidālais materiāls faktiski var būt atbildīgs par piesārņojumu.
Lielāku plūsmas samazināšanos novēroja Lī et al. mikrofiltrācijas (MF) laikā, salīdzinot ar ultrafiltrāciju (UF), kur MF piesārņojumu izraisīja poru bloķēšana ar lielākām makromolekulām un organiskajiem koloīdiem, savukārt UF (kuram ir mazākas poras) plūsmas samazināšanos izraisīja gēla slāņa veidošanās, kas ir vieglāk maināma nekā poru bloķēšana. Interesanti, ka tika konstatēts, ka membrānu hidrofobajām / hidrofilajām īpašībām ir minimāla ietekme uz membrānas piesārņojumu.
Pierādījums ir pilotā...
Kāpēc ir tik daudz dažādu secinājumu par to, kuras NOM frakcijas ir atbildīgas par membrānas piesārņojumu? Vai tas ir tāpēc, ka membrānas piesārņojums ir saistīts ar NOM un membrānas īpašību kombināciju, kas nav aplūkotas vienlaikus, vai arī ir vēl kāda īpašība, kas vēl nav identificēta?
Secinājums ir tāds, ka visi kritiskie mainīgie ir identificēti, bet neviens vēl nav (vismaz tiktāl, cik es atklāju) tos visus aplūkojis vienā pētījumā. Darbs, ko veica Lī et al. nāk vistuvāk. Dažādām NOM frakcijām ir atšķirīga ietekme uz membrānām ar dažādām īpašībām. Tas veido diezgan sarežģītu pētniecības matricu. Ja meklējat membrānas apstrādi konkrētam ūdens avotam, jums ir jānovērtē vismaz viens NOM mainīgo kopums.
Diemžēl mēs vēl neesam tajā vietā, kur mēs varam pienācīgi nodrukāt NOM ūdens avotā, lai varētu paredzēt konkrēta membrānas veida piesārņojuma potenciālu. To noteiks tikai ar izmēģinājumiem un kļūdām nepārtraukti darbināmā izmēģinājuma iekārtā. Izvēloties priekšapstrādes procesu, neņemot vērā konkrētā NOM piesārņojuma īpašības membrānas padeves ūdenī, kā apstrādes mērķi ir maldīgi izvirzīts kopējais NOM noņemšanas mērķis.
Atsauces
1. Hovs, K; Klārks, M; "Koagulācijas pirmapstrādes ietekme uz membrānas veiktspēju", žurnāls AWWA, 2006. gada aprīlis.
2. Jamamura, H; Kimura, K; Okajima, T; Tokumoto, H; Vatanabe, Y; "Funkcionālo grupu afinitāte membrānas virsmām: ietekme uz fizikāli neatgriezenisku piesārņojumu", Environmental Science & Technology, sējums. 42, Nr.. 14, 2008. gads.
3. Lī, N; Eimija, G; Croue, J; Bisons, H; "Identifikācija un izpratne par piesārņojumu zema spiediena membrānas (MF/UF) filtrācijā ar dabīgām organiskām vielām (NOM)", Water Research 38 (2004), 4511-4523.
