Wpływ właściwości substancji organicznych na blokowanie membran ultrafiltracyjnych

• Autorzy: Konieczny K. , Rajca M. , Bodzek M. , Gembołyś B.

Warianty tytułu

EN

Influence of NOM properties on the fouling of ultrafiltration membranes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad zjawiskiem blokowania membran ultrafiltracyjnych (fouling) podczas oczyszczania wody modelowej zawierającej naturalne substancje organiczne (NOM) w postaci kwasów humusowych. Badania przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych stosując zestaw badawczy Millipore z płaską membraną z celulozy (pow. 38,5 cm2) o granicznej masie cząsteczkowej (cut-off) 30 kDa. Wodę modelową oczyszczano w samodzielnym procesie UF oraz w procesie UF skojarzonym z koagulacją. Na podstawie wyników testów naczyniowych do koagulacji zastosowano siarczan glinu (4,1 gAl/m3) przy pH=7,0. Wodę modelową zawierającą tylko rozpuszczone substancje organiczne (<0,22 žm) poddano frakcjonowaniu na żywicach Amberlite XAD-7HP/4, otrzymując frakcje hydrofobową (HFO), transfilową (TFI) oraz hydrofilową (HFI). Do frakcjonowania zawartych w wodzie naturalnych substancji organicznych wg wielkości cząsteczek zastosowano ultrafiltrację, przy wykorzystaniu membran Nadir o granicznych masach cząsteczkowych (cut-off) 1 kDa, 3 kDa i 10 kDa. Stwierdzono, że w badanych substancjach organicznych dominowały związki o masie cząsteczkowej <1 kDa (ok. 78%). Wykazano, że w substancjach organicznych przeważała frakcja hydrofobowa (ok. 70%), która w znacznym stopniu powodowała blokowanie membrany ultrafiltracyjnej. Stwierdzono, że w procesie wstępnej koagulacji hydrofobowe cząsteczki wywołujące blokowanie membrany łączyły się w większe aglomeraty, które odkładając się na powierzchni membrany w mniejszym stopniu ograniczały strumień permeatu niż bez koagulacji. Podczas bezpośredniej ultrafiltracji (bez koagulacji) cząsteczki hydrofobowe (jak również hydrofilowe) blokując pory membran powodowały istotne zmniejszenie wydajności procesu.

EN

The phenomenon of ultrafiltration (UF) membrane fouling was investigated during treatment of a model water solution which contained natural organic matter (NOM) in the form of humic acids. The experiments were conducted under laboratory conditions, using a Millipore system with a flat cellulose membrane (surface area, 38.5 cm2) of 30 kDa cut-off. Water samples were treated in a direct UF process and in a UF process combined with coagulation. On the basis of jar test results, alum (4.1 gAl/m3) was chosen as a coagulant and coagulation was conducted at pH=7.0. The model solution that contained dissolved organic substances alone (<0.22 žm) was made subject to fractionation on XAD-7HP/4 resins, and thus hydrophobic (HFO), transphilic (TFI) and hydrophilic (HFI) fractions were obtained. To fractionate the NOM in the model solution according to molecular weight, the UF process was carried out with Nadir membranes of 1 kDa, 3 kDa and 10 kDa cut-offs. The study has produced the following findings: compounds of molecular weights lower than 1 kDa dominated in the NOM (accounting for approx. 78%); among the organic substances, the hydrophobic fraction (the one that largely contributed to membrane fouling) was dominant (approx. 70%); when use was made of coagulation as a prior step, the hydrophobic particles responsible for membrane fouling clustered together to form larger agglomerates, which deposited on the membrane surface and limited the permeate flux to a smaller extent than when coagulation was not applied. During direct UF (with no coagulation) hydrophobic particles (as well as the hydrophilic ones) blocked the pores of the membranes and thus substantially reduced the efficiency of the process.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie wody; substancje organiczne; związki hydrofobowe; związki hydrofilowe; ultrafiltracja; koagulacja

EN

water treatment; organic substances; hydrophobic compounds; hydrophilic compounds; ultrafiltration; coagulation

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 30, nr 3
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Konieczny K.

autor

Rajca M.

autor

Bodzek M.

autor

Gembołyś B.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, ul. S. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• 1. M. BODZEK, K. KONIECZNY: Wykorzystanie procesów membranowych w uzdatnianiu wody. Projprzem-EKO, Bydgoszcz 2005.
• 2. M. KABSCH-KORBUTOWICZ: Ciśnieniowe procesy separacji membranowej. Wodociągi Kanalizacja 2007, nr 5(39), ss. 40–44.
• 2. M. KABSCH-KORBUTOWICZ: Usuwanie naturalnych substancji organicznych z wody w zintegrowanym procesie MIEX®–ultrafiltracja. Ochrona Środowiska 2006, vol. 28, nr 1, ss. 17–22.
• 4. M. BODZEK, D. ZAWADZKA, M. RAJCA, K. KONIECZNY: Badanie foulingu membran podczas oczyszczania wody metodą ultrafiltracji. Inżynieria i Ochrona Środowiska 2007, vol. 10, nr 4, ss. 249–267.
• 5. E. AUSTIN, A.I. SCHÄFER, A.G. FANE, T.D. WAITE: Ultrafiltration of natural organic matter. Separ. Purif. Technol. 2001, Vol. 22–23, pp. 63–78.
• 6. A.M. ZULARISAM, A.F. ISMAIL, R. SALIM: Behaviors of natural organic matter in membrane filtration for surface water treatment – A review. Desalination 2006, Vol. 194, pp. 211–231.
• 7. Y. CHEN, B.Z. DONG, N.Y. GAO, J.C. FAN: Effect of coagulation pretreatment on fouling of an ultrafiltration membrane. Desalination 2007, Vol. 204, pp. 181–188.
• 8. M. RAJCA, M. BODZEK, B. GEMBOŁYŚ, K. KONIECZNY: Wpływ własności hydrofilowo-hydrofobowych na fouling membran w procesie oczyszczania wody metodą ultrafiltracji, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2008, vol.49, ss. 215–222.
• 9. M. RAJCA, M. BODZEK, K. KONIECZNY: Badanie „foulingu” membran podczas oczyszczania wody metodą niskociśnieniowej filtracji membranowej. Instal 2007, nr 4, ss. 62–66.
• 10. M. BODZEK, M. RAJCA, K. KONIECZNY, B. GEMBOŁYŚ: Wpływ wielkości cząsteczek NOM na fouling membran ultra filtracyjnych. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2008, vol.49, ss. 207–213.
• 11. M. BODZEK, K. KONIECZNY, M. RAJCA: Hybrid membrane processes in removal of pollutants from natural water. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2005, vol. 32, ss. 143–153.
• 12. M. KENNEDY, H. HYOUNG, V. YANGALI, B. HEIJMAN, J. SCHIPPERS: Natural organic matter (NOM) fouling of ultrafiltration membranes: Fractionation of NOM in surface water and characterization by LC-OCD. Desalination 2005, Vol.178, pp. 73–83.
• 13. M. MOŁCZAN, M. SZLACHTA, A. KARPIŃSKA, A. BIŁYK: Zastosowanie absorbancji właściwej w nadfiolecie (SUVA) w ocenie jakości wody. Ochrona Środowiska 2006, vol. 28, nr 4, ss. 11–16.
• 14. M. BODZEK, M. RAJCA, K. KONIECZNY: Investigations concerning the mechanism of the „fouling” of membranes in the course of the direct microfiltration and in the hybrid system of coagulation and microfiltration. Polish J. Environ. Studies 2007, Vol. 16, No. 2A, pp. 172–176.