NOM fouling mechanism during ultrafiltration

• Autorzy: Rajca M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of the study focused on membrane fouling during ultrafiltration water treatment. Natural organic matter (NOM) plays a significant role in the fouling of ultrafiltration membranes. Surface water from Paprocany Lake (Tychy) and Czarna Przemsza River (Bedzin) were used in the experiments. The aim of the study was to get a better understanding of the interactions between the fractional components of NOM (fraction <0.22 ěm, HPO and HPI) and hydrophilic cellulose membranes by Nadir (cut-off 30 kDa) under different pH conditions (pH equal to ca.7 and ca.2). The NOM fractionation showed that surface water contained small amount of colloids and suspended substances >0.22 ěm and in the fraction <0.22 ěm the hydrophilic fraction was predominated. The results of the filtration of NOM fractions (fraction <0.22 ěm, HPO, HPI) suggested that the decrease of pH of filtered streams (to pH ca.2) as well as the hydrophobic fraction exerted an essential influence on the ultrafiltration membranes fouling. The analysis of the fouling mechanism based on Hermia’s model allowed to declare that the membrane blocking (complete, standard and transient blocking) observed during the one-hour filtration could be described by the mixed mechanism.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań foulingu membran podczas oczyszczania wody za pomocą ultrafiltracji. Naturalne substancje organiczne (NOM) zawarte w wodzie odgrywają znaczną rolę w foulingu membran ultrafiltracyjnych. W badaniach zastosowano wodę powierzchniową z jeziora Paprocany (Tychy) oraz z rzeki Czarna Przemsza (Będzin). Przedmiotem badań było rozpoznanie i zrozumienie wzajemnego oddziaływania pomiędzy frakcjami NOM (frakcja <0.22 Μm, HFO i HFI) dla dwóch odczynów (pH ok. 7 i 2) i hydrofilowymi membranami z celulozy firmy Nadir (cut-off 30 kDa). Wyniki frakcjonowania NOM wykazały, że charakterystyczną cechą wody powierzchniowej jest niewielka zawartość substancji koloidalnych i zawiesinowych >0.22 Μm oraz przeważa w niej frakcja hydrofilowa. Wyniki filtracji frakcji NOM (frakcja <0.22 Μm, HFO, HFI) sugerują, iż obniżenie odczynu filtrowanych strumieni (do pH ok. 2) oraz frakcja hydrofobowa (HFO) mają istotny wpływ na fouling membran ultrafiltracyjnych. Analiza mechanizmu foulingu oparta o model "Hermii" pozwoliła stwierdzić, że blokowanie membran z celulozy podczas godzinnej filtracji (kompletne, standardowe i przejściowe) zachodzi według mechanizmu mieszanego.

Słowa kluczowe

EN

natural organic matter; ultrafiltration; fouling; water treatment; fractionation; NOM

PL

naturalna substancja organiczna; ultrafiltracja; fouling; oczyszczanie wody; frakcjonowanie

