Ultrafiltracione (UF) membrane, sa svojom odličnom preciznošću odvajanja (0,001–0,1 μm), imaju široku primenu u proizvodnji vode za piće i prečišćavanju otpadnih voda. Međutim, prirodna organska tvar (NOM), proteini, polisaharidi i druge makromolekule imaju tendenciju da se akumuliraju na površini membrane i unutar njenih pora, što dovodi do pada protoka i povećanog transmembranskog tlaka (TMP). Ovaj fenomen zagađivanja ostaje kritično usko grlo koje ograničava održivi rad UF tehnologije. Konvencionalne strategije kao što su povratno ispiranje, hemijsko čišćenje i predtretman mogu kratkoročno ublažiti onečišćenje, ali često čišćenje, skraćeni vijek trajanja membrane i veća operativna potrošnja energije često su neizbježni. Kao rezultat toga, istraživanje novih metoda fizičkog ojačanja za ublažavanje UF onečišćenja postalo je žarište istraživanja kako u akademskim krugovima tako i u industriji.
Primjena zračnih mikromjehurića (MBs) nudi obećavajući novi put za inhibiciju zarastanja u UF membranama. Sa promjerima koji su tipično u mikrometarskom rasponu, MB se mogu ravnomjerno raspršiti u vodi, stvarajući turbulenciju i efekte međufaza koji pružaju jedinstvene prednosti u membranskim procesima. Studije su pokazale da uvođenje MB u UF napojnu vodu može značajno smanjiti agregaciju i taloženje zagađivača na površini membrane, čime se poboljšava radna stabilnost.
Prvo, MB ispoljavaju efekat inhibicije zarastanjamehanizmi disperzije i izolacije. Jednom uvedeni u UF sistem, MB se ponašaju kao sićušni "separatori", raspršujući zagađivače i slabeći njihovu interakciju. Prirodna organska tvar koja bi se inače agregirala u klastere postaje ravnomjernije raspoređena pod utjecajem MB. Ova disperzija ne samo da smanjuje vjerovatnoću taloženja nečistoća na površini membrane, već i smanjuje kompaktnost sloja kolača, čineći ga poroznijim i labavijim, čime se olakšava propusnost vode. Eksperimenti su pokazali da prisustvo MB može značajno smanjiti prividni viskozitet napojne vode, što je ključni faktor u poboljšanju performansi fluksa.
Drugo, MB mogumodificiraju interakcije između organskih tvari i površine membrane. Posebno je pogođena huminska kiselina (HA), glavna komponenta organskog prljanja u UF membranama. MB se vežu za HA čestice u otopini, mijenjajući njihovu ζ- raspodjelu potencijala i smanjujući sklonost nabijenih čestica agregiranju. To znači da MB efikasno sprečavaju stvaranje gustih organskih slojeva na površini membrane. Studije pokazuju da je u UF eksperimentima sa HA-koja sadrži napojnu vodu, uvođenje MBs značajno povećalo normalizirani fluks u oba načina filtriranja-i u poprečnom-načinu filtracije, sa maksimalnim poboljšanjima koja dosežu do 139%. Ovo naglašava kritičnu ulogu MB u kontroli organskog prljanja.
Treće, MB pozitivno utičuTMP i stabilnost fluksa. U konvencionalnom UF radu, fluks stalno opada dok TMP raste uz produženu upotrebu. Kod MB, međutim, labavija struktura sloja zaprljanja i oslabljena adhezija usporavaju opadanje toka i potiskuju povećanje TMP-a. Ovaj efekat produžava efektivno vreme rada membrane i smanjuje potrebu za čestim čišćenjem i zastojima.
Osim toga, MB-ovi nude{0}ušteda energije i ekološke prednosti. Ublažavajući zagađivanje, MB smanjuju učestalost povratnog ispiranja i hemijskog čišćenja, čime se čuvaju velike količine vode i hemikalija i smanjuju troškovi i opterećenje životne sredine. Štaviše, smanjeno oslanjanje na jaka sredstva za čišćenje minimizira hemijska oštećenja materijala membrane, pomažući produžiti vijek trajanja membrane i dodatno smanjiti dugoročne-troškove zamjene.
Vrijedi napomenuti da na djelotvornost MB u inhibiciji zarastanja utječe nekoliko operativnih parametara. Na primjer, pH napojne vode značajno utječe na performanse MB. Studije su pokazale da kada je pH blizu neutralnog (oko 6), MB pokazuju najjaču inhibiciju protiv onečišćenja HA. To je zato što molekule HA pokazuju distribuciju naboja koja je najpovoljnija za adsorpciju i disperziju MB u ovim uslovima. Drugi faktori kao što su koncentracija MB, veličina mehurića, temperatura napojne vode i pritisak takođe igraju važnu ulogu. Općenito, niža temperatura i pritisak, umjerena koncentracija MB i veće brzine protoka zraka su korisni za maksimiziranje performansi inhibicije zarastanja MB.
Gledajući unaprijed, MB imaju značajan potencijal za kontrolu zagađivanja UF. S jedne strane, kombinovanje MB-a sa sistemima za praćenje na mreži može omogućiti-prilagođavanje doze MB u realnom vremenu na osnovu fluksa i TMP signala, postižući preciznu i prilagodljivu prevenciju zagađivanja. S druge strane, MB bi se mogli integrirati sa adsorbirajućim česticama, ekološki-prihvatljivim hemijskim aditivima ili hibridnim strategijama tretmana kako bi se formirao sistem kontrole zagađivanja sa više mehanizama "fizički + hemikalija + materijal", što dodatno poboljšava performanse. Osim toga, buduće studije bi trebale da se pozabave dugotrajnom-stabilnošću MB-ova i njihovim potencijalnim mikroskopskim efektima na materijale membrane kako bi se osigurala sigurnost i pouzdanost u-industrijskim aplikacijama velikih razmjera.
Ukratko, MB u UF membranama efikasno inhibiraju zarastanje uzrokovano prirodnim organskim materijama i drugim makromolekulima kroz disperziju, međufaznu regulaciju i efekte turbulencije. Oni značajno usporavaju pad fluksa i stabilizuju TMP. Sa svojim zelenim i niskoenergetskim karakteristikama, MB su usklađeni s ciljevima održivog razvoja tehnologija za tretman vode i pružaju snažnu podršku za šire usvajanje. Kako tehnologija sazrijeva i strategije primjene se šire, očekuje se da će MB-ovi postati vitalna komponenta sistema za kontrolu zagađivanja UF, pružajući efikasnija i ekološki prihvatljivija rješenja za industriju prečišćavanja vode.