Fakta yang diketahui umum bahawa bahan organik semula jadi (NOM) ialah salah satu penyumbang utama kepada-kotoran membran tekanan rendah tetapi adakah sesiapa yang benar-benar boleh menentukan pecahan spesifik NOM yang bertanggungjawab? Berdasarkan pelbagai kesimpulan penyelidikan yang saya lihat, kemungkinan besar tiada jawapan 'satu-saiz-sesuai-semua'.
Terdapat banyak cara NOM boleh dicirikan dan biasanya penyelidikan hanya melihat satu atau dua ciri ini secara serentak untuk mengenal pasti pecahan NOM yang bertanggungjawab untuk kekotoran membran.
NOM bukan NOM…
Ciri-ciri NOM boleh berbeza dengan ketara dari sumber air ke sumber air bergantung kepada bahan organik dalam tadahan, keadaan geologi, iklim, dll. Pembolehubah yang paling biasa digunakan untuk mencirikan bahan organik ialah saiz, struktur dan kefungsian.
Pembolehubah ini selanjutnya ditakrifkan seperti berikut:
Size: Size fractions can be defined as particulate (>0.45 µm), terlarut (<0.45 µm) and colloidal (~1 nm to 1 µm) where the colloidal fraction crosses over the dissolved and particulate definitions. Molecular weight (MW) distribution is also used to characterize NOM size fractions.
Struktur: Pecahan NOM juga boleh diterangkan dari segi struktur hidrofobik (aromatik) atau hidrofilik (alifatik) yang menunjukkan sama ada NOM menghalau air (hidrofobik) atau penjerap air (hidrofilik).
Kefungsian/Caj: NOM juga boleh dicirikan oleh kandungan kumpulan berfungsi (asid humik dan fulvik) yang memberi kesan kepada ketumpatan cas NOM (negatif).
Untuk merumitkan lagi pencirian, hidrofobik hingga NOM hidrofilik boleh bersaiz rendah hingga berat molekul tinggi, walaupun sebagai peraturan biasa, pecahan NOM hidrofobik umumnya mempunyai MW yang lebih tinggi.
Selain ciri NOM, sifat membran tekanan rendah-sendiri juga berkemungkinan memainkan peranan sama ada NOM akan mengakibatkan kekotoran atau tidak. Pembolehubah seperti saiz liang membran, caj permukaan dan kekasaran permukaan boleh memberi kesan sama ada pengotoran NOM berlaku melalui penyumbatan liang, penjerapan atau pembentukan lapisan gel.
Jadi Apa Punca Fouling??
Dengan semua pengetahuan tentang NOM dan membran ini, kita mesti dapat menentukan dengan tepat ciri-ciri yang membawa kepada kekotoran membran, bukan? Terdapat banyak kajian telah dijalankan, dari makmal hingga skala penuh-, untuk menyiasat kesan ke atas prestasi membran pecahan NOM yang berbeza. Berikut adalah ringkasan yang sangat ringkas tentang penemuan beberapa perkara ini:
Howe dan Clark (2006) menyimpulkan bahawa pecahan terlarut dan koloid NOM dalam julat saiz 100 kDa hingga 1 µm yang bertanggungjawab untuk kebanyakan potensi kekotoran membran. Pecahan MW NOM yang lebih tinggi ini dikeluarkan melalui pembekuan dan diandaikan lebih hidrofobik dan lebih berasid.
Yamamura et al. (2008) dan Lee et al. (2004) mengenal pasti bahawa pecahan hidrofilik NOM memberikan sumbangan yang lebih besar kepada kekotoran membran daripada bahan humik hidrofobik. Lee et al. juga membuat kesimpulan bahawa makromolekul berciri hidrofilik (cth polisakarida) dan/atau bahan organik koloid dalam pecahan NOM hidrofilik mungkin mengotorkan-membran tekanan rendah. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa untuk teknik yang digunakan oleh Lee untuk mengasingkan pecahan kutub NOM, koloid organik juga berakhir dalam pecahan hidrofilik. Ini mungkin sebab beberapa generalisasi dibuat bahawa NOM hidrofilik bertanggungjawab untuk mengotori membran apabila teknik pengasingan ini digunakan manakala bahan koloid sebenarnya mungkin bertanggungjawab untuk mengotori.
Penurunan fluks yang lebih besar dilihat oleh Lee et al. semasa penapisan mikro (MF) berbanding ultrafiltrasi (UF) di mana fouling MF disebabkan oleh penyumbatan liang oleh makromolekul dan koloid organik yang lebih besar, manakala bagi UF (yang mempunyai liang yang lebih kecil), penurunan fluks disebabkan oleh pembentukan lapisan gel yang lebih mudah diterbalikkan daripada penyumbatan liang. Menariknya, sifat hidrofobik/hidrofilik membran didapati mempunyai kesan yang minimum terhadap kekotoran membran.
Buktinya ada pada juruterbang….
Mengapakah terdapat begitu banyak kesimpulan yang berbeza tentang pecahan NOM yang bertanggungjawab untuk kekotoran membran? Adakah kerana kekotoran membran berpunca daripada gabungan ciri NOM dan membran yang belum dilihat secara serentak atau adakah ciri lain yang masih belum dikenal pasti?
Kesimpulannya ialah semua pembolehubah kritikal telah dikenal pasti, tetapi tiada siapa yang belum (sekurang-kurangnya sejauh yang saya dapati) melihat semua ini dalam satu kajian. Kerja yang dijalankan oleh Lee et al. datang paling dekat. Pecahan NOM yang berbeza mempunyai kesan yang berbeza pada membran dengan sifat yang berbeza. Itu menyediakan matriks penyelidikan yang cukup kompleks. Jika anda melihat rawatan membran untuk sumber air tertentu, sekurang-kurangnya anda hanya mempunyai satu set pembolehubah NOM untuk dinilai.
Malangnya, kita tidak berada pada tahap di mana kita boleh cap jari secukupnya NOM dalam sumber air untuk dapat meramalkan potensi kekotoran untuk jenis membran tertentu. Ini hanya akan ditentukan melalui percubaan dan kesilapan pada loji perintis yang dikendalikan secara berterusan. Seseorang akan tersasar untuk menyasarkan jumlah sasaran penyingkiran NOM sebagai matlamat rawatan apabila memilih proses prarawatan tanpa melihat juga ciri kekotoran NOM tertentu dalam air suapan membran.
Rujukan
1. Howe, K; Clark, M; "Kesan prarawatan pembekuan terhadap prestasi membran", Jurnal AWWA, April 2006.
2. Yamamura, H; Kimura, K; Okajima, T; Tokumoto, H; Watanabe, Y; "Perkaitan Kumpulan Berfungsi untuk Permukaan Membran: Implikasi untuk Pengotoran Tidak Boleh Diterbalikkan Secara Fizikal", Sains & Teknologi Alam Sekitar, Vol. 42, No. 14, 2008.
3. Lee, N; Amy, G; Croue, J; Buisson, H; "Pengenalpastian dan pemahaman kekotoran dalam penapisan membran-tekanan rendah (MF/UF) oleh bahan organik semula jadi (NOM)", Water Research 38 (2004), 4511-4523.