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 4, no. 1
• Strony: 113--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Rajca M.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Horsch P., Gorenflo A., Fuder C., Deleage A., Frimmel F.H.; Biofouling of ultra- and nanofiltration membranes for drinking water treatment characterized by fluorescence in situ hybridization (FISH), Desalination, 172, 2005, p.41-52
• [2] Zularisam A.W., Ismail A.F., Salim R.; Behaviours of natural organic matter in membrane filtration for surface water treatment – a review, Desalination, 194, 2006, p.211-231
• [3] Kabsch-Korbutowicz M.; Application of ultrafiltration together with coagulation for improved NOM removal, Desalination, 174, 2005, p.13-22
• [4] Raczyk-Stanisławiak U., Świetlik J., Nawrocki J.; Badania wpływu chloru, dwutlenku chloru i ozonu na stabilność biologiczną wody (Effect of Chlorine, Chlorine Dioxide and Ozone on thy Biological Stability of Water) Ochrona Środowiska, 3, 2005, p.33-37 (in Polish)
• [5] Bodzek M., Konieczny K.; Wykorzystanie technik membranowych w uzdatnianiu wody do picia – stan wiedzy (Application of membrane processes in water treatment – state of art.) Instal, 4, 2007, p.58-61 (In Polish)
• [6] Jung C.W., Son H.J.; Evaluation of membrane fouling mechanism in various membrane pretreatment processes, Desalination and Water Treatment, 2, 2009, p.195-202
• [7] Kennedy M., Hyoung H., Yangali V., Heijman B., Schippers J.; Natural organic matter (NOM) fouling of ultrafiltration membranes: Fractionation of NOM in surface water and characterization by LC-OCD, Desalination, 178, 2005, p.73-83
• [8] Bodzek M., Zawadzka D. Rajca M., Konieczny K.; Badanie foulingu membran podczas oczyszczania wody metodą ultrafiltracji (Investigation of the fouling of membranes during water treatment by means of ultrafiltration) Inżynieria i Ochrona Środowiska, 10, 2007, p.249-267 (in Polish)
• [9] Rajca M., Bodzek M., Gembołyś B., Konieczny K.; Wpływ własności hydrofilowo/ hydrofobowych NOM na fouling membran w procesie oczyszczania wody metodą ultrafiltracji (Influence of hyrophilichydrophobic properties of NOM onto membrane fouling in water treatment using UF) MonografieKomitetu Inżynierii Środowiska PAN, Lublin 49, 2008, p.215-222 (in Polish)
• [10] Jung Ch-W., Son H-J., Kang L-S.; Effects of membrane material and pretreatment coagulation on membrane fouling: fouling mechanism and NOM removal, Desalination, 197, 2006, p.154-164
• [11] Fan L.H., Harris J.L., Roddick F.A.; Booker N.A.; Influence of the characteristics of natural organic matter on the fouling of microfiltration membranes, Water Research, 35, 2001, p.4455-4463
• [12] Aiken G. R., McKnight D. M., Thorn K. A.; Thurman E. M.; Isolation of hydrophilic organic acids from water using nonionic macroporous resins, Organic Geochemistry, 4, 1992, p.567-573
• [13] Thurman E. M., Malcolm R. L.; Preparative isolation of aquatic humic substances, Environmental Science&Technology, 4, 1981, p.463-466
• [14] Kim H-Ch., Dempsey B.A.; Effects of wastewater effluent organic materials on fouling in ultrafiltration, Water Research, 42, 2008, p.3379-3384
• [15] Mołczan M., Szlachta M., Karpińska A., Biłyk A.; Zastosowanie absorbancji właściwej w nadfiolecie (SUVA) w ocenie jakości wody (Water Quality Assessment in Terms of Specific UV Absorbance) Ochrona Środowiska, nr 4, 2006, p.11-16 (in Polish)
• [16] Braghetta A., DiGiano F.A., Ball W.P.; Nanofiltration of natural organic matter: pH and ionic strenght effects, J. Environ. Eng. ASCE 123, 7, 1997, p.628-641
• [17] Nilson J.A., DiGiano F.A.; Influence of NOM composition on nanofiltration, J. Am. Water Works Assoc., 88, 5, 1996, p.53-66
• [18] Park CH., Lee Y.H., Lee S., Hong S.; Effect of cake layer structure on colloidal fouling in reverse osmosis membranes, Desalination, 220, 2008, p.335-344
• [19] Hermia J.; Constant presure blocking filtration laws –application to power-law non-newtonian fluids, Trans IChemE., 60, 1982, p.183-187
• [20] Kennedy M., Zhizhong L., Febrina E., Van Hoof S., Schippers J.; Affects of coagulation on filtration mechanism in dead-end ultrafiltration, Proceedings of “Membranes in Drinking and Industrial Water Production MDIW 2002”, Mulheim an der Ruhr, Germany, 37a, 2002, p.185-192