Protecting reagent for membrane distillation process

Abstract

The invention provides a water treatment composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups; (b) a polymer dispersant; and (c) a reducing agent comprising a sulfite. Also provided is a method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation process for removing ammonia from water and a method of reducing ammonia content in industrial wastewater using a membrane distillation system.

Description

PROTECTING REAGENT FOR MEMBRANE DISTILLATION PROCESSBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] Ammonia removal from industrial wastewater can be challenging, particularly if the ammonia level in the influent is high (e.g., >100 mg / L NH3-N) . Several methods such as, for example, biological nitrification-denitrification, air stripping, and stream stripping, have been used for removing ammonia. However, all of these methods require a significant capital investment, a very large footprint, and installation / operation of complex and costly equipment and processes.

[0002] Membrane distillation (MD) is an emerging separation technology used for stripping ammonia from water using a mode called DCMD (Direct Contact MD) . In essence, the hydrophobic porous MD membrane establishes a barrier for the liquid phases while allowing the vapor phase to diffuse through the pores. Ammonia (NH3) is vaporized at alkaline pH (typically pH > 10) on one side of the membrane and absorbed by a sulfuric acid solution on the other side. Compared to other established methods, the MD process has lower capital investment, much smaller footprint, simpler process, and easier operation.

[0003] Despite all the advantages of MD, if the feed water is derived from wastewater, and thus contains large amounts of contaminants, maintaining efficient operation of the MD system can be rather challenging. For example, in microelectronic plants, feed water for the MD system often comprises various streams of wastewater RO (reverse osmosis) concentrates and discharge water from ammonia scrubbers. Thus, the pollutants in the MD feed water are very complex, and can include colloids, metal ions, oxidants such as chlorine or hydrogen peroxide, dissolved organics, and microbial slimes, which can foul or damage membranes in MD systems.

[0004] Even with meticulous pre-filtration efforts such as activated carbon filtration and ultrafiltration, MD membranes often suffer from severe fouling and damage due to the nature of the feed water. Fouling and damage will lower ammonia removal efficiency and membrane life.

[0005] Thus, there remains a need for water treatment compositions and methods that protect membrane distillation (MD) systems from fouling, particularly for MD systems used in industrial applications. The invention provides such compositions and methods. These and other advantages of the invention, as well as additional inventive features, will be apparent from the description of the invention provided herein.

[0006] BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

[0007] The invention provides water treatment composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) a reducing agent comprising a sulfite.

[0008] The invention also provides a method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation process for removing ammonia from water, the method comprising treating (i.e., contacting) water of the membrane distillation process with a composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) optionally, a reducing agent, to treat the water.

[0009] The invention further provides a method of reducing ammonia content in industrial wastewater using a membrane distillation system, the method comprising (i) treating (i.e., contacting) the industrial wastewater upstream of a membrane distillation system with a composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) optionally, a reducing agent, to provide a treated industrial wastewater, and (ii) removing ammonia from the treated industrial wastewater with the membrane distillation system to provide industrial wastewater with reduced ammonia content.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0010] FIG. 1 is a graph showing the biopolymer-induced turbidity results for a solution treated with PR1 and an ATMP solution.

[0011] FIG 2. is a graph showing the metal-induced turbidity results for a solution treated with PR2 and an ATMP solution.

[0012] FIG. 3 shows an exemplary laboratory setup for a membrane distillation process for removing ammonia from water, which is operating in recirculation mode.

[0013] FIG. 4 is a graph plotting ln (C0 / Ct) vs. t, which is used to calculate the ammonia mass transfer coefficient, k.

[0014] FIG. 5 is a graph showing the NH3 mass transfer coefficient results exhibited by a membrane distillation process used for removing ammonia from water, when the water is treated with PR3 (100 ppm) or without PR3 (negative control) .DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0015] The invention provides a water treatment composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) a reducing agent comprising a sulfite.

[0016] The chelating agent may be any suitable compound capable of forming at least two separate coordinate bonds with a metal atom, for example, by coordinating the metal atom with its carboxylate groups. In some embodiments, the chelating agent does not contain phosphorus. For example, in some embodiments, the elemental composition of the chelating agent may only include carbon, nitrogen, oxygen, hydrogen, and optionally one of more metal ions. The chelating agent may be in the form of a small molecule or a polymeric (i.e., containing 5 or more repeating units) compound. In some embodiments, the chelating agent is not polymeric.

[0017] In some embodiments, the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof. Exemplary chelating agents include, but are not limited to, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , ethylene glycol-bis- (2-aminoethyl) -N, N, N', N'-tetraacetic acid (EGTA) , nitrilotriacetic acid (NTA) , ethanoldiglycinic acid (EDG) , 1, 3-propylenediaminetetraacetic acid (PDTA) , hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof. In some embodiments, the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof. In certain embodiments, the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , or a salt thereof.

[0018] The water treatment composition may comprise any suitable amount of the chelating agent. For example, the water treatment composition may comprise about 30 wt. %or less of the chelating agent based on the total weight of the composition, e.g., about 20 wt. %or less, about 15 wt. %or less, about 10 wt. %or less, about 9 wt. %or less, about 8 wt. %or less, about 7 wt. %or less, about 6 wt. %or less, or about 5 wt. %or less of the chelating agent based on the total weight of the water treatment composition. Alternatively, or additionally, the water treatment composition may comprise about 0.1 wt. %or more of the chelating agent based on the total weight of the water treatment composition, for example, about 0.5 wt. %or more, about 1 wt. %or more, about 2 wt. %or more, or about 5 wt. %or more of the chelating agent based on the total weight of the water treatment composition.  Thus, the composition can comprise the chelating agent in any amount bounded by any two of the aforementioned endpoints, as appropriate.

[0019] For example, in some embodiments, the chelating agent may be present in the water treatment composition in an amount of about 0.1 wt. %to about 30 wt. %based on the total weight of the water treatment composition, e.g., about 0.1 wt. %to about 20 wt. %, about 0.1 wt. %to about 15 wt. %, about 0.1 wt. %to about 10 wt. %, about 0.1 wt. %to about 9 wt. %, about 0.1 wt. %to about 8 wt. %, about 0.1 wt. %to about 7 wt. %, about 0.1 wt. %to about 6 wt. %, about 0.1 wt. %to about 5 wt. %, about 0.5 wt. %to about 30 wt. %, about 0.5 wt. %to about 20 wt. %, about 0.5 wt. %to about 15 wt. %, about 0.5 wt. %to about 10 wt. %, about 0.5 wt. %to about 9 wt. %, about 0.5 wt. %to about 8 wt. %, about 0.5 wt. %to about 7 wt. %, about 0.5 wt. %to about 6 wt. %, about 0.5 wt. %to about 5 wt. %, about 1 wt. %to about 30 wt. %, about 1 wt. %to about 20 wt. %, about 1 wt. %to about 15 wt. %, about 1 wt. %to about 10 wt. %, about 1 wt. %to about 9 wt. %, about 1 wt. %to about 8 wt. %, about 1 wt. %to about 7 wt. %, about 1 wt. %to about 6 wt. %, about 1 wt. %to about 5 wt. %, about 2 wt. %to about 30 wt. %, about 2 wt. %to about 20 wt. %, about 2 wt. %to about 15 wt. %, about 2 wt. %to about 10 wt. %, about 2 wt. %to about 9 wt. %, about 2 wt. %to about 8 wt. %, about 2 wt. %to about 7 wt. %, about 2 wt. %to about 6 wt. %, about 2 wt. %to about 5 wt. %, about 5 wt. %to about 30 wt. %, about 5 wt. %to about 20 wt. %, about 5 wt. %to about 15 wt. %, about 5 wt. %to about 10 wt. %, about 5 wt. %to about 9 wt. %, about 5 wt. %to about 8 wt. %, about 5 wt. %to about 7 wt. %, or about 5 wt. %to about 6 wt. %of the chelating agent based on the total weight of the water treatment composition. In some embodiments, the water treatment composition comprises about 1 wt. %to about 20 wt. %of the chelating agent based on the total weight of the water treatment composition. In certain embodiments, the water treatment composition comprises about 1 wt. %to about 10 wt. %of the chelating agent based on the total weight of the water treatment composition.

