غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) به دلیل توانایی آنها در حذف مواد آلی، یون‌های سختی و آلاینده‌های کمیاب، در تصفیه آب پیشرفته اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده‌اند. با این حال، در طول کارکرد طولانی مدت، سیستم‌های NF اغلب با کاهش شار سریع، نیازهای تمیز کردن مکرر و چرخه‌های عملیاتی کوتاه‌تر مواجه می‌شوند. علت اصلی در ماهیت پیچیده و سریع در حال توسعه- رسوب غشایی نهفته است. اگرچه آب طبیعی حاوی طیف وسیعی از مواد است که ممکن است در ایجاد رسوب نقش داشته باشد، اما مطالعات مقیاس مهندسی{5} نشان می‌دهد که عامل تعیین‌کننده واقعی پیشرفت رسوب، مواد آلی مشکوک، سختی یا کدورت نیست، بلکه بیشترآلومینیومو رسوبات کامپوزیتی که همراه با کلسیم، سیلیس و مواد آلی تشکیل می دهد.
لایه فعال غشاهای NF به طور معمول حامل بار سطحی منفی است و شامل گروه های عاملی مانند گروه های کربوکسیل است. این ویژگی‌ها غشاء را به شدت مستعد جذب یون‌های فلزی با بار مثبت یا پیچیده-می‌کند که آلومینیوم یکی از واکنش‌پذیرترین آنهاست. حتی زمانی که غلظت آن در آب خوراک کم است، آلومینیوم می‌تواند به سرعت در سطح غشاء جمع شود و یک لایه رسوب اولیه تشکیل دهد که ساختارهای رسوب‌کننده پیچیده‌تر و متراکم‌تری را ایجاد می‌کند. همانطور که عملیات ادامه می یابد، آلومینیوم با مواد آلی، سیلیس و کلسیم برای ایجاد واکنش های مختلف پل زدن یا کمپلکس شدن تعامل می کند. این فعل و انفعالات رسوب را از-رسوب نقطه اولیه به یک لایه- ژل بزرگ تبدیل می کند که مقاومت هیدرولیکی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد، کاهش شار نرمال شده را تسریع می کند و در نهایت چرخه تمیز کردن را کوتاه می کند.
نگاهی دقیق تر به ترکیب لایه های رسوب دهنده نشان می دهد که در حالی که کربن آلی، کلسیم و سیلیس اجزای رایج هستند، آلومینیوم به طور مداوم نقش مرکزی را ایفا می کند. مواد آلی طبیعی مانند اسیدهای هیومیک و فولویک مستعد تشکیل کمپلکس با یون‌های فلزی هستند و کلسیم می‌تواند به عنوان یک عامل پل ارتباطی بین ترکیبات آلی عمل کند. هنگامی که آلومینیوم در این واکنش ها شرکت می کند، لایه رسوب گیری فشرده تر و چسبندگی قوی تر می شود. با گذشت زمان، مقاومت در برابر رسوب گیری از رسوب ساده به مقاومت لایه ژل-و رسوب داخلی غیرقابل برگشت تغییر می کند که تنها از طریق فلاشینگ فیزیکی قابل حذف نیست. این توسعه سرعت رسوب را تسریع می کند و غشا را به سمت زوال عملکرد سریع سوق می دهد.
اهمیت آلومینیوم بیشتر با همبستگی قوی آن با طول چرخه عملیاتی NF نشان داده می شود. تجزیه و تحلیل آماری-داده‌های عملیاتی طولانی‌مدت نشان می‌دهد که میزان رسوب، که در طول هر چرخه فیلتراسیون منعکس می‌شود، قوی‌ترین همبستگی را با غلظت آلومینیوم در آب خوراک-به مراتب بالاتر از TOC یا سختی دارد. هنگامی که غلظت آلومینیوم خوراک بین 100 تا 150 ug/L باشد، چرخه عملیاتی سیستم NF بسیار کوتاه می شود. با این حال، زمانی که آلومینیوم به کمتر از ug/L 50 کاهش یابد، چرخه عملیاتی غشا را می توان بیش از دو برابر افزایش داد. این نشان می دهد که آلومینیوم صرفاً یک جزء رسوب کننده نیست. این یک استعامل القا کننده رسوب واقعی-که تعیین می کند غشا چه زمانی وارد مرحله رسوب سریع می شود.
از آنجایی که بیشتر آلومینیوم از مواد شیمیایی انعقادی که در پیش تصفیه استفاده می‌شوند-مانند PAC یا زاج{1}}منشأ می‌گیرد، کاهش غلظت باقیمانده آن برای پایداری NF بسیار مهم است. در میان تمام اقدامات کنترلی، تنظیم PH آب تغذیه- ساده ترین و موثرترین است. نوع آلومینیوم در آب به شدت به pH{5}} بستگی دارد. در محدوده pH 6.5 تا 7.0، راندمان انعقاد به طور قابل توجهی بهبود می یابد و آلومینیوم عمدتاً در اشکال پلیمری وجود دارد که از طریق ته نشینی یا اولترافیلتراسیون بسیار راحت تر حذف می شوند. این امر غلظت آلومینیوم پلیمری محلول یا کم{10}را که به سیستم NF می‌رسد را بسیار کاهش می‌دهد. نتایج تجربی نشان می‌دهد که وقتی pH خوراک روی 6.5-7.0 تنظیم می‌شود، آلومینیوم باقیمانده به تقریباً 25-48 ug/L کاهش می‌یابد، که مزیت قابل‌توجهی در عملیات NF بعدی ایجاد می‌کند.
بهبود حاصل از کاهش آلومینیوم را می توان به وضوح در طول عملیات واقعی مشاهده کرد. تحت شرایط شار و بازیابی یکسان، آب خوراک آلومینیومی بالا- باعث کاهش سریع شار می‌شود، در حالی که آب تغذیه کم-آلومینیوم منجر به پوسیدگی شار بسیار کندتر می‌شود. منحنی رسوب به طور قابل توجهی صاف تر می شود و عملکرد غشایی پایدارتر را منعکس می کند. این نه تنها چرخه عملیاتی را گسترش می دهد، بلکه فرکانس تمیز کردن شیمیایی، هزینه های شیمیایی و پیچیدگی کلی عملیات را کاهش می دهد.
به طور خلاصه، رسوب گیری در سیستم های نانوفیلتراسیون توسط یک آلاینده منفرد انجام نمی شود، بلکه توسط یک ساختار ترکیبی متمرکز بر آلومینیوم و تقویت شده توسط کلسیم، مواد آلی و سیلیس انجام می شود. آلومینیوم نقش‌های متعددی را ایفا می‌کند-در شروع، تسریع و پل زدن واکنش‌های رسوب‌زدگی-که آن را به مهم‌ترین عامل مؤثر بر میزان رسوب NF تبدیل می‌کند. با بهینه سازی شرایط انعقاد، کنترل دوز منعقدکننده و حفظ PH آب خوراک بین 6.5 تا 7.0، اپراتورها می توانند تا حد زیادی باقیمانده آلومینیوم را کاهش دهند و رسوب غشاء را در منبع کاهش دهند. این رویکرد به طور قابل توجهی چرخه عملیاتی غشاهای NF را گسترش می دهد و پایداری کلی و اثربخشی هزینه سیستم های پیشرفته تصفیه آب را افزایش می دهد.
