나노여과(NF) 멤브레인은 유기물, 경도 이온 및 미량 오염물질을 제거하는 능력으로 인해 고급 수처리에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 그러나 장기간-작동하는 동안 NF 시스템은 급격한 플럭스 감소, 더 빈번한 청소 요구 사항 및 단축된 작동 주기에 직면하는 경우가 많습니다. 근본 원인은 막 오염의 복잡하고 빠른 속도로 발전하는-특성에 있습니다. 자연수에는 오염에 기여할 수 있는 광범위한 물질이 포함되어 있지만 엔지니어링{5}} 규모의 연구에 따르면 오염 진행의 진정한 결정 요인은 일반적으로 의심되는 유기물, 경도 또는 탁도가 아니라 오히려알류미늄그리고 칼슘, 실리카, 유기물과 함께 형성되는 복합 오염물입니다.
NF 막의 활성층은 일반적으로 음의 표면 전하를 가지며 카르복실기와 같은 작용기를 포함합니다. 이러한 특성으로 인해 멤브레인은 양전하를 띠거나 착물을 형성하는 -금속 이온의 흡착에 매우 취약하게 되며, 알루미늄은 가장 반응성이 높은 금속 이온 중 하나입니다. 급수 내 농도가 낮더라도 알루미늄은 막 표면에 빠르게 축적되어 더 복잡하고 밀도가 높은 오염 구조를 유발하는 초기 오염층을 형성할 수 있습니다. 작업이 계속됨에 따라 알루미늄은 유기물, 실리카 및 칼슘과 상호 작용하여 다양한 가교 또는 착화 반응을 생성합니다. 이러한 상호 작용은 파울링을 초기-점 퇴적에서 수력 저항을 크게 증가시키는 넓은-면적 겔 층으로 변환시켜 표준화된 플럭스의 감소를 가속화하고 궁극적으로 세척 주기를 단축시킵니다.
오염층의 구성을 자세히 살펴보면 유기 탄소, 칼슘 및 실리카가 일반적인 구성 요소인 반면 알루미늄은 지속적으로 중심 역할을 차지하고 있음을 알 수 있습니다. 휴믹산과 풀빅산 같은 천연 유기물은 금속 이온과 복합체를 형성하기 쉬우며 칼슘은 유기 화합물을 연결하는 가교 역할을 할 수 있습니다. 알루미늄이 이러한 반응에 참여하면 생성된 오염층은 더욱 조밀해지고 접착력이 강해집니다. 시간이 지남에 따라 오염 저항성은 단순한 증착에서 겔{3}}층 저항으로 바뀌고 물리적 세척만으로는 제거할 수 없는 되돌릴 수 없는 내부 오염이 발생합니다. 이러한 개발로 인해 오염 속도가 가속화되고 멤브레인의 성능이 급속히 저하됩니다.
알루미늄의 중요성은 NF 작동 주기 길이와의 강한 상관관계를 통해 더욱 잘 드러납니다. 장기 운영 데이터에 대한 통계적 분석에 따르면-각 여과 주기에 반영된 오염률은 TOC 또는 경도보다 훨씬 높은 급수 내 알루미늄 농도와-가장 강한 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 공급 알루미늄 농도가 100~150ug/L 이내로 떨어지면 NF 시스템의 작동 주기가 매우 짧아집니다. 그러나 알루미늄을 50ug/L 미만으로 줄이면 멤브레인의 작동 주기가 2배 이상 연장될 수 있습니다. 이는 알루미늄이 단지 하나의 오염 성분이 아니라는 것을 보여줍니다. 그것은실제 오염-유발 요인이는 막이 급속 오염 단계에 진입하는 시점을 결정합니다.
대부분의 알루미늄은 PAC 또는 명반과 같은 전처리에 사용되는 응고 화학물질에서 유래하므로-잔류 농도를 줄이는 것이 NF 안정성에 매우 중요합니다. 모든 통제 조치 중에서 사료{3}}물의 pH를 조정하는 것이 가장 간단하고 효과적입니다. 물 속의 알루미늄 종분화는 pH-에 크게 의존합니다. 6.5~7.0의 pH 범위 내에서는 응고 효율이 크게 향상되며, 알루미늄은 주로 침전이나 한외여과를 통해 제거하기 훨씬 쉬운 고분자 형태로 존재합니다. 이는 NF 시스템에 도달하는 용해된 알루미늄 또는 저{10}}폴리머 알루미늄의 농도를 크게 감소시킵니다. 실험 결과에 따르면 공급 pH를 6.5~7.0으로 조정하면 잔류 알루미늄이 약 25~48ug/L로 감소하여 후속 NF 작업에 상당한 이점을 제공하는 것으로 나타났습니다.
알루미늄 감소로 인한 개선은 실제 작동 중에 명확하게 관찰될 수 있습니다. 동일한 플럭스 및 회수 조건에서 높은-알루미늄 공급수는 급격한 플럭스 감소를 일으키는 반면, 낮은-알루미늄 공급수는 플럭스 붕괴를 훨씬 느리게 만듭니다. 파울링 곡선은 눈에 띄게 평탄해지며 이는 보다 안정적인 멤브레인 성능을 반영합니다. 이는 운영 주기를 연장할 뿐만 아니라 화학적 세척 빈도, 화학적 비용 및 전반적인 운영 복잡성을 줄여줍니다.
요약하면, 나노여과 시스템의 오염은 단일 오염물질에 의해 발생하는 것이 아니라 알루미늄을 중심으로 칼슘, 유기물 및 실리카로 강화된 복합 구조에 의해 발생합니다. 알루미늄은 오염 반응을 시작, 가속화 및 연결하는-다양한 역할을 수행하므로 NF 오염률에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 응고 조건을 최적화하고, 응고제 투여량을 제어하고, 공급수-의 pH를 6.5~7.0으로 유지함으로써 운영자는 알루미늄 잔류물을 크게 줄이고 소스에서 막 오염을 완화할 수 있습니다. 이 접근 방식은 NF 멤브레인의 작동 주기를 크게 연장하고 고급 수처리 시스템의 전반적인 안정성과 비용 효율성을 향상시킵니다.{8}}