[0020] The polymer dispersant may include any suitable polymer comprising at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3-methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl) ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic  acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof. As used herein, the term “ (meth) acrylate” refers to methacrylate and acrylate variants, and “ (meth) acrylamide” refers to methacrylamide and acrylamide variants. Thus, as used herein, “ (meth) acrylate” is interchangeable with “methacrylate and / or acrylate. ” In some embodiments, the polymer dispersant comprises (meth) acrylic acid, maleic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, or a salt thereof. In certain embodiments, the polymer dispersant comprises polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.

[0021] The polymer dispersant may have any suitable weight average molecular weight. For instance, the polymer dispersant may have a weight average molecular weight of about 500 g / mol or more, for example, about 750 g / mol or more, about 1,000 g / mol or more, about 1,500 g / mol or more, about 2,000 g / mol or more, about 2,500 g / mol or more, about 3,000 g / mol or more, about 3,500 g / mol or more, about 4,000 g / mol or more, about 4,500 g / mol or more, about 5,000 g / mol or more, about 5,500 g / mol or more, about 6,000 g / mol or more, about 6,500 g / mol or more, about 7,000 g / mol or more, or about 7,500 g / mol or more. Alternatively, or additionally, the polymer dispersant may have a weight average molecular weight of about 30,000 g / mol or less, for example, about 20,000 g / mol or less, about 15,000 g / mol or less, about 10,000 g / mol or less, for example, about 9,000 g / mol or less, about 8,000 g / mol or less, about 7,500 g / mol or less, about 7,000 g / mol or less, about 6,500 g / mol or less, about 6,000 g / mol or less, about 5,500 g / mol or less, about 5,000 g / mol or less, about 4,500 g / mol or less, about 4,000 g / mol or less, about 3,500 g / mol or less, about 3,000 g / mol or less, about 2,500 g / mol or less, or about 2,000 g / mol or less. Thus, the polymer dispersant may have a weight average molecular weight bounded by any two of the aforementioned endpoints. The polymer dispersant comprising at least one sulfonic group may have a weight average molecular weight range of about 500 g / mol to about 30,000 g / mol, e.g., about 500 g / mol to about 20,000 g / mol, about 500 g / mol to about 15,000 g / mol, about 500 g / mol to about 10,000 g / mol, about 500 g / mol to about 5,000 g / mol, about 1,000 g / mol to about 30,000 g / mol, about 1,000 g / mol to about 20,000 g / mol, about 1,000 g / mol to about 15,000 g / mol, about 1,000 g / mol to about 10,000 g / mol, about 1,000 g / mol to about 5,000 g / mol, about 2,000 g / mol to about 30,000 g / mol, about 2,000 g / mol to about 20,000 g / mol, about 2,000 g / mol to about 15,000 g / mol, about 2,000 g / mol to about 10,000 g / mol, about 2,000 g / mol to about 5,000 g / mol, about 3,000 g / mol to about 30,000 g / mol, about 3,000 g / mol to  about 20,000 g / mol, about 3,000 g / mol to about 15,000 g / mol, about 3,000 g / mol to about 10,000 g / mol, or about 3,000 g / mol to about 5,000 g / mol.

[0022] The water treatment composition may comprise any suitable amount of the polymer dispersant. For example, the water treatment composition may comprise about 30 wt. %or less of the polymer dispersant based on the total weight of the composition, e.g., about 20 wt. %or less, about 15 wt. %or less, about 10 wt. %or less, about 9 wt. %or less, about 8 wt. %or less, about 7 wt. %or less, about 6 wt. %or less, or about 5 wt. %or less of the polymer dispersant based on the total weight of the water treatment composition. Alternatively, or in addition, the water treatment composition can comprise about 0.1 wt. %or more of the polymer dispersant based on the total weight of the water treatment composition, for example, about 0.5 wt. %or more, about 1 wt. %or more, about 2 wt. %or more, or about 5 wt. %or more of the polymer dispersant based on the total weight of the water treatment composition. Thus, the composition may comprise the polymer dispersant in any amount bounded by any two of the aforementioned endpoints, as appropriate.

[0023] For example, in some embodiments, the polymer dispersant may be present in the water treatment composition in an amount of about 0.1 wt. %to about 30 wt. %based on the total weight of the water treatment composition, e.g., about 0.1 wt. %to about 20 wt. %, about 0.1 wt. %to about 15 wt. %, about 0.1 wt. %to about 10 wt. %, about 0.1 wt. %to about 9 wt. %, about 0.1 wt. %to about 8 wt. %, about 0.1 wt. %to about 7 wt. %, about 0.1 wt. %to about 6 wt. %, about 0.1 wt. %to about 5 wt. %, about 0.5 wt. %to about 30 wt. %, about 0.5 wt. %to about 20 wt. %, about 0.5 wt. %to about 15 wt. %, about 0.5 wt. %to about 10 wt. %, about 0.5 wt. %to about 9 wt. %, about 0.5 wt. %to about 8 wt. %, about 0.5 wt. %to about 7 wt. %, about 0.5 wt. %to about 6 wt. %, about 0.5 wt. %to about 5 wt. %, about 1 wt. %to about 30 wt. %, about 1 wt. %to about 20 wt. %, about 1 wt. %to about 15 wt. %, about 1 wt. %to about 10 wt. %, about 1 wt. %to about 9 wt. %, about 1 wt. %to about 8 wt. %, about 1 wt. %to about 7 wt. %, about 1 wt. %to about 6 wt. %, about 1 wt. %to about 5 wt. %, about 2 wt. %to about 30 wt. %, about 2 wt. %to about 20 wt. %, about 2 wt. %to about 15 wt. %, about 2 wt. %to about 10 wt. %, about 2 wt. %to about 9 wt. %, about 2 wt. %to about 8 wt. %, about 2 wt. %to about 7 wt. %, about 2 wt. %to about 6 wt. %, about 2 wt. %to about 5 wt. %, about 5 wt. %to about 30 wt. %, about 5 wt. %to about 20 wt. %, about 5 wt. %to about 15 wt. %, about 5 wt. %to about 10 wt. %, about 5 wt. %to about 9 wt. %, about 5 wt. %to about 8 wt. %, about 5 wt. %to about 7 wt. %, or about 5 wt. %to about 6 wt. %of the polymer dispersant based on the total weight of the water treatment composition. In some embodiments, the  water treatment composition comprises about 1 wt. %to about 20 wt. %of the polymer dispersant based on the total weight of the water treatment composition. In certain embodiments, the water treatment composition comprises about 1 wt. %to about 10 wt. %of the polymer dispersant based on the total weight of the water treatment composition.

[0024] In some embodiments, the water treatment composition further comprises a reducing agent. The reducing agent may be any suitable compound capable of reducing one or more oxidizing species (e.g., peroxides, oxidizing halogens, etc. ) in solution. In some embodiments, the reducing agent comprises a sulfite. As used herein, the term “sulfite” refers to any compound that includes a reducing sulfite, a variant thereof, or an equivalent thereof. Thus, the reducing agent may include, e.g., a sulfite (i.e., SO32-) salt, a bisulfite (i.e., HSO3-) salt, a metabisulfite salt (i.e., S2O52-) , or the like, or a combination thereof. For example, the reducing agent may comprise sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite. In certain embodiments, the water treatment composition comprises sodium metabisulfite.

[0025] The water treatment composition may comprise any suitable amount of the reducing agent, when present. For example, the water treatment composition may comprise about 30 wt. %or less of the reducing agent based on the total weight of the composition, e.g., about 20 wt. %or less, about 15 wt. %or less, about 10 wt. %or less, about 9 wt. %or less, about 8 wt. %or less, about 7 wt. %or less, about 6 wt. %or less, or about 5 wt. %or less of the reducing agent based on the total weight of the water treatment composition. Alternatively, or in addition, the water treatment composition may comprise about 0.1 wt. %or more of the reducing agent, when present, based on the total weight of the water treatment composition, for example, about 0.5 wt. %or more, about 1 wt. %or more, about 2 wt. %or more, or about 5 wt. %or more of the reducing agent based on the total weight of the water treatment composition. Thus, the composition may comprise the reducing agent in any amount bounded by any two of the aforementioned endpoints, as appropriate.

