Fouling of membranes during ultrafiltration of surface water (NOM)

• Autorzy: Bodzek M. , Płatkowska A. , Rajca M. , Komosiński K.

Warianty tytułu

PL

Fouling membran podczas ultrafiltracji wody powierzchniowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of studies focused on membrane fouling during surface water treatment by use, of ultrafiltration, coagulation/sedimentation/ultrafiltration and in-line coagulation/ultrafiltration processes were presented. Medium- and low-molecular organic compounds (NOM) that are not rejecting in UF/MF process tan be remove by use of pre-coagulation. The surface water used in the tests coming from Smieszek Lake located in Zory (Silesia province, Poland) contained organic matter of about 14 mg/dm3 TOC. Aluminum su1fate was used in both coagula-tions (4.9 mg Al/dm3, pH = 7.0). Molecular mass distribution in feed water and permeates was determined by use of high performance size exclusion (HPSEC). Applications of coagulation/sedimentation/ultrafiltration and in-line coagulation/ultrafiltration processes in water treatment allowed to get better quality of permeate than in ultrafiltration process alone. The smallest flux decline and the highest membrane capacity were observed in in-line coagulation/ultrafiltration process. Molecular weight distribution showed that integrated/hybrid processes allow rejecting molecules > 10 kDa in the highest degree. These molecules were responsible for membrane blocking as they deposit on surface and/or in membrane pores. The paper also presents impact hydrophobicity/hydrophilicity of NOM on UF membrane fouling. From isolated fractions the hydrophobic fraction of NOM caused the largest flux decline, while hydrophilic fraction - the smallest. Transphilic fraction pollutants were removed in highest grade. They might have a significant influence on membrane fouling.

PL

Przedstawiono wyniki badania intensywności foulingu membran podczas oczyszczania wody naturalnej w procesie jednostkowym ultrafiltracji, zintegrowanym koagulacji klasycznej/ultrafiltracji oraz hybrydowym koagulacji in-line/ultrafiltracji zawierającej naturalne substancje organiczne (NOM). Wstępna koagulacja umożliwia usunięcie średnio- i małomolekularnych związków organicznych, które w samodzielnym procesie UF/MF nie są usuwane. W badaniach stosowano wodę powierzchniową z jeziora Śmieszek, zlokalizowanego na terenie miasta Żory, charakteryzującą się zawartością związków organicznych na poziomie ok. 14 mg TOC/dm3. W procesie koagula-cji zastosowano siarczan glinu (4,9 mg Al/dm3, pH = 7,0). W strumieniach powstających podczas procesu oczyszczania wyznaczono rozkład mas molekularnych za pomocą HPSEC. Zastosowanie układu hybrydowego/zintegrowanego do oczyszczania wody zawierającej substancje organiczne pozwoliło na uzyskanie permeatu lepszej jakości niż w bezpośredniej UF. Ponadto proces koagulacji in-line/UF w największym stopniu zmniejszył fouling membrany UF i w konsekwencji polepszył jej wydajność. Rozkład mas molekularnych wykazał, iż w procesach zintegrowanych/hybrydowych w największym stopniu zostały zatrzymane molekuły o rozmiarach> 10kDa. Molekuły te są odpowiedzialne za zjawisko blokowania membran, osadzając się na powierzchni i/lub w porach. Określano również wpływ hydrofilowości/hydrofobowości substancji organicznej na zjawisko blokowania membran ultrafiltracyjnych. Spośród wyizolowanych trakcji NOM trakcja hydrofobowa NOM spowodowała największy spadek strumienia permeatu, podczas gdy hydrofilowa najmniejszy. W największym stopniu zatrzymane zostały zanieczyszczenia trakcji transfilowej, które mogą znacząco przyczynić się do zjawiska foulingu.

Słowa kluczowe

EN

ultrafiltration; coagulation; natural organic matter (NOM); hydrophobicity/hydrophilicity; chromatography - HPSEC

PL

ultrafiltracja; koagulacja; naturalne substancje organiczne (NOM); hydrofilowość; hydrofobowość; wysokosprawna chromatografia wykluczenia objętościowego (HPSEC)

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 16, nr 1-2
• Strony: 107--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bodzek M.

autor

Płatkowska A.

autor

Rajca M.

autor

Komosiński K.

