Изменението на климата оказва дълбоко влияние върху съдържанието и характеристиките на NOM в повърхностните води чрез различни сложни механизми, което прави NOM основен замърсител при пречистването на питейната вода. Водните източници с висок-NOM обикновено показват висок цвят и висок DOC (дози на единица площ). NOM не само причинява проблеми с цвета и миризмата във водните тела, но също така реагира с дезинфектанти, за да генерира канцерогенни странични продукти.
Традиционните процеси за пречистване на питейна вода имат ограничена ефективност на отстраняване на NOM, докато конвенционалните процеси с органични мембрани страдат от недостатъци като чувствителност към замърсяване и слаба устойчивост на корозия