[0026] For example, in some embodiments, the reducing agent, when present, may be present in the water treatment composition in an amount of about 0.1 wt. %to about 30 wt. %based on the total weight of the water treatment composition, e.g., about 0.1 wt. %to about 20 wt. %, about 0.1 wt. %to about 15 wt. %, about 0.1 wt. %to about 10 wt. %, about 0.1 wt. %to about 9 wt. %, about 0.1 wt. %to about 8 wt. %, about 0.1 wt. %to about 7 wt. %, about 0.1 wt. %to about 6 wt. %, about 0.1 wt. %to about 5 wt. %, about 0.5 wt. %to about 30 wt. %, about 0.5 wt. %to about 20 wt. %, about 0.5 wt. %to about 15 wt. %, about 0.5 wt. %to about  10 wt. %, about 0.5 wt. %to about 9 wt. %, about 0.5 wt. %to about 8 wt. %, about 0.5 wt. %to about 7 wt. %, about 0.5 wt. %to about 6 wt. %, about 0.5 wt. %to about 5 wt. %, about 1 wt. %to about 30 wt. %, about 1 wt. %to about 20 wt. %, about 1 wt. %to about 15 wt. %, about 1 wt. %to about 10 wt. %, about 1 wt. %to about 9 wt. %, about 1 wt. %to about 8 wt. %, about 1 wt. %to about 7 wt. %, about 1 wt. %to about 6 wt. %, about 1 wt. %to about 5 wt. %, about 2 wt. %to about 30 wt. %, about 2 wt. %to about 20 wt. %, about 2 wt. %to about 15 wt. %, about 2 wt. %to about 10 wt. %, about 2 wt. %to about 9 wt. %, about 2 wt. %to about 8 wt. %, about 2 wt. %to about 7 wt. %, about 2 wt. %to about 6 wt. %, about 2 wt. %to about 5 wt. %, about 5 wt. %to about 30 wt. %, about 5 wt. %to about 20 wt. %, about 5 wt. %to about 15 wt. %, about 5 wt. %to about 10 wt. %, about 5 wt. %to about 9 wt. %, about 5 wt. %to about 8 wt. %, about 5 wt. %to about 7 wt. %, or about 5 wt. %to about 6 wt. %of the reducing agent based on the total weight of the water treatment composition. In some embodiments, the water treatment composition comprises about 1 wt. %to about 20 wt. %of the reducing agent, when present, based on the total weight of the water treatment composition. In certain embodiments, the water treatment composition comprises about 1 wt. %to about 10 wt. %of the reducing agent, when present, based on the total weight of the water treatment composition.

[0027] In some embodiments, the water treatment composition may further include a pH-adjusting agent. The pH of the water treatment composition may be adjusted to any suitable pH with any suitable pH-adjusting agent, e.g., to help inhibit scale formation, reduce biofilm formation, and / or reduce fouling of a membrane. For example, the water treatment composition may have a pH of from about 3 to about 14. In some embodiments, the water or treated water may have a pH of from about 3 to about 13, from about 4 to about 13, from about 3 to about 12, from about 4 to about 12, from about 3 to about 11, from about 4 to about 11, from about 3 to about 10, from about 4 to about 10, from about 3 to about 9, from about 4 to about 9, from about 3 to about 8, from about 4 to about 8, from about 5 to about 14, from about 5 to about 13, from about 5 to about 12, from about 5 to about 11, from about 5 to about 10, from about 5 to about 9, from about 5 to about 8, or from about 6 to about 8. Non-limiting examples of suitable acids for pH adjustment of the water treatment composition include inorganic acids such as, e.g., nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, and organic acids such, e.g., as formic acid and acetic acid. Non-limiting examples of suitable bases for pH adjustment of the water treatment composition include, e.g., sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonium hydroxide.

[0028] In some embodiments, the water treatment composition further includes a carrier or diluent. The carrier / diluent may include any suitable component that increases the miscibility or availability of the chelating agent, the polymer dispersant, and optional reducing agent in the water treatment composition. For example, the carrier may simply include water and / or may include, e.g., in combination with water, a water-miscible co-solvent such as, for example, acetone, methanol, ethanol, propanol, formic acid, formamide, propylene glycol, ethylene glycol, or combinations thereof.

[0029] In some embodiments, the water treatment composition does not contain an antiscalant such as amino trimethylene phosphonic acid (ATMP) , hydroxyethylidene diphosphonic acid (HEDP) , 2-phosphonobutane-1, 2, 4-tricarboxylic acid (PBTC) , or polyepoxysuccinic acid (PESA) . Alternatively, or additionally, in some embodiments, the water treatment composition does not contain a non-oxidizing biocide such as 2, 2-dibromo-3-nitrilopropionamide or isothiazolinones.

[0030] In some embodiments, the water treatment composition consists of, e.g., consists exclusively of, or consists essentially of, (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, (c) optionally a reducing agent comprising a sulfite, and (d) optionally a pH-adjusting agent. In some embodiments, the water treatment composition consists of, e.g., consists exclusively of, or consists essentially of, (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, (c) a reducing agent comprising a sulfite, and (d) optionally a pH-adjusting agent. In some embodiments, the water treatment composition consists of, e.g., consists exclusively of, or consists essentially of, (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, (c) a reducing agent comprising a sulfite, and (d) a pH-adjusting agent.

[0031] In certain embodiments, the water treatment composition comprises (a) a chelating agent comprising ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof, (b) a polymer dispersant comprising polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof, and (c) a reducing agent comprising sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.

[0032] The invention also provides a method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation (MD) process for removing ammonia from water, the method  comprising treating water of the membrane distillation process with a composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) optionally, a reducing agent, to treat the water. As used herein, the term “membrane distillation” refers to a thermally driven process where a hydrophobic porous MD membrane establishes a barrier for liquid phases while allowing a vapor phase (e.g., ammonia gas) to diffuse through pores. The membrane distillation process may be a sweep gas membrane distillation (SGMD) process, a vacuum membrane distillation (VMD) , direct contact membrane distillation (DCMD) , or the like, and can utilize any suitable membrane for removing ammonia from water. In certain embodiments, the membrane distillation process is a directed contact membrane distillation (DCMD) process such as, for example, a directed contact membrane distillation (DCMD) process for removing ammonia from industrial wastewater.

[0033] In some embodiments, the method of the invention comprises treating water (e.g., the feed water or industrial wastewater) of a membrane distillation process for removing ammonia with a composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) optionally, a reducing agent, to treat the water. In some embodiments, the feed water is derived from wastewater (e.g., industrial wastewater) and thus contains large amount of contaminants. For example, in microelectronic plants, feed water for the MD system is often comprised of various streams of wastewater RO (reverse osmosis) concentrates and discharge water from ammonia scrubbers. Thus, the pollutants in the MD feed water may be very complex, and may include colloids, metal ions, oxidants such as chlorine or hydrogen peroxide, dissolved organics, and microbial slimes. Even with meticulous pre-filtration efforts such as activated carbon filtration and ultrafiltration, MD membranes often suffer from severe fouling and damage due to the nature of the feed water, which in-turn lowers ammonia removal efficiency and membrane life. Thus, the methods described herein serve to reduce fouling (i.e., clogging) of a membrane in a membrane distillation process, especially in a membrane distillation process for removing ammonia. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that reducing fouling of the membrane in a membrane distillation process in accordance with the present invention may significantly improve the efficiency of the MD process and the longevity of the MD membrane used in the process.

[0034] The amount of fouling in the membrane distillation process may be measured by any suitable means, including analytical methods which are known to a skilled artisan. For  example, signs of MD membrane fouling or damage include, but are not limited to, reduced ammonia removal efficiency, increased differential pressure, and more frequent pre-filter replacement. A skilled artisan would be able to identify and / or quantify these signs of MD membrane fouling or damage relative to the baseline performance of the MD membrane. In some embodiments, the amount of fouling may be measured by the ammonia mass transfer coefficient, k, which is an inherent parameter for the membrane distillation membrane module. In some embodiments, the methods described herein maintain an ammonia mass transfer coefficient representing at least 80%efficiency of the ammonia mass transfer coefficient at time 0, k0, for a period of at least 2 weeks, at least 4 weeks, at least 6 weeks, or at least 8 weeks, without any external maintenance (e.g., physical cleaning) of the membrane. In some embodiments, the methods described herein maintain an ammonia mass transfer coefficient representing at least 85%efficiency of the ammonia mass transfer coefficient at time 0, k0, for a period of at least 2 weeks, at least 4 weeks, at least 6 weeks, or at least 8 weeks, without any external maintenance (e.g., physical cleaning) of the membrane. In some embodiments, the methods described herein maintain an ammonia mass transfer coefficient representing at least 90%efficiency of the ammonia mass transfer coefficient at time 0, k0, for a period of at least 2 weeks, at least 4 weeks, at least 6 weeks, or at least 8 weeks, without any external maintenance (e.g., physical cleaning) of the membrane.

