درک نقش غالب آلومینیوم در رسوب گیری کامپوزیت
غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) به دلیل حذف انتخابی یون‌های چند ظرفیتی، به یک جزء ضروری در تصفیه آب پیشرفته تبدیل شده‌اند و آنها را برای ارتقای آب آشامیدنی، آماده‌سازی آب خوراک صنعتی و سیستم‌های تصفیه تجاری مناسب-می‌کند. با این حال، سیستم های NF اغلب در حین کار با رسوب گیری سریع مواجه می شوند که با کاهش شار، افزایش فشار غشایی و افزایش فرکانس تمیز کردن آشکار می شود. این مسائل معمولاً به حضور ترکیبی مواد آلی طبیعی، یون های معدنی، فلزات کمیاب و منعقد کننده های باقی مانده نسبت داده می شود. با این حال،-داده‌های عملیاتی بلندمدت نشان داده‌اند که مهم‌ترین عامل رسوب‌گیری TOC یا سختی نیست، بلکه آلومینیوم (Al)-به‌ویژه گونه‌های آلومینیومی است که از فرآیندهای انعقادی منشأ می‌گیرند.
در طی یک مطالعه آزمایشی طولانی، تجزیه و تحلیل‌های غشایی-فولنت‌های سطحی، مقاومت در برابر رسوب‌گیری، و داده‌های عملیاتی چرخه متقابل نشان داد که آلومینیوم تأثیر قابل‌توجهی قوی‌تری بر رسوب‌زدگی غشاء NF نسبت به سایر شاخص‌های کیفیت آب دارد. اگرچه غلظت TOC در آب تغذیه به طور معمول بسیار بالاتر از سطح آلومینیوم است، آلومینیوم به طور مداوم بر ترکیب رسوب بر روی سطح غشاء غالب است. این به سطح پلی آمید با بار منفی غشاهای NF نسبت داده می شود که به راحتی گونه های آلومینیومی با بار مثبت را جذب می کند. پس از رسوب، آلومینیوم با مواد هیومیک، اسیدهای فولویک، یون‌های کلسیم دو ظرفیتی و سیلیکات‌ها برهم‌کنش می‌کند و ساختارهای پل پیچیده را تشکیل می‌دهد. این ساختارها باعث ایجاد رسوب کامپوزیت معدنی-آلی متراکم و محکم می شوند که بسیار مضرتر از مکانیسم های رسوب آلی یا معدنی فردی است.
شناسایی رسوب در مراحل مختلف بیشتر تایید می کند که آلومینیوم در مراحل اولیه رسوب گیری انباشته می شود. در مرحله اولیه، سطح غشاء در درجه اول حاوی آلومینیوم و ترکیبات آلومینوسیلیکات- مرتبط است. با پیشرفت رسوب، کلسیم و مواد آلی طبیعی به طور فزاینده‌ای بر روی سطح آماده‌شده آلومینیوم- انباشته می‌شوند که منجر به رسوب چند لایه می‌شود که منجر به کاهش شدید شار می‌شود. بنابراین، آلومینیوم نه تنها به عنوان رسوب‌دهنده عمل می‌کند، بلکه به‌عنوان آغازگر رسوب‌گیری نیز عمل می‌کند و تشکیل و تثبیت لایه‌های رسوب‌کننده مرکب را تسریع می‌کند.
تجزیه و تحلیل همبستگی آماری این نتیجه را تقویت می‌کند: زمان اجرای غشاء NF یک همبستگی مثبت قوی با غلظت آلومینیوم در خوراک- قوی‌تر از TOC یا کلسیم نشان می‌دهد. این بدان معنی است که حتی اگر سایر پارامترها نسبتاً ثابت بمانند، افزایش باقی مانده آلومینیوم به تنهایی می تواند سرعت رسوب را تسریع کند. بر اساس برازش مدل، حفظ یک چرخه عملیاتی NF پایدار در شرایط بازیافت بالا مستلزم محدود کردن آلومینیوم در آب تغذیه به تقریباً 68 میکروگرم در لیتر است، با عملکرد بهینه زمانی که غلظت‌ها زیر 50 میکروگرم در لیتر نگه داشته می‌شوند.
کنترل باقی مانده آلومینیوم به طور موثر از طریق تنظیم pH در مرحله انعقاد حاصل می شود. زایی و رفتار هیدرولیز پلی آلومینیوم کلرید (PAC) به pH بسیار حساس است. هنگامی که فرآیند انعقاد در محدوده pH 6.5 تا 7.0 انجام می شود، PAC تمایل به تشکیل پلیمرهای{4}}هیدروکسو{5} با بار بالا و قابل ته نشینی بیشتری دارد که می توانند به طور موثر توسط واحدهای فیلتراسیون پایین دستی مانند اولترافیلتراسیون یا فیلتراسیون دانه ای حذف شوند. این محدوده نه تنها انتقال آلومینیوم را به حداقل می رساند، بلکه با نیازهای معمول pH تصفیه آب آشامیدنی-همسو می شود. در نتیجه، کنترل دقیق pH در طول انعقاد نقش اصلی را در تثبیت عملکرد NF ایفا می کند.
نتایج آزمایشی بیشتر نشان می دهد که وقتی آلومینیوم در آب تغذیه NF به کمتر از ug/L 50 کاهش می یابد، غشا کاهش شار به طور قابل توجهی کندتر را تجربه می کند. تحت شرایط عملیاتی یکسان-مانند شار 18 L/m²·h و 85% بازیابی{5}}زمان اجرای کلی سیستم NF در مقایسه با شرایط با غلظت آلومینیوم بین 100-150 ug/L تقریباً دو برابر می‌شود. این بهبود مستقیماً به پاکسازی های شیمیایی کمتر، هزینه های عملیاتی کمتر و طول عمر طولانی غشاء ترجمه می شود.
از دیدگاه مهندسی، رسوب NF تحت تأثیر ترکیبی از منعقد کننده های باقیمانده، مواد آلی طبیعی، یون های سختی و سیلیکات ها قرار می گیرد. با این حال، در این شبکه رسوب گیری پیچیده، آلومینیوم نقش سه گانه ای ایفا می کند: آغاز رسوب غشایی، افزایش رسوب بعدی کلسیم و مواد آلی، و جامد کردن لایه های رسوب کامپوزیت. بنابراین، کنترل آلومینیوم موثرترین نقطه شروع برای بهبود عملکرد NF است. با بهینه سازی دوز منعقدکننده، تنظیم pH انعقاد، مدیریت نرخ بازیابی، و انتخاب غشاهای NF مقاوم در برابر رسوب-(مانند سری FR یا ULP)، مهندسان می توانند قابلیت اطمینان سیستم را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. پروتکل‌های تمیز کردن مناسب، از پایداری طولانی مدت- پشتیبانی می‌کنند.
به طور کلی، این تحقیق بینش روشنی را در مورد مکانیسم‌های رسوب غشاء NF در برنامه‌های درمانی پیشرفته ارائه می‌دهد. این نقش غالب آلومینیوم در تشکیل رسوب کامپوزیت را برجسته می کند و راهنمایی عملی برای طراحی سیستم های تصفیه NF کارآمدتر و انعطاف پذیرتر ارائه می دهد. برای گیاهانی که به دنبال افزایش عمر غشا، کاهش خطر رسوب گیری و افزایش تداوم عملیات هستند، کنترل سیستماتیک باقیمانده آلومینیوم تاثیرگذارترین استراتژی است.
