Badanie foulingu membran podczas oczyszczania wody metodą ultrafiltracji

• Autorzy: Bodzek M. , Zawadzka D. , Rajca M. , Konieczny K.

Warianty tytułu

EN

Investigations of the fouling of membranes during water treatment by use of ultrafiltration process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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 dwa rodzaje wód surowych: roztwór modelowy (sporządzony poprzez rozpuszczenie w wodzie wodociągowej sproszkowanego kwasu humusowego firmy Sigma-Aldrich w ilości ok. 20 mgOWO/dm3) oraz wodę naturalną (z rzeki Czarna Przemsza o zawartości związków organicznych na poziomie ok. 5 mgOWO/dm3). Przedmiotem badań było rozpoznanie i zrozumienie wzajemnego oddziaływania pomiędzy frakcjami NOM i hydrofilowymi membranami z celulozy FM UC030 i polieterosulfonu FM UII030 (cut-off 30 kDa) firmy Nadir. Wodę surową zawierającą substancje organiczne filtrowano przez filtr 0,22 um i otrzymano frakcję rozpuszczoną, którą w dalszej kolejności rozdzielano na frakcje hydrofobową (HFO), transfilową (TFI) i hydrofilową (HFI) przy użyciu polimerowych adsorbentów Amberlite XAD-7HP/4 firmy Rohm&Haas. Wyniki frakcjonowania wykazały, że charakterystyczną cechą wody naturalnej jest niewielka zawartość substancji koloidalnych i zawiesinowych > 0,2 um (5%) w porównaniu do wody modelowej (67%). W wodzie naturalnej przeważa frakcja hydrofilowa (48%), a w modelowej frakcja hydrofobowa (29%). W tej pierwszej występują również znaczące ilości pozostałych frakcji, natomiast w wodzie modelowej zawartości frakcji transfilowej i hydrofilowej są niewielkie (3 i 1%). Wyniki filtracji frakcji NOM (HFO, HFI, TFI) sugerują, iż frakcja hydrofobowa (HFO) ma istotny wpływ na fouling membran ultrafiltracyjnych. Wykazano znaczącą rolę wielkości cząstek w oczyszczanej wodzie w zjawisku blokowania membran.

EN

The paper presents the research results of membrane fouling during ultrafiltration water treatment Natural organic matter (NOM) plays a significant role in the fouling of ultrafiltration membranes. In the experiments, two kinds of raw water were used: model water (obtained by dissolving powdered humic acid manufactured by Sigma-Aldrich in tap water at a concentration corresponding to 20 mg/dm3 of total organic carbon (TOC)) and natural water (collected in the Czarna Przemsza River with organic matter content of about 5 mgTOC/dm3). The aim of this study was to obtain a better understanding of the interactions between the fractional components of NOM and hydrophilic membranes made of cellulose (FM UC030) and polyethersulphone (FM UH030) (cut-off 90 kDa) manufactured by Nadir. The raw water which contained NOM was filtered through a 0.22 um disc membrane filter producing a dissolved fraction which was then separated into hydrophobic (HPO), transphilic (TPI) and hydrophilic (HPI) fractions using Amberlite XAD-7IIP/4 polymer adsorbents manufactured by Rohm&Haas. The fractionation results show that natural water contains small amounts of colloids and Suspension substances > 0.2 um (5%) compared to model water (67%). In natural water, the hydrophilic fraction predominated (48%) while the hydrophobic fraction predominated (29%) model water. Natural water also contained considerable amounts of other fractions while model water revealed only negligible amounts of the transphilic and hydrophilic fractions (3 and 1%). The results of filtration of NOM fractions (HPO, HPI, TPI) suggested that the hydrophobic fraction exerts an essential influence upon ultrafiltration membranes fouling. A significant role of particle size on membrane blocking phenomenon bas been confirmed.

Słowa kluczowe

PL

naturalne substancje organiczne; ultrafiltracja; fouling; frakcjonowanie

EN

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

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 10, nr 4
• Strony: 249--267
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Bodzek M.

autor

Zawadzka D.

autor

Rajca M.

autor

Konieczny K.

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

Bibliografia

• [1] Bodzek M., Bohdziewicz J., Konieczny K., Techniki membranowe w ochronie środowiska, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
• [2] Bodzek M, Konieczny K., Wykorzystanie procesów membranowych w uzdatnianiu wody, Oficyna Wydawnicza Projprzem-Eko, Bydgoszcz 2005.
• [3] Water Treatment Membrane Processes Eds. J. Mallavialle, P.E. Odendaal, M.R. Wiesner, McGraw-Hill, New York-San Francisco-Washington D.C. 1996.
• [4] Kabsch-Korbutowicz M., Application of ultrafiltration integrated with coagulation for improved NOM removal, Desalination 2005, 174, 13-22.
• [5] Thorsen T., Membrane filtration of humic substances - state of the art, Water Science Technology 1999,9, 105-112.
• [6] Zularisam A.W., Ismail A.F., Salim R., Behaviors of natural organic matter in membrane filtration for surface water treatment - a review, Desalination 2006, 194, 211-231.
• [7] Turkiewicz D., Wpływ kationów wapnia i magnezu na skuteczność usuwania zanieczyszczeń w procesie koagulacji, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• [8] Laine J., Campos C, Baudin I., Janex M., Understanding membrane fouling: A review of over a decade of research, Proceedings of "Membranes in Drinking and Industrial Water Production MDIW 2002", Mulheim an der Ruhr, Germany, 2002, B. 37a, 35-361.
• [9] Bodzek M., Konieczny K., Ultrafiltracja wspomagana koagulacją jako nowa metoda uzdatniania wody do picia - przegląd piśmiennictwa, Chemia i Inżynieria Ekologiczna 2005, 12(S3), 335--354.
• [10] Bodzek M., Konieczny K., Rajca M., Procesy hybrydowe w usuwaniu zanieczyszczeń z wód naturalnych, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, 2005, 32, 143-153.
• [11] Aiken G.R., McKnight D.M., Thorn K.A., Thurman E.M., Isolation of hydrophilic organic acids from water using nionionic macroporous resins, Organic Geochemistry 1992, 4, 567-573.
• [12] Thurman E.M., MalcolmR.L., Preparative isolation of aquatic humic substances, Environmental Science & Technology 1981, 4, 463-466.
• [13] Carroll T., King S., Gray S.R., Bolto B.A., Booker N.A., The fouling of microfiltration membranes by NOM after coagulation treatment, Water Research 2000, 11, 2861-2868.