[0035] In some embodiments, the water (e.g., the feed water or industrial wastewater) of the membrane distillation process comprises microbial slime or pollutants that may produce microbial slime capable of fouling the MD membrane, e.g., microbial slime from upstream RO processes. Typically, microorganisms do not grow rapidly under MD conditions when the pH is adjusted to very high levels (pH > 11) . However, the microbial slime derived from upstream RO rejects poses a significant risk of fouling detrimental to the proper function of a MD membrane. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that hydrophobic microorganism cell walls or other hydrophobic biopolymers released from such microorganisms can adsorb onto the MD membrane surface and clog or wet the MD membrane pores, thereby reducing the ammonia stripping performance of the MD system.

[0036] In some embodiments, the water (e.g., the feed water or industrial wastewater) of the membrane distillation process contains one or more metal ions capable of precipitating on and fouling the MD membrane. For example, the water (e.g., the feed water or industrial wastewater) of the membrane distillation process can comprise Ca, Mg, Fe, Al, Mn, Cu, Ni, Zn, Cr, Mo, Ti, etc. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that  the amount of such scale-forming metals is usually very small, often in sub-ppm levels. However, metal hydroxides, carbonates, silicates, or phosphates may still precipitate and form scaling on MD membrane surfaces, clogging the MD membrane pores.

[0037] In some embodiments, the water (e.g., the feed water or industrial wastewater) of the membrane distillation process comprises one or more oxidizing species such as, for example, chlorine (in free and combined form) , hydrogen peroxide, and biocides such as 2, 2-dibromo-3-nitrilopropionamide (DBNPA) and isothiazolinones. While DBNPA and isothiazolinones are classified as non-oxidizing biocides, they can still possess mild oxidizing power and may still cause fouling of or damage to a MD membrane.

[0038] In some embodiments, the method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation (MD) process for removing ammonia from water comprises treating water of the membrane distillation process with a composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) a reducing agent, to treat the water. In certain embodiments, the method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation (MD) process for removing ammonia from water comprises treating water of the membrane distillation process with a composition comprising (a) a chelating agent comprising ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof, (b) a polymer dispersant comprising polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof, and (c) a reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite, to treat the water.

[0039] The methods described herein serve to reduce fouling (i.e., clogging) of a membrane in a membrane distillation process, especially in a membrane distillation process for removing ammonia from water (e.g., industrial wastewater) . In some embodiments, ammonia (NH3) is vaporized at alkaline pH (typically pH > 10) on one side of the membrane and absorbed by an acidic solution (e.g., a sulfuric acid solution) on the other side of the membrane, thereby reducing the amount of ammonia on one side of the membrane and increasing the amount of ammonia on the other side of the membrane. Thus, the invention further provides a method of reducing ammonia content in a membrane distillation process for removing ammonia from industrial wastewater, the method comprising: (i) treating the industrial wastewater upstream of the membrane distillation system with a composition  comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) optionally, a reducing agent, to provide a treated industrial wastewater, and (ii) removing ammonia from the treated industrial wastewater with the membrane distillation system, e.g., by contacting the treated industrial wastewater with the membrane used in the system and / or by passing the treated industrial wastewater through the membrane, to provide industrial wastewater with reduced ammonia content.

[0040] In some embodiments, the method of reducing ammonia content in industrial wastewater using a membrane distillation system comprises: (i) treating the industrial wastewater upstream of a membrane distillation system with a composition comprising (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups, (b) a polymer dispersant, and (c) a reducing agent, to provide a treated industrial wastewater, and (ii) removing ammonia from the treated industrial wastewater with the membrane distillation system, e.g., by contacting the treated industrial wastewater with the membrane used in the system and / or by passing the treated industrial wastewater through the membrane, to provide industrial wastewater with reduced ammonia content. In certain embodiments, the method of reducing ammonia content in industrial wastewater using a membrane distillation system comprises: (i) treating the industrial wastewater upstream of a membrane distillation system with a composition comprising (a) a chelating agent comprising ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof, (b) a polymer dispersant comprising polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof, and (c) a reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite, to provide a treated industrial wastewater, and (ii) removing the treated industrial wastewater with the membrane distillation system, e.g., by contacting the treated industrial wastewater with the membrane used in the system and / or by passing the treated industrial wastewater through the membrane, to provide industrial wastewater with reduced ammonia content.

[0041] In some embodiments, the components of the water treatment composition (i.e., the chelating agent comprising at least two carboxylate groups, the polymer dispersant, and optional reducing agent) , which are to be used to treat the water of the membrane distillation process, each may be supplied, for example, as a one-package system comprising the  chelating agent, the polymer dispersant, and optional reducing agent, and any further optional components. Alternatively, the components of the water treatment composition (i.e., the chelating agent comprising at least two carboxylate groups, the polymer dispersant, and optional reducing agent) each may be supplied separately as a two-package system or three-package system containing the chelating agent, the polymer dispersant, and optional reducing agent, and / or any further optional components as individual additives. In some embodiments, a multi-component system may allow for the adjustment of relative amounts of the components in the water treatment composition, e.g., by allowing the user to adjust the blending ratio of the components. Various methods may be employed to utilize such a multi-package system. For example, the components may be pre-mixed at the point-of use, or the components may be delivered to the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) of the membrane distillation process individually or together using the same mechanism of addition, or by using different mechanisms of addition, e.g., by preparing a pre-mixed concentrate of the components before delivery to the system. The components may be delivered sequentially or at the same time. As used herein, “point-of-use” refers to the point at which the water treatment composition are introduced to the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0042] The components of the water treatment composition may be delivered to the point-of-use independently (such that the components are mixed together after being added to (or by) the water) , or one or more of the components may be combined / mixed together before delivery to the point-of-use, e.g., shortly or immediately before delivery to the point-of-use. Combining or mixing “immediately before delivery to the point-of-use” includes situations in which the components are combined about 5 minutes or less prior to being delivered in mixed form to the point-of-use, for example, about 4 minutes or less, about 3 minutes or less, about 2 minutes or less, about 1 minute or less, about 45 seconds or less, about 30 seconds or less, or about 10 seconds or less before being added in a mixed form, or simultaneously delivering the components such that they mix together while being delivered, e.g., at the point-of-use. Combining or mixing “immediately before the point-of-use” includes situations in which the components are combined within a distance of 5 m of the point-of-use, such as within 1 m of the point-of-use or even within 10 cm of the point-of-use (e.g., within 1 cm of the point-of-use) .

[0043] The water treatment composition also may be provided as a concentrate which is intended to be diluted with an appropriate amount of water or other carrier prior to use, or  diluted with the appropriate amount of water at the point-of-use (e.g., with the feed water o the industrial wastewater itself) . In such embodiments, the water treatment composition may be delivered as a concentrate, which may include the components in amounts such that, upon dilution of the concentrate with an appropriate amount of water, each component of the water treatment composition will be present in the industrial water system in a concentration that is within the range needed for each component to serve its intended purpose. For example, any one of the components of the water treatment composition can each be present in the concentrate in an amount that is about 2 times (e.g., about 3 times, about 4 times, or about 5 times) greater than the range needed for each component to serve its intended purpose so that, when the concentrate is diluted with an equal volume of water (e.g., 2 equal volumes water, 3 equal volumes of water, or 4 equal volumes of water, respectively) , each component will be present in water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) in the concentration range needed for each component to serve its intended purpose.

