Nanofiltrācijas (NF) membrānas ir kļuvušas arvien svarīgākas uzlabotajā ūdens attīrīšanā, pateicoties to spējai noņemt organiskās vielas, cietības jonus un piesārņotājus. Tomēr ilgstošas darbības laikā -NF sistēmas bieži saskaras ar strauju plūsmas samazināšanos, biežākām tīrīšanas prasībām un saīsinātiem darbības cikliem. Galvenais iemesls ir membrānas piesārņojuma sarežģītais un{3}}attīstošais raksturs. Lai gan dabiskais ūdens satur plašu vielu klāstu, kas var veicināt piesārņojumu, inženiertehniskie-mēroga pētījumi atklāj, ka patiesais noteicošais faktors piesārņojuma progresēšanai nav bieži sastopamā organiskā viela, cietība vai duļķainība, bet gan drīzāk.alumīnijaun saliktie piesārņotāji, ko tas veido kopā ar kalciju, silīcija dioksīdu un organiskajām vielām.
NF membrānu aktīvajam slānim parasti ir negatīvs virsmas lādiņš un tajā ir funkcionālās grupas, piemēram, karboksilgrupas. Šīs īpašības padara membrānu ļoti jutīgu pret pozitīvi lādētu vai kompleksu -veidojošu metālu jonu adsorbciju, un alumīnijs ir viens no visreaktīvākajiem. Pat tad, ja tā koncentrācija barības ūdenī ir zema, alumīnijs var ātri uzkrāties uz membrānas virsmas, veidojot sākotnējo piesārņojuma slāni, kas izraisa sarežģītākas un blīvākas piesārņojuma struktūras. Darbībai turpinoties, alumīnijs mijiedarbojas ar organiskām vielām, silīcija dioksīdu un kalciju, radot dažādas tiltu vai kompleksu veidošanas reakcijas. Šīs mijiedarbības pārveido piesārņojumu no agrīnas-posma punkta nogulsnēšanās uz liela-apgabala gēla slāni, kas ievērojami palielina hidraulisko pretestību, paātrinot normalizētās plūsmas samazināšanos un galu galā saīsinot tīrīšanas ciklu.
Aplūkojot tuvāk piesārņojošo slāņu sastāvu, redzams, ka, lai gan organiskais ogleklis, kalcijs un silīcija dioksīds ir bieži sastopami komponenti, alumīnijam vienmēr ir galvenā loma. Dabiskās organiskās vielas, piemēram, humīnskābes un fulvoskābes, ir pakļautas kompleksu veidošanai ar metāla joniem, un kalcijs var kalpot kā savienojošais līdzeklis, kas savieno organiskos savienojumus. Kad alumīnijs piedalās šajās reakcijās, iegūtais piesārņojuma slānis kļūst kompaktāks un stiprāk lipīgs. Laika gaitā piesārņojuma pretestība mainās no vienkāršas uzklāšanas uz gēla-slāņa pretestību un neatgriezenisku iekšējo piesārņojumu, ko nevar noņemt tikai ar fizisku skalošanu. Šī attīstība paātrina piesārņojuma ātrumu un noved pie membrānas straujas darbības pasliktināšanās.
Alumīnija nozīmi vēl vairāk ilustrē tā ciešā korelācija ar NF darbības cikla garumu. Ilgtermiņa-darbības datu statistiskā analīze liecina, ka piesārņojuma ātrumam, kas atspoguļots katra filtrēšanas cikla ilgumā, ir visspēcīgākā korelācija ar alumīnija koncentrāciju barības ūdenī -, kas ir daudz augstāka par TOC vai cietību. Kad padeves alumīnija koncentrācija ir 100–150 ug/l robežās, NF sistēmas darbības cikls kļūst ļoti īss. Tomēr, ja alumīnijs tiek samazināts līdz 50 ug/L, membrānas darbības ciklu var pagarināt vairāk nekā divas reizes. Tas parāda, ka alumīnijs nav tikai viena piesārņojuma sastāvdaļa; tas ir apatiess piesārņojumu{0}}izraisošais faktorskas nosaka, kad membrāna nonāk ātras piesārņošanas stadijā.
Tā kā lielākā daļa alumīnija rodas no koagulācijas ķimikālijām, ko izmanto pirmapstrādei,{0}}piemēram, PAC vai alauns{1}}, tā atlikuma koncentrācijas samazināšana ir ļoti svarīga NF stabilitātei. No visiem kontroles pasākumiem vienkāršākais un efektīvākais ir barības-ūdens pH regulēšana. Alumīnija sastāvs ūdenī ir ļoti atkarīgs no pH{5}}. PH diapazonā no 6,5 līdz 7,0 koagulācijas efektivitāte ievērojami uzlabojas, un alumīnijs pārsvarā pastāv polimēru formās, kuras ir daudz vieglāk atdalīt ar sedimentācijas vai ultrafiltrācijas palīdzību. Tas ievērojami samazina izšķīdušā vai maz{10}}polimēra alumīnija koncentrāciju, kas sasniedz NF sistēmu. Eksperimentu rezultāti liecina, ka, noregulējot barības pH līdz 6,5–7,0, alumīnija atlikums samazinās līdz aptuveni 25–48 ug/L, nodrošinot būtisku priekšrocību turpmākajā NF darbībā.
Uzlabojumus, ko rada alumīnija samazināšana, var skaidri novērot faktiskās darbības laikā. Identiskos plūsmas un reģenerācijas apstākļos augsts-alumīnija padeves ūdens izraisa strauju plūsmas samazināšanos, savukārt zems-alumīnija padeves ūdens izraisa daudz lēnāku plūsmas samazināšanos. Piesārņojuma līkne kļūst ievērojami plakanāka, atspoguļojot stabilāku membrānas darbību. Tas ne tikai pagarina darbības ciklu, bet arī samazina ķīmiskās tīrīšanas biežumu, ķīmiskās izmaksas un kopējo darbības sarežģītību.
Rezumējot, piesārņojumu nanofiltrācijas sistēmās neizraisa viens piesārņotājs, bet gan kompozītmateriāla struktūra, kuras centrā ir alumīnijs un ko pastiprina kalcijs, organiskās vielas un silīcija dioksīds. Alumīnijam ir vairākas lomas, -uzsākot, paātrinot un pārvarot piesārņojuma reakcijas-, padarot to par vissvarīgāko faktoru, kas ietekmē NF piesārņojuma ātrumu. Optimizējot koagulācijas apstākļus, kontrolējot koagulanta devu un uzturot barības -ūdens pH starp 6,5 un 7,0, operatori var ievērojami samazināt alumīnija atlikumus un mazināt membrānas piesārņojumu tā avotā. Šī pieeja ievērojami paplašina NF membrānu darbības ciklu un uzlabo uzlaboto ūdens attīrīšanas sistēmu vispārējo stabilitāti un izmaksu{8}}efektivitāti.
