من الحقائق المعروفة جيدًا أن المادة العضوية الطبيعية (NOM) هي أحد المساهمين الرئيسيين في تلوث الأغشية ذات الضغط المنخفض- ولكن هل يمكن لأي شخص تحديد الجزء المحدد من NOM المسؤول؟ استنادًا إلى مجموعة متنوعة من استنتاجات البحث التي رأيتها، فمن المحتمل ألا توجد إجابة واحدة "-حجم-يناسب-الكل".
هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها وصف NOM وعادةً ما نظر البحث فقط إلى واحدة أو اثنتين من هذه الخصائص في وقت واحد لتحديد جزء NOM المسؤول عن تلوث الغشاء.
نوم ليس نوم...
يمكن أن تختلف خصائص NOM بشكل كبير من مصدر مياه إلى مصدر آخر اعتمادًا على المادة العضوية في مستجمعات المياه، والظروف الجيولوجية، والمناخ، وما إلى ذلك. والمتغيرات الأكثر شيوعًا المستخدمة لوصف المادة العضوية هي الحجم والبنية والوظيفة.
يتم تعريف هذه المتغيرات بشكل أكبر على النحو التالي:
Size: Size fractions can be defined as particulate (>0.45 ميكرومتر)، مذاب (<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.
البنية: يمكن أيضًا وصف كسور NOM من حيث البنية الكارهة للماء (العطرية) أو المحبة للماء (الأليفاتية) والتي تشير إلى ما إذا كانت NOM طاردة للماء (كارهة للماء) أو ماصة للماء (محبة للماء).
الوظيفة/الشحن: يمكن أيضًا وصف NOM بمحتوى المجموعة الوظيفية (الأحماض الدبالية والفولفيك) مما يؤثر على كثافة شحنة NOM (السالبة).
لزيادة تعقيد التوصيف، يمكن أن يكون حجم NOM الكاره للماء حتى NOM المحبب للماء منخفضًا إلى مرتفع الوزن الجزيئي، على الرغم من أنه كقاعدة عامة، فإن كسور NOM الكارهة للماء لها ميجاوات أعلى بشكل عام.
بالإضافة إلى خصائص NOM، من المحتمل أيضًا أن تلعب خصائص غشاء الضغط المنخفض-نفسها دورًا في تحديد ما إذا كانت NOM ستتسبب في حدوث تلوث أم لا. قد تؤثر المتغيرات مثل حجم مسام الغشاء وشحنة السطح وخشونة السطح على ما إذا كان تلوث NOM يحدث عن طريق انسداد المسام أو الامتزاز أو تكوين طبقة هلامية.
إذن ما الذي يسبب الحشف؟؟
مع كل هذه المعرفة حول NOM والأغشية، يجب علينا أن نكون قادرين على تحديد الخصائص التي تؤدي إلى تلوث الأغشية، أليس كذلك؟ لقد تم إجراء العديد من الدراسات، بدءًا من المختبر وحتى النطاق الكامل-، لدراسة التأثيرات على أداء الغشاء لأجزاء NOM المختلفة. وفيما يلي ملخص موجز للغاية لنتائج بعض هذه النتائج:
خلص Howe and Clark (2006) إلى أن الجزء المذاب والغروي من NOM في نطاق حجم 100 كيلو دالتون إلى 1 ميكرومتر هو المسؤول عن معظم احتمالية تلوث الغشاء. تتم إزالة هذا الجزء الأعلى من MW من NOM عن طريق التخثر ويفترض أنه أكثر كارهة للماء وأكثر حمضية.