[0044] The water treatment composition may be formulated and / or implemented so as to provide any suitable amount of the chelating agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) . For instance, the water treatment composition may provide a concentration of about 0.1 ppm or more of the chelating agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , for example, about 0.5 ppm or more of the chelating agent, about 1 ppm or more of the chelating agent, or about 5 ppm or more of the chelating agent. Alternatively, or additionally, the water treatment composition may provide a concentration of about 500 ppm or less of the chelating agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , for example, about 250 ppm or less of the chelating agent, about 200 ppm or less of the chelating agent, about 100 ppm or less of the chelating agent, or about 50 ppm or less of the chelating, in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0045] For example, the water treatment composition may be formulated and / or delivered so as to provide a concentration of from about 0.1 ppm to about 500 ppm of the chelating agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , from about 0.5 ppm to about 500 ppm of the chelating agent, from about 1 ppm to about 500 ppm of the chelating agent, from about 5 ppm to about 500 ppm of the chelating agent, from about 0.1 ppm to about 250 ppm of the chelating agent, from about 0.5 ppm to about 250 ppm of the chelating agent, from about 1 ppm to about 250 ppm of the chelating agent, from about 5 ppm to about 250 ppm of the chelating agent, from about 0.1 ppm to about 200 ppm of the chelating agent,  from about 0.5 ppm to about 200 ppm of the chelating agent, from about 1 ppm to about 200 ppm of the chelating agent, from about 5 ppm to about 200 ppm of the chelating agent, from about 0.1 ppm to about 100 ppm of the chelating agent, from about 0.5 ppm to about 100 ppm of the chelating agent, from about 1 ppm to about 100 ppm of the chelating agent from about 5 ppm to about 100 ppm of the chelating agent, from about 0.1 ppm to about 50 ppm of the chelating agent, from about 0.5 ppm to about 50 ppm of the chelating agent, from about 1 ppm to about 50 ppm of the chelating agent, or from about 5 ppm to about 50 ppm of the chelating agent, in the first treated industrial water and / or in the second treated industrial water. In some embodiments, the water treatment composition provides a concentration of from about 1 ppm to about 200 ppm of the chelating agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) . In certain embodiments, the water treatment composition provides a concentration of from about 5 ppm to about 200 ppm of the chelating agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0046] The water treatment composition may be formulated and / or delivered so as to provide any suitable amount of the polymer dispersant in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) . For instance, the water treatment composition may provide a concentration of about 0.1 ppm or more of the polymer dispersant in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , for example, about 0.5 ppm or more of the polymer dispersant, about 1 ppm or more of the polymer dispersant, or about 5 ppm or more of the polymer dispersant. Alternatively, or additionally, the water treatment composition may provide a concentration of about 500 ppm or less of the polymer dispersant in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , for example, about 250 ppm or less of the polymer dispersant, about 200 ppm or less of the polymer dispersant, about 100 ppm or less of the polymer dispersant, or about 50 ppm or less of the polymer dispersant, in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0047] For example, the water treatment composition may be formulated and / or implemented so as to provide a concentration of from about 0.1 ppm to about 500 ppm of the polymer dispersant in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , from about 0.5 ppm to about 500 ppm of the polymer dispersant, from about 1 ppm to about 500 ppm of the polymer dispersant, from about 5 ppm to about 500 ppm of the polymer dispersant, from about 0.1 ppm to about 250 ppm of the polymer dispersant, from about 0.5 ppm to about 250 ppm of the polymer dispersant, from about 1 ppm to about 250 ppm of the polymer dispersant, from about 5 ppm to about 250 ppm of the polymer dispersant, from about 0.1  ppm to about 200 ppm of the polymer dispersant, from about 0.5 ppm to about 200 ppm of the polymer dispersant, from about 1 ppm to about 200 ppm of the polymer dispersant, from about 5 ppm to about 200 ppm of the polymer dispersant, from about 0.1 ppm to about 100 ppm of the polymer dispersant, from about 0.5 ppm to about 100 ppm of the polymer dispersant, from about 1 ppm to about 100 ppm of the polymer dispersant, from about 5 ppm to about 100 ppm of the polymer dispersant, from about 0.1 ppm to about 50 ppm of the polymer dispersant, from about 0.5 ppm to about 50 ppm of the polymer dispersant, from about 1 ppm to about 50 ppm of the polymer dispersant, or from about 5 ppm to about 50 ppm of the polymer dispersant, in the first treated industrial water and / or in the second treated industrial water. In some embodiments, the water treatment composition provides a concentration of from about 1 ppm to about 200 ppm of the polymer dispersant in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) . In certain embodiments, the water treatment composition provides a concentration of from about 5 ppm to about 200 ppm of the polymer dispersant in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0048] The water treatment composition may be formulated and / or delivered so as to provide any suitable amount of the reducing agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) . For instance, the water treatment composition may provide a concentration of about 0.1 ppm or more of the reducing agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , for example, about 0.5 ppm or more of the reducing agent, about 1 ppm or more of the reducing agent, or about 5 ppm or more of the reducing agent. Alternatively, or additionally, the water treatment composition may provide a concentration of about 500 ppm or less of the reducing agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , for example, about 250 ppm or less of the reducing agent, about 200 ppm or less of the reducing agent, about 100 ppm or less of the reducing agent, or about 50 ppm or less of the reducing agent, in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0049] For example, the water treatment composition may be formulated and / or delivered so as to provide a concentration of from about 0.1 ppm to about 500 ppm of the reducing agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) , from about 0.5 ppm to about 500 ppm of the reducing agent, from about 1 ppm to about 500 ppm of the reducing agent, from about 5 ppm to about 500 ppm of the reducing agent, from about 0.1 ppm to about 250 ppm of the reducing agent, from about 0.5 ppm to about 250 ppm of the reducing agent, from about 1 ppm to about 250 ppm of the reducing agent, from about 5 ppm to about  250 ppm of the reducing agent, from about 0.1 ppm to about 200 ppm of the reducing agent, from about 0.5 ppm to about 200 ppm of the reducing agent, from about 1 ppm to about 200 ppm of the reducing agent, from about 5 ppm to about 200 ppm of the reducing agent, from about 0.1 ppm to about 100 ppm of the reducing agent, from about 0.5 ppm to about 100 ppm of the reducing agent, from about 1 ppm to about 100 ppm of the reducing agent, from about 5 ppm to about 100 ppm of the reducing agent, from about 0.1 ppm to about 50 ppm of the reducing agent, from about 0.5 ppm to about 50 ppm of the reducing agent, from about 1 ppm to about 50 ppm of the reducing agent, or from about 5 ppm to about 50 ppm of the reducing agent, in the first treated industrial water and / or in the second treated industrial water. In some embodiments, the water treatment composition provides a concentration of from about 1 ppm to about 200 ppm of the reducing agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) . In certain embodiments, the water treatment composition provides a concentration of from about 5 ppm to about 200 ppm of the reducing agent in the water (e.g., the feed water or the industrial wastewater) .

[0050] As used herein, “water” refers to any substance that includes water as a primary ingredient. Water may include, for example, purified water, tap water, fresh water, recycled water, brine, steam, and / or any aqueous solution, or aqueous blend. Typically, when referring to treating (i.e., contacting) water of the membrane distillation process, the “water” is feed water of the membrane distillation process. In some embodiments, the feed water of the membrane distillation process is industrial wastewater.

[0051] As used herein, “industrial wastewater” refers to wastewater from any system that circulates water as part of an industrial or industrially applicable process. Non-limiting examples of industrial water systems include, e.g., cooling systems, boiler systems, heating systems, membrane systems (e.g., reverse osmosis membrane systems) , paper making processes, or any other systems that move or circulate water as part of an industrial or industrially applicable process. In some embodiments, the membrane distillation process comprises removing ammonia from wastewater in a microelectronic industry. In certain embodiments, the water treatment composition reduces fouling of a membrane in a membrane distillation process of a semiconductor fabrication plant. Thus, in some embodiments, the industrial wastewater is from a microelectronic industry such as, for example, a semiconductor fabrication plant.

[0052] The feed water or industrial wastewater may have any suitable pH. For example, the feed water or industrial wastewater of the membrane distillation process may have a pH  of from about 6 to about 14. In some embodiments, the feed water or industrial wastewater has a pH of from about 7 to about 14, from about 8 to about 14, from about 6 to about 13, from about 7 to about 13, from about 8 to about 13, from about 6 to about 12, from about 7 to about 12, from about 8 to about 12, from about 9 to about 14, from about 9 to about 13, or from about 9 to about 12.