• Institute of Water and Wastewater Engineering, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Silesian Uni-versity of Technology, ul. S. Konarskiego 18,44-100 Gliwice, tel./fax: [phone],

Bibliografia

• [1] Bodzek M. and Konieczny K.: Wykorzystanie procesów membranowych w uzdatnianiu wody. Ofic. Wyd. Projprzem-EKO, Bydgoszcz 2005.
• [2] Hörsch P., Gorenflo A., Fuder C., Deleage A. and Frimmel F.H.: Biofouling of ultra- and nanofiltration membranes for drinking water treatment characterized by fluorescence in situ hybridization (FISH), Desalination, 2005, 172, 41-52.
• [3] Eikebrokk B., Gjessing E. and Rdegaard H.: Why NOM removal is important. Utilization of NOM characteristics to improve process selection and performance - workshop results, Wydawnictwo internetowe, Berlin 2001.
• [4] Kabsch-Korbutowicz M.: Application of ultrafiltration together with coagulation for improved NOM removal, Desalination, 2005, 174, 13-22.
• [5] Raczyk-Stanisławiak U., Świetlik J. and Nawrocki J.: Badania wpływu chloru, dwutlenku chloru i ozonu na stabilność biologiczną wody, Ochr. Środow., 2005, 3, 33-37.
• [6] Bodzek M. and Konieczny K.: Ultrafiltracja wspomagana koagulacją jako nowa metoda uzdatniania wody do picia - przegląd piśmiennictwa, Chem. Inż. Ekol., 2005, 12, 335-354.
• [7] Bodzek M., Konieczny K. and Rajca M.: Procesy hybrydowe w usuwaniu zanieczyszczeń z wód naturalnych, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2005, 32, 143-153.
• [8] Bodzek M., Zawadzka D. Rajca M. and Konieczny K.: Badanie foulingu membran podczas oczyszczania wody metodą ultrafiltracji, Inż. Ochr. Środow., 2007, 10, 249-267.
• [9] Lahoussine-Turcaudlle V., Wiesner M.R. and Bottero J.Y.: Fouling in tangential flow ultrafiltration: The effect of colloid size and coagulation pretreatment, J. Membr. Sci., 1990, 52 173-190.
• [10] Zularisam A.W., Ismail A.F., Salim M.R., Sakinah M. and Ozaki H.: The effects of natural organic matter (NOM) fractions on fouling characteristics and flux recovery of ultrafiltration membranes, Desalination, 2007, 212, 191-208.
• [11] Mołczan M., Szlachta M., Karpińska A. and Biły A.: Zastosowanie absorbancji właściwej w nadfiolecie (SUVA) w ocenie jakości wody, Ochr. Środow., 2006, 4, 11-16.
• [12] Rajca M., Bodzek M., Gembołyś B. and Konieczny K.: Wpływ własności hydrofilowo/ hydrofobowych NOM na fouling membran w procesie oczyszczania wody metodą ultrafiltracji, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Lublin 2008, 49, 215-222.
• [13] Jung C.-W., Son H.-J. and Kang L-S.: Effects of membrane material and pretreatment coagulation on membrane fouling: fouling mechanism and NOM removal, Desalination, 2006, 197, 154-164.
• [14] Lee S., Kim S., Cho J. and Hoek E.M.V.: Natural organic matter fouling due to foulant-membrane physicochemical interactions, Desalination, 2007, 202, 377-384.
• [15] Rajca M., Bodzek M. and Konieczny K.: Badanie "foulingu" membran podczas oczyszczania wody metodą niskociśnieniowej filtracji membranowej, Materiały IV Ogólnopolskiej Konferencji Naukowo-Technicmej "Aktualne zagadnienia w uzdatnianiu i dystrybucji wody", Szczyrk 2007, 217-226.
• [16] Choksuchart P., Heran M. and Grasmick A.: Ultrafiltration enhanced by coagulation in an immersed membrane system, Desalination, 2002, 145, 265-272.