يامامورا وآخرون. (2008) ولي وآخرون. (2004) حدد أن الجزء المحبب للماء من NOM يوفر مساهمة أكبر في تلوث الأغشية من المواد الدبالية الكارهة للماء. لي وآخرون. خلص أيضًا إلى أن الجزيئات الكبيرة ذات الطبيعة المحبة للماء (مثل السكريات) و/أو المادة العضوية الغروية في جزء NOM المحب للماء قد تفسد أغشية الضغط المنخفض -. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه بالنسبة للتقنية التي استخدمها لي لعزل الأجزاء القطبية من NOM، فإن الغرويات العضوية تنتهي أيضًا في الجزء المحب للماء. قد يكون هذا هو السبب وراء إجراء بعض التعميمات بأن NOM المحبة للماء هي المسؤولة عن تلوث الغشاء عند استخدام تقنية العزل هذه بينما قد تكون المادة الغروية مسؤولة بالفعل عن التلوث.
وقد شهد لي وآخرون انخفاضًا أكبر في التدفق. أثناء الترشيح الدقيق (MF) مقارنة بالترشيح الفائق (UF) حيث يحدث تلوث MF بسبب انسداد المسام بواسطة الجزيئات الكبيرة والغرويات العضوية الأكبر، بينما بالنسبة لـ UF (الذي يحتوي على مسام أصغر)، كان انخفاض التدفق ناتجًا عن تكوين طبقة هلامية والتي يمكن عكسها بسهولة أكبر من انسداد المسام. ومن المثير للاهتمام، أن خصائص الأغشية الكارهة للماء/المحبة للماء لها تأثير ضئيل على تلوث الأغشية.
والدليل في الطيار....
لماذا يوجد العديد من الاستنتاجات المختلفة حول ما هي أجزاء NOM المسؤولة عن تلوث الأغشية؟ هل يرجع ذلك إلى أن تلوث الغشاء يرجع إلى مجموعة من خصائص NOM والغشاء التي لم يتم النظر فيها في وقت واحد أم أن هناك خاصية أخرى لم يتم تحديدها بعد؟
الاستنتاج هو أنه تم تحديد جميع المتغيرات الحاسمة، ولكن لم ينظر أحد بعد (على الأقل بقدر ما وجدت) في كل هذه المتغيرات في الدراسة الواحدة. العمل الذي أجراه لي وآخرون. يأتي الأقرب. الأجزاء المختلفة من NOM لها تأثيرات مختلفة على الأغشية ذات الخصائص المختلفة. يؤدي ذلك إلى إنشاء مصفوفة بحثية معقدة جدًا. إذا كنت تبحث عن معالجة أغشية لمصدر مياه معين، على الأقل لديك مجموعة واحدة فقط من متغيرات NOM لتقييمها.
لسوء الحظ، نحن لسنا في النقطة التي يمكننا من خلالها بصمة NOM بشكل مناسب في مصدر المياه حتى نتمكن من التنبؤ باحتمالية التلوث لنوع معين من الغشاء. ولن يتم تحديد ذلك إلا من خلال التجربة والخطأ في محطة تجريبية تعمل بشكل مستمر. سيكون المرء مضللاً في استهداف هدف إزالة NOM بالكامل كهدف علاجي عند اختيار عملية معالجة مسبقة دون النظر أيضًا إلى خصائص التلوث الخاصة بـ NOM المحددة في مياه تغذية الغشاء.
مراجع
1. هاو، ك. كلارك، م. "تأثير المعالجة المسبقة للتخثر على أداء الغشاء"، مجلة AWWA، أبريل 2006.
2. يامامورا، ح؛ كيمورا ، ك. أوكاجيما، تي؛ توكوموتو، ح؛ واتانابي، ص. "تقارب المجموعات الوظيفية لأسطح الأغشية: الآثار المترتبة على التلوث الذي لا يمكن عكسه جسديًا"، العلوم والتكنولوجيا البيئية، المجلد . 42، العدد . 14، 2008.
3. لي، ن؛ ايمي، ج. كرو ، ج. بويسون، ح؛ "تحديد وفهم التلوث في الترشيح الغشائي منخفض الضغط (MF/UF) بواسطة المادة العضوية الطبيعية (NOM)"، أبحاث المياه 38 (2004)، 4511-4523.