[0053] Aspects, including embodiments, of the invention described herein may be beneficial alone or in combination, with one or more other aspects or embodiments. Without limiting the foregoing description, certain non-limiting embodiments of the disclosure numbered 1-41 are provided below. As will be apparent to those of skill in the art upon reading this disclosure, each of the individually numbered embodiments may be used or combined with any of the preceding or following individually numbered embodiments. This is intended to provide support for all such combinations of embodiments and is not limited to combinations of embodiments explicitly provided below:

[0054] EMBODIMENTS

[0055] (1) In embodiment (1) is presented a water treatment composition comprising:

[0056] (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups;

[0057] (b) a polymer dispersant; and

[0058] (c) a reducing agent comprising a sulfite.

[0059] (2) In embodiment (2) is presented the water treatment composition of embodiment (1) , wherein the chelating agent does not contain phosphorous.

[0060] (3) In embodiment (3) is presented the water treatment composition of embodiment (1) or (2) , wherein the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof.

[0061] (4) In embodiment (4) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (3) , wherein the chelating agent is not polymeric.

[0062] (5) In embodiment (5) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (4) , wherein the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof.

[0063] (6) In embodiment (6) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (5) , wherein the polymer dispersant comprises at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid,  crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3-methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl) ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof.

[0064] (7) In embodiment (7) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (6) , wherein the polymer dispersant comprises polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.

[0065] (8) In embodiment (8) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (7) , wherein the polymer dispersant has a weight average molecular weight of about 3,000 to about 30,000 Daltons.

[0066] (9) In embodiment (9) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (8) , wherein the reducing agent comprises a sulfite salt, a bisulfite salt, or a metabisulfite salt.

[0067] (10) In embodiment (10) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (9) , wherein the reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.

[0068] (11) In embodiment (11) is presented the water treatment composition of any one of embodiments (1) - (10) , wherein the water treatment composition further comprises a pH-adjusting agent.

[0069] (12) In embodiment (12) is presented the water treatment composition of embodiment (11) , wherein the water treatment composition has a pH of about 3 to about 14 in an aqueous solution.

[0070] (13) In embodiment (13) is presented the water treatment composition of embodiment (11) , wherein the water treatment composition has a pH of about 5 to about 8 in an aqueous solution.

[0071] (14) In embodiment (14) is presented a method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation process for removing ammonia from water, the method comprising:

[0072] treating water of the membrane distillation process for removing ammonia from water with a composition comprising:

[0073] (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups,

[0074] (b) a polymer dispersant, and

[0075] (c) optionally, a reducing agent,

[0076] to treat the water.

[0077] (15) In embodiment (15) is presented the method of embodiment (14) , wherein the chelating agent does not contain phosphorous.

[0078] (16) In embodiment (16) is presented the method of embodiment (14) or (15) , wherein the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof.

[0079] (17) In embodiment (17) is presented the method of any one of embodiments (14) - (16) , wherein the chelating agent is not polymeric.

[0080] (18) In embodiment (18) is presented the method of any one of embodiments (14) - (17) , wherein the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof.

[0081] (19) In embodiment (19) is presented the method of any one of embodiments (14) - (18) , wherein the polymer dispersant comprises at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3-methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl) ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof.

[0082] (20) In embodiment (20) is presented the method of any one of embodiments (14) - (19) , wherein the polymer dispersant comprises polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.

[0083] (21) In embodiment (21) is presented the method of any one of embodiments (14) - (20) , wherein the polymer dispersant has a weight average molecular weight of about 3,000 to about 30,000 Daltons.

[0084] (22) In embodiment (22) is presented the method of any one of embodiments (14) - (21) , wherein the composition comprises a reducing agent.

[0085] (23) In embodiment (23) is presented the method of embodiment (22) , wherein the reducing agent comprises a sulfite salt, a bisulfite salt, or a metabisulfite salt.

[0086] (24) In embodiment (24) is presented the method of embodiment (22) or (23) , wherein the reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.

[0087] (25) In embodiment (25) is presented the method of any one of embodiments (14) - (24) , wherein the composition further comprises a pH-adjusting agent.

[0088] (26) In embodiment (26) is presented the method of any one of embodiments (14) - (25) , wherein the membrane distillation process comprises removing ammonia from wastewater in a microelectronic industry.

[0089] (27) In embodiment (27) is presented the method of any one of embodiments (14) - (26) , wherein the composition reduces fouling of a membrane in a membrane distillation process of a semiconductor fabrication plant.

[0090] (28) In embodiment (28) is presented a method of reducing ammonia content in industrial wastewater using a membrane distillation system, the method comprising:

[0091] (i) treating the industrial wastewater upstream of a membrane distillation system with a composition comprising:

[0092] (a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups,

[0093] (b) a polymer dispersant, and

[0094] (c) optionally, a reducing agent,

[0095] to provide a treated industrial wastewater, and

[0096] (ii) removing ammonia from the treated industrial wastewater with the membrane distillation system to provide industrial wastewater with reduced ammonia content.

[0097] (29) In embodiment (29) is presented the method of embodiment (28) , wherein the chelating agent does not contain phosphorous.

[0098] (30) In embodiment (30) is presented the method of embodiment (28) or (29) , wherein the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof.

[0099] (31) In embodiment (31) is presented the method of any one of embodiments (28) - (30) , wherein the chelating agent is not polymeric.

[0100] (32) In embodiment (32) is presented the method of any one of embodiments (28) - (31) , wherein the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof.

[0101] (33) In embodiment (33) is presented the method of any one of embodiments (28) - (32) , wherein the polymer dispersant comprises at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3-methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl) ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof.

[0102] (34) In embodiment (34) is presented the method of any one of embodiments (28) - (33) , wherein the polymer dispersant is polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.

[0103] (35) In embodiment (35) is presented the method of any one of embodiments (28) - (34) , wherein the polymer dispersant has a weight average molecular weight of about 3,000 to about 30,000 Daltons.

[0104] (36) In embodiment (36) is presented the method of any one of embodiments (28) - (35) , wherein the composition comprises a reducing agent.

[0105] (37) In embodiment (37) is presented the method of embodiment (36) , wherein the reducing agent comprises a sulfite salt, a bisulfite salt, or a metabisulfite salt.

[0106] (38) In embodiment (38) is presented the method of embodiment (36) or (37) , wherein the reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.

[0107] (39) In embodiment (39) is presented the method of any one of embodiments (28) - (38) , wherein the composition further comprises a pH-adjusting agent.

[0108] (40) In embodiment (40) is presented the method of any one of embodiments (28) - (39) , wherein the industrial wastewater is from a microelectronic industry.

[0109] (41) In embodiment (41) is presented the method of any one of embodiments (28) - (40) , wherein the wastewater is from a semiconductor fabrication plant.

[0110] EXAMPLES

[0111] The following examples further illustrate the invention but, of course, should not be construed as in any way limiting its scope.

[0112] EXAMPLE 1

[0113] For comparison, this example demonstrates the ability to reduce biopolymer-induced turbidity exhibited by a composition comprising a chelating agent and a polymer dispersant.

[0114] A protecting reagent (PR1) composition was prepared as an aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) tetrasodium salt (10 wt. %) and a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) (10 wt. %) , and the pH was adjusted to 10 using sodium hydroxide. For comparison, a common RO antiscalant solution containing aminotrimethylenephosphonic acid (ATMP) (40 wt. %) with the pH adjusted to 10 using sodium hydroxide, was prepared as a positive control.

[0115] Synthetic membrane distillation (MD) feed water samples were prepared containing NH3-N (1000 ppm) , carbonate (500 ppm as CaCO3) , fluoride (100 ppm as F) , silica (100 ppm as SiO2) , ortho-phosphate (50 ppm as PO4) , and the pH and conductivity of the resulting solutions were adjusted to 11.5 and 10000 μs / cm with sodium hydroxide and sodium sulfate, respectively.

[0116] A reverse osmosis (RO) concentrate was collected from a recycle RO system in a microelectronic plant, filtered with a 0.22 μm filter, and the collected solids were washed with deionized water several times and redispersed into deionized water. The resulting solution was stored at 4 ℃ and used as a microbial suspension. The total viable count was 7 x 108 cfu / ml for bacteria and 1 x 106 cfu / ml for fungi. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that only a small fraction of the microbial slime results from living microorganisms, but rather the microbial slime mainly consists of biopolymers such as, for example, polysaccharides.

