Nanofiltračné (NF) membrány sa stávajú čoraz dôležitejšími v pokročilej úprave vody vďaka svojej schopnosti odstraňovať organické látky, ióny tvrdosti a stopové nečistoty. Počas dlhodobej-prevádzky však systémy NF často čelia rýchlemu poklesu toku, častejším požiadavkám na čistenie a skráteným prevádzkovým cyklom. Hlavná príčina spočíva v komplexnej a rýchlo{3}}rozvíjajúcej sa povahe zanášania membrán. Hoci prírodná voda obsahuje širokú škálu látok, ktoré môžu prispievať k zanášaniu, inžinierske{5}}štúdie ukazujú, že skutočným určujúcim faktorom progresie znečistenia nie je bežne predpokladaná organická hmota, tvrdosť alebo zákal, ale skôrhliníka kompozitné nečistoty, ktoré tvorí spolu s vápnikom, oxidom kremičitým a organickou hmotou.
Aktívna vrstva NF membrán typicky nesie negatívny povrchový náboj a obsahuje funkčné skupiny, ako sú karboxylové skupiny. Vďaka týmto vlastnostiam je membrána vysoko citlivá na adsorpciu kladne nabitých alebo komplex{1}}tvoriacich kovových iónov, pričom hliník je jedným z najreaktívnejších. Aj keď je jeho koncentrácia v napájacej vode nízka, hliník sa môže rýchlo hromadiť na povrchu membrány, čím sa vytvorí počiatočná vrstva znečistenia, ktorá spúšťa zložitejšie a hustejšie nečistoty. Ako operácia pokračuje, hliník interaguje s organickou hmotou, oxidom kremičitým a vápnikom za vzniku rôznych premosťovacích alebo komplexačných reakcií. Tieto interakcie premieňajú znečistenie z raného-bodového ukladania na veľkoplošnú-vrstvu gélu, ktorá výrazne zvyšuje hydraulický odpor, urýchľuje pokles normalizovaného toku a nakoniec skracuje čistiaci cyklus.
Bližší pohľad na zloženie zanášacích vrstiev ukazuje, že zatiaľ čo organický uhlík, vápnik a oxid kremičitý sú bežnými zložkami, hliník neustále zohráva ústrednú úlohu. Prírodné organické látky, ako sú humínové a fulvové kyseliny, sú náchylné na vytváranie komplexov s kovovými iónmi a vápnik môže slúžiť ako premosťovacie činidlo spájajúce organické zlúčeniny. Akonáhle sa hliník zúčastní týchto reakcií, výsledná vrstva znečistenia sa stane kompaktnejšou a silnejšie priľnavou. Postupom času sa odolnosť voči zanášaniu mení z jednoduchého usadzovania na odolnosť voči gélovej-vrstve a nezvratné vnútorné znečistenie, ktoré nemožno odstrániť samotným fyzickým prepláchnutím. Tento vývoj urýchľuje rýchlosť zanášania a vedie membránu k rýchlemu zhoršeniu výkonu.
Význam hliníka ďalej ilustruje jeho silná korelácia s dĺžkou prevádzkového cyklu NF. Štatistická analýza-dlhodobých prevádzkových údajov ukazuje, že miera znečistenia, ktorá sa odráža v trvaní každého filtračného cyklu, má najsilnejšiu koreláciu s koncentráciou hliníka v napájacej vode-oveľa vyššou ako TOC alebo tvrdosť. Keď koncentrácia privádzaného hliníka klesne na 100–150 ug/l, prevádzkový cyklus systému NF sa veľmi skráti. Keď sa však obsah hliníka zníži pod 50 ug/l, prevádzkový cyklus membrány sa môže predĺžiť viac ako dvojnásobne. To dokazuje, že hliník nie je len jednou zložkou znečisťovania; je to afaktor vyvolávajúci skutočné znečistenie-ktorý určuje, kedy membrána vstúpi do štádia rýchleho znečistenia.
Pretože väčšina hliníka pochádza z koagulačných chemikálií používaných pri predbežnej úprave,-ako je PAC alebo kamenec{1}}, zníženie jeho zvyškovej koncentrácie je rozhodujúce pre stabilitu NF. Zo všetkých kontrolných opatrení je úprava pH kŕmnej-vody najjednoduchšia a najefektívnejšia. Špeciacia hliníka vo vode je vysoko závislá od pH-. V rozsahu pH 6,5 – 7,0 sa účinnosť koagulácie výrazne zlepšuje a hliník prevažne existuje v polymérnych formách, ktoré sa dajú oveľa ľahšie odstrániť sedimentáciou alebo ultrafiltráciou. To výrazne znižuje koncentráciu rozpusteného alebo nízko{10}}polymérneho hliníka, ktorý sa dostáva do systému NF. Experimentálne výsledky ukazujú, že keď sa pH krmiva upraví na 6,5–7,0, zvyškový hliník sa zníži na približne 25–48 ug/l, čo poskytuje podstatnú výhodu pri následnej operácii NF.
Zlepšenie, ktoré prináša redukcia hliníka, možno zreteľne pozorovať počas skutočnej prevádzky. Za rovnakých podmienok toku a obnovy spôsobuje vysoká-hliníková napájacia voda rýchly pokles toku, zatiaľ čo nízka-hliníková napájacia voda vedie k oveľa pomalšiemu rozpadu toku. Krivka znečistenia sa stáva zreteľne plochejšia, čo odráža stabilnejší výkon membrány. Tým sa nielen predlžuje prevádzkový cyklus, ale tiež sa znižuje frekvencia chemického čistenia, náklady na chemikálie a celková prevádzková zložitosť.
Stručne povedané, zanášanie v nanofiltračných systémoch nie je poháňané jedným kontaminantom, ale kompozitnou štruktúrou sústredenou na hliník a vystuženou vápnikom, organickou hmotou a oxidom kremičitým. Hliník hrá viacero úloh-pri spúšťaní, urýchľovaní a premosťovaní reakcií znečistenia-, čo z neho robí najdôležitejší faktor ovplyvňujúci mieru znečistenia NF. Optimalizáciou koagulačných podmienok, riadením dávkovania koagulantu a udržiavaním pH kŕmnej-vody medzi 6,5 a 7,0 môžu operátori výrazne znížiť zvyšky hliníka a zmierniť zanášanie membrány pri zdroji. Tento prístup výrazne predlžuje prevádzkový cyklus NF membrán a zvyšuje celkovú stabilitu a nákladovú-efektívnosť pokročilých systémov úpravy vody.
