Oorganiska ämnens dynamik vid fouling- (igensättnings-)problematik för membran vid dricksvattenframställning har undersökts i japanska pilotförsök. Järn, mangan och kalcium följer olika mönster, vilket bör beaktas vid rengöring.
Av: Jörgen Hanaeus
Flertalet foulingstudier utgår från organiskt material. Här har igensättning av PE-membran vid mikrofiltrering (0,4 µm) och ultrafiltrering (0,1 µm) undersökts i en pilotanläggning med hålfibermembran. Tryckförluster har registrerats och avsättningar har samlats till analys. Järn, där partikelstorleken var nära membranöppningsdiametern dominerade det tidiga förloppet medan manganpartiklarna, som var mindre, avskiljdes när järnpartiklarna byggt en separerande gel.
Bakgrund
Membranfilteranläggningar har haft en snabb spridning i världen sedan 1990. I Japan har oro för Cryptosporidium- och Giardia-utbrott drivit på denna utveckling.
Fortfarande saknas effektiva generella metoder för att förutsäga och kontrollera membranfouling, varför verksindividuella, ofta upprepade pilotkörningar genomförs. Många undersökningar (2000-2014) har fokuserat på organiskt material och mikroorganismer varvid det framkommit att inte enbart halter av ämnen utan även det organiska materialets kvalitet är viktig. Hydrofila ämnen som proteiner och polysaccarider har visats signifikant bidra till igensättning. Mestadels har det dock visat sig lättare att avlägsna organiskt material, medan det oorganiska krävt saltsyrabehandling.
Målet med artikeln är att ge bättre förståelse för igensättning av membran pga oorganiskt material med förhoppning att kunna finna bättre rengöringsmönster.
Försök
Två membrantyper konstruerades. Polyeten (Mitsubishi Rayon) med nominella diametrar 0,1 resp 0,4 µm, formen dock närmast elliptisk. Moduler i hålfiberbuntar om 3 m2. Ytvatten från Chitose River användes efter en sedimentering och försöken drevs i två månader hösten 2007.
Belastningen (fluxen) var 0,7 m3/m2, d.
Backspolning med permeat med 1,05 m3/m2,d under 1 minut genomfördes efter varje 30 minuters membranfiltrering. Backspolningen förstärktes av luftinblåsning.
Provtagning utfördes genom att beläggningen i 1 m av centralt placerad fiber i varje modul frilades vid 13 tillfällen. Den upplöstes och filtrerades genom 0,45 µm filter.
Resultat
Den första mätveckan stördes råvattenkvaliteten av att en tyfon härjade i området. Det gav stora tryckökningar för 0,4 µm-filtret, men dessa backspolades bort utan större problem. Efter de första 10 dygnen var råvattenkvaliteten tämligen konstant. De tryckökningar som uppstod de följande veckorna betraktades som reversibla. För 0,1 µm-filtret skedde knappt någon tryckökning alls dessa veckor. Orsaken till att rengöringen hade olika effekt för de två membranstorlekarna klarlades inte.
I slutet av försöksperioden spolades membranen med trycksatt vatten, men det gav ingen sänkning av trycket över dem utan igensättningen betraktades som irreversibel.
Skillnaden i membranens porstorlek befanns inte ha någon betydelse för utvecklingen av den irreversibla igensättningen. Trycket ökade långsamt under de första 30 dygnen för att sedan accelerera.
De olika oorganiska ämnenas tillväxt i beläggningarna dokumenterades. Järn dominerade de tidiga skedet för båda porstorlekarna och ökade i avsättningsintensitet i 20 dygn för att sedan nå en stabil nivå. Då tog manganavsättningen fart och ökade fram till dag 40 då avsättningen stabiliserades för 0,4µm-membranet. För det finare membranet accelererade däremot manganavsättningen från dag 40. Kalciumavsättningarna följde ett liknande mönster. Aluminium- och kiselavsättningen började öka efter ca 50 dygn.
Omedelbart efter försöksstart var Fe-reduktionen 60 % och Mn-reduktionen 20 %. Efter tre dygn separerades 100 % av inkommande Fe och efter 10 dygn 100 % av inkommande Mn. Det tyder på att avskiljande porstorlek ändras, minskar, med drifttiden.
Interaktion mellan de avsatta komponenterna diskuteras också i artikeln.
Slutsatser
De oorganiska komponenterna avsattes i ordning Fe-Mn-Ca-Si-Al. Ändringarna i avsättningshastighet hade ingen motsvarighet i ändring av råvattenkvalitet, utan de tillskrevs förändrad porgeometri under filtreringen. Järnpartiklarna är av ungefär samma storlek som membranporerna initialt och bestämmer därför den tidiga avsättningen.
Källa: Yamamura,H.a), Kimura, K.b), Higuchi, K.b), Watanabe, Y.c), Ding, Q.a), Hafuka, A.a)(2015): Tracking inorganic foulants irreversibly ackumulated on low-pressure membranes for treating surface water. Water Research 87, pp 218-224.
Författarna:
a) Department of Integrated Science and Engineering for Sustainable Society, Faculty of Science and Engineering, Chuo University, 112-8551 1-13-27, Kasuga, Bunkyo-Ku, Tokyo, Japan
b) Division of Built Environment, Faculty of Engineering, Hokkaido University, 060-8628, N13W8, Kita-ku, Sapporo, Japan
c) Research and Development Initiatives, Chuo University, 112-8551 1-13-27, Kasuga, Bunkyo-ku, Tokyo, Japan
Korrespondens och kontakt: Hiroshi Yamamura, e-mail: yamamura10x@g.chuo-u.ac.jp