[0117] To the MD feed water sample spiked with 1%of the microbial suspension, was dosed PR1 (25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, and 100 ppm) or the ATMP solution (0 ppm, 25 ppm,  50 ppm, 75 ppm, and 100 ppm) . The resulting solution was stirred for 5 minutes and the turbidity of the solution was measured. The turbidity (NTU) results are set forth in FIG. 1.

[0118] As is apparent from the results set forth in FIG. 1, the protecting reagent (PR1) , containing EDTA and AA-AMPS, significantly reduced the turbidity of the microbial suspension. In contrast, the positive control, containing ATMP, did not exhibit any significant reduction in turbidity. Thus, the protecting reagent (PR1) , containing EDTA and AA-AMPS, significantly outperformed the common RO antiscalant solution, containing aminotrimethylenephosphonic acid (ATMP) , in reducing biopolymer-induced turbidity.

[0119] EXAMPLE 2

[0120] For comparison, this example demonstrates the ability to reduce metal-induced turbidity exhibited by a composition comprising a chelating agent and a polymer dispersant.

[0121] A protecting reagent (PR2) composition was prepared as an aqueous solution containing diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) pentasodium salt (12 wt. %) and polyacrylic acid (PAA) (8 wt. %) , and the pH was adjusted to 10 using sodium hydroxide. For comparison, a common RO antiscalant solution containing aminotrimethylenephosphonic acid (ATMP) (40 wt. %) with the pH adjusted to 10 using sodium hydroxide, was prepared as a positive control.

[0122] Synthetic membrane distillation (MD) feed water samples were prepared containing NH3-N (1000 ppm) , carbonate (500 ppm as CaCO3) , fluoride (100 ppm as F) , silica (100 ppm as SiO2) , ortho-phosphate (50 ppm as PO4) , and the pH and conductivity of the resulting solutions were adjusted to 11.5 and 10000 μs / cm with sodium hydroxide and sodium sulfate, respectively.

[0123] To the synthetic MD feed water samples was dosed PR2 (100 ppm) or the ATMP solution (100 ppm) . To the resulting mixture, under vigorous stirring, was added concentrated solutions containing CaCl2, MgSO4, or FeCl3 at metal dosages of 0.5 ppm, 1 ppm, 1.5 ppm, and 2 ppm. The turbidity (NTU) results are set forth in FIG. 2.

[0124] As is apparent from the results set forth in FIG. 2, the protecting reagent (PR2) , containing DTPA and PAA, significantly reduced the change in turbidity resulting from the metal concentration spike. In contrast, the positive control, containing ATMP, exhibited significant higher turbidity resulting from the metal concentration spike from Ca, Mg, and Fe, as compared to the protecting reagent (PR2) . These results demonstrate that the protecting reagent (PR2) can effectively reduce the amount of inorganic scale and deposit on a membrane distillation system.

[0125] EXAMPLE 3

[0126] This example demonstrates the ability to reduce the amount of deposit on cartridge filters, upstream of a membrane distillation system, exhibited by a composition comprising a chelating agent and a polymer dispersant.

[0127] A protecting reagent (PR1) composition was prepared as an aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) tetrasodium salt (10 wt. %) and a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) (10 wt. %) , and the pH was adjusted to 10 using sodium hydroxide. For comparison, a common RO antiscalant solution containing aminotrimethylenephosphonic acid (ATMP) (40 wt. %) with the pH adjusted to 10 using sodium hydroxide, was prepared as a positive control.

[0128] Deposit samples were scraped off dirty cartridge filter elements, upstream of a membrane distillation system, in a microelectronic plant, and were dried at 105 ℃. The elemental analysis of the dried deposit samples was obtained using X-ray fluorescence and the composition was as follows: SiO2 8%, Fe2O3 7%, Na2O 7%, TiO2 5%, Al2O3 4%, F 3%, MgO 3%, NiO 3%, SO3 2%, Cl 1%, Cr2O3 1%and Ta2O5 1%. Gravimetric tests showed less than 1%of carbonate and loss at 925 ℃ was 55%. Carbon, hydrogen, nitrogen, and sulfur (CHNS) analysis on the organic portion showed 29%carbon, 3.0 %hydrogen, and 2.0%nitrogen. The elemental analysis indicated that the deposit contained microbial slime, silicates, and other inorganic salts.

[0129] PR2 (2000 ppm) or the ATMP solution (2000 ppm) were dosed into two 1 L synthetic feed samples, and to the resulting solutions was added the wet deposit sample (1000 mg) . The resulting mixtures were stirred for 30 minutes and filtered with a 0.22 μm filter. The filtered solid was washed with deionized water several times and dried at 105 ℃. The synthetic feed sample dosed with PR2 resulted in only 43 mg of solid deposit, whereas the synthetic feed sample dosed with the ATMP solution resulted in 102 mg of solid deposit. These results demonstrate that the protecting reagent (PR1) can effectively reduce the amount of deposit on cartridge filters, upstream of the membrane distillation system.

[0130] EXAMPLE 4

[0131] This example demonstrates the effect on a membrane distillation system, used for removal of ammonia, exhibited by a solution containing chlorine.

[0132] A 3M LiquicelTM membrane contactor mini module (1 x 5.5) was set up and operated in recirculation mode, as depicted in FIG. 3, to evaluate oxidative damages to a membrane distillation membrane. In particular, a 1 L buffered ammonia solution at pH ～11  was recirculated through the inner phase (lumen side) of the membrane distillation at a rate of ～1 mL / min by a peristatic pump. On the outer phase (shell side) a 1 L sulfuric acid solution at pH ～2 was recirculated to absorb the ammonia vapor. During the experiment, ammonia was transferred from the high pH bottle to the low pH bottle. The contents of the sulfuric acid bottle and ammonia bottle were refreshed every day.

[0133] To test the effects of an oxidant (i.e., chlorine) on the longevity of the membrane distillation membrane, a sodium hypochlorite solution was added to the ammonia bottle to obtain an active chlorine concentration of 20 ppm. Within 4 weeks after addition of the sodium hypochlorite solution, the membrane distillation membrane began leaking, thereby resulting in mixing of the contents of the sulfuric acid and ammonia solution.

[0134] To combat the effects of oxidants such as chlorine, a protecting reagent (PR3) composition was prepared as an aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) tetrasodium salt (8 wt. %) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) (8 wt. %) , and sodium metabisulfite (10 wt. %) , and the pH was adjusted to 6.5 using sodium hydroxide. PR3 was able to effectively reduce chlorine content with a weight ratio of 14 to 1, i.e., 14 ppm PR3 can remove 1 ppm chlorine. The residual chlorine was measured using a Hach total chlorine test. Once chlorine was removed, the lab membrane distillation system ran smoothly without any sign of damage for many months.

[0135] EXAMPLE 5

[0136] This example demonstrates the ability to reduce fouling of a membrane distillation system, used for removal of ammonia, exhibited by an aqueous solution containing EDTA, AA-AMPS, and sodium metabisulfite.

[0137] A protecting reagent (PR3) composition was prepared as an aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) tetrasodium salt (8 wt. %) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) (8 wt. %) , and sodium metabisulfite (10 wt. %) , and the pH was adjusted to 6.5 using sodium hydroxide.

[0138] A membrane distillation feed water sample was taken from a microelectronic plant, and treated with PR3 (100 ppm) or without PR3 (negative control) , and the sample was constantly fed into the lab simulation system illustrated in FIG. 3 with a flow rate of 1 mL / min. The ammonia side was operated in one-through mode while the sulfuric acid side was operated in recirculation mode. Once the pH of the sulfuric acid bottle reached 3, the  contents of the sulfuric acid bottle were refreshed. The membrane distillation lab simulation was performed for 5 weeks with PR3 (100 ppm) or without PR3 (negative control) .

