Chemical and physical aspects of natural organic matter (NOM) fouling of nanofiltration membranes

结垢 纳滤 化学 腐植酸 膜污染 渗透 二价 化学工程 有机质 电解质 无机化学 离子强度 色谱法 有机化学 水溶液 生物化学 电极 工程类 物理化学 肥料
作者
Seungkwan Hong,Menachem Elimelech
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:132 (2): 159-181 被引量:1222
标识
DOI:10.1016/s0376-7388(97)00060-4
摘要

The role of chemical and physical interactions in natural organic matter (NOM) fouling of nanofiltration membranes is systematically investigated. Results of fouling experiments with three humic acids demonstrate that membrane fouling increases with increasing electrolyte (NaCl) concentration, decreasing solution pH, and addition of divalent cations (Ca2+). At fixed solution ionic strength, the presence of calcium ions, at concentrations typical of those found in natural waters, has a marked effect on membrane fouling. Divalent cations interact specifically with humic carboxyl functional groups and, thus, substantially reduce humic charge and the electrostatic repulsion between humic macromolecules. Reduced NOM interchain repulsion results in increased NOM deposition on the membrane surface and formation of a densely packed fouling layer. In addition to the aforementioned chemical effects, results show that NOM fouling rate increases substantially with increasing initial permeation rate. It is demonstrated that the rate of fouling is controlled by an interplay between permeation drag and electrostatic double layer repulsion; that is, NOM fouling of NF membranes involves interrelationship (coupling) between physical and chemical interactions. The addition of a strong chelating agent (EDTA) to feed water reduces NOM fouling significantly by removing free and NOM-complexed calcium ions. EDTA treatment of NOM-fouled membranes also improves the cleaning efficiency dramatically by disrupting the fouling layer structure through a ligand exchange reaction between EDTA and NOM-calcium complexes.
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