[0139] Once a week, the ammonia mass transfer rate was measured using recirculation mode with 100 ppm NH3-N and pH 12 in ammonia bottle and flow rate of 20 mL / min. Periodically a sample was taken from the ammonia or sulfuric acid bottles and ammonia concentration change was measured over time. The ammonia mass transfer coefficient was calculated using the following equation:

[0140] where k, V, A, C0, and Ct are the ammonia mass transfer coefficient, total volume of feed solution, membrane surface area, concentration of ammonia at initial and time t in the bulk feed solution, respectively. Typically, plotting ln (C0 / Ct) vs. t should yield a straight line, as shown in FIG. 4. The ammonia mass transfer coefficient, k, can be calculated from the slope of the line resulting from plotting ln (C0 / Ct) vs. t. In other words, the ammonia mass transfer coefficient, k, is an inherent parameter for the membrane distillation membrane module. If the membrane is clogged, fouled, or leaked, the mass transfer coefficient will change. The ammonia mass transfer coefficient (m / s) results for the membrane distillation lab simulation with PR3 (100 ppm) or without PR3 (negative control) are set forth in FIG. 5.

[0141] As is apparent from the results set forth in FIG. 5, the membrane distillation lab simulation treated with PR3 (100 ppm) maintains a steady NH3 mass transfer coefficient, indicating that the membrane distillation membrane remains unchanged. In contrast, the membrane distillation lab simulation without PR3 treatment exhibits a decreasing NH3 mass transfer coefficient, indicating that the membrane distillation membrane is fouled (i.e., clogged)

[0142] All references, including publications, patent applications, and patents, cited herein are hereby incorporated by reference to the same extent as if each reference were individually and specifically indicated to be incorporated by reference and were set forth in its entirety herein.

[0143] The use of the terms “a” and “an” and “the” and “at least one” and similar referents in the context of describing the invention (especially in the context of the following claims) are to be construed to cover both the singular and the plural, unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by context. The use of the term “at least one”  followed by a list of one or more items (for example, “at least one of A and B” ) is to be construed to mean one item selected from the listed items (A or B) or any combination of two or more of the listed items (A and B) , unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by context. The terms “comprising, ” “having, ” “including, ” and “containing” are to be construed as open-ended terms (i.e., meaning “including, but not limited to, ” ) unless otherwise noted. Recitation of ranges of values herein are merely intended to serve as a shorthand method of referring individually to each separate value falling within the range, unless otherwise indicated herein, and each separate value is incorporated into the specification as if it were individually recited herein. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. The use of any and all examples, or exemplary language (e.g., “such as” ) provided herein, is intended merely to better illuminate the invention and does not pose a limitation on the scope of the invention unless otherwise claimed. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element as essential to the practice of the invention.

[0144] Preferred embodiments of this invention are described herein, including the best mode known to the inventors for carrying out the invention. Variations of those preferred embodiments may become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading the foregoing description. The inventors expect skilled artisans to employ such variations as appropriate, and the inventors intend for the invention to be practiced otherwise than as specifically described herein. Accordingly, this invention includes all modifications and equivalents of the subject matter recited in the claims appended hereto as permitted by applicable law. Moreover, any combination of the above-described elements in all possible variations thereof is encompassed by the invention unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context.

Claims

1.A water treatment composition comprising:(a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups;(b) a polymer dispersant; and(c) a reducing agent comprising a sulfite.2.The water treatment composition of claim 1, wherein the chelating agent does not contain phosphorous.3.The water treatment composition of claim 1 or 2, wherein the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof.4.The water treatment composition of any one of claims 1-3, wherein the chelating agent is not polymeric.5.The water treatment composition of any one of claims 1-4, wherein the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof.6.The water treatment composition of any one of claims 1-5, wherein the polymer dispersant comprises at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3-methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl) ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof.7.The water treatment composition of any one of claims 1-6, wherein the polymer dispersant comprises polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.8.The water treatment composition of any one of claims 1-7, wherein the polymer dispersant has a weight average molecular weight of about 3,000 to about 30,000 Daltons.9.The water treatment composition of any one of claims 1-8, wherein the reducing agent comprises a sulfite salt, a bisulfite salt, or a metabisulfite salt.10.The water treatment composition of any one of claims 1-9, wherein the reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.11.The water treatment composition of any one of claims 1-10, wherein the water treatment composition further comprises a pH-adjusting agent.12.The water treatment composition of claim 11, wherein the water treatment composition has a pH of about 3 to about 14 in an aqueous solution.13.The water treatment composition of claim 11, wherein the water treatment composition has a pH of about 5 to about 8 in an aqueous solution.14.A method of reducing fouling of a membrane in a membrane distillation process for removing ammonia from water, the method comprising:treating water of the membrane distillation process for removing ammonia from water with a composition comprising:(a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups,(b) a polymer dispersant, and(c) optionally, a reducing agent,to treat the water.15.The method of claim 14, wherein the chelating agent does not contain phosphorous.16.The method of claim 14 or 15, wherein the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof.17.The method of any one of claims 14-16, wherein the chelating agent is not polymeric.18.The method of any one of claims 14-17, wherein the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof.19.The method of any one of claims 14-18, wherein the polymer dispersant comprises at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3-methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl)ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof.20.The method of any one of claims 14-19, wherein the polymer dispersant comprises polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.21.The method of any one of claims 14-20, wherein the polymer dispersant has a weight average molecular weight of about 3,000 to about 30,000 Daltons.22.The method of any one of claims 14-21, wherein the composition comprises a reducing agent.23.The method of claim 22, wherein the reducing agent comprises a sulfite salt, a bisulfite salt, or a metabisulfite salt.24.The method of claim 22 or 23, wherein the reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.25.The method of any one of claims 14-24, wherein the composition further comprises a pH-adjusting agent.26.The method of any one of claims 14-25, wherein the membrane distillation process comprises removing ammonia from wastewater in a microelectronic industry.27.The method of any one of claims 14-26, wherein the composition reduces fouling of a membrane in a membrane distillation process of a semiconductor fabrication plant.28.A method of reducing ammonia content in industrial wastewater using a membrane distillation system, the method comprising:(i) treating the industrial wastewater upstream of a membrane distillation system with a composition comprising:(a) a chelating agent comprising at least two carboxylate groups,(b) a polymer dispersant, and(c) optionally, a reducing agent,to provide a treated industrial wastewater, and(ii) removing ammonia from the treated industrial wastewater with the membrane distillation system to provide industrial wastewater with reduced ammonia content.29.The method of claim 28, wherein the chelating agent does not contain phosphorous.30.The method of claim 28 or 29, wherein the chelating agent comprises at least one –N (CH2CO2H) 2 group or a salt thereof.31.The method of any one of claims 28-30, wherein the chelating agent is not polymeric.32.The method of any one of claims 28-31, wherein the chelating agent comprises ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) , diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) , glutamate diacetate (GLDA) , methylglycinediacetic acid (MGDA) , or a salt thereof.33.The method of any one of claims 28-32, wherein the polymer dispersant comprises at least one monomeric component which is (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, acrylamido glycolic acid, salicylic acrylamido glycolic acid, allylmalonic acid dimethyl ester, 2-carboxyethyl acrylate, 3-acrylamido-3- methylbutanoic acid, acrylamidomethanesulfonic acid, (dimethyl (2-oxobut-3-en-1-yl) ammonio) methanesulfonate, allyloxypolethoxy (10) sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylbutane sulfonic acid, acrylamide tertbutylsulfonate, 4- (allyloxy) benzenesulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyl hydroxypropane sulfonic acid, or a salt thereof.34.The method of any one of claims 28-33, wherein the polymer dispersant is polyacrylic acid (PAA) , polymaleic acid (PMA) , a copolymer of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AA-AMPS) , a copolymer of acrylic acid and maleic acid (AA-MA) , or a salt thereof.35.The method of any one of claims 28-34, wherein the polymer dispersant has a weight average molecular weight of about 3,000 to about 30,000 Daltons.36.The method of any one of claims 28-35, wherein the composition comprises a reducing agent.37.The method of claim 36, wherein the reducing agent comprises a sulfite salt, a bisulfite salt, or a metabisulfite salt.38.The method of claim 36 or 37, wherein the reducing agent comprises sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium sulfite, potassium bisulfite, or potassium metabisulfite.39.The method of any one of claims 28-38, wherein the composition further comprises a pH-adjusting agent.40.The method of any one of claims 28-39, wherein the industrial wastewater is from a microelectronic industry.41.The method of any one of claims 28-40, wherein the wastewater is from a semiconductor fabrication plant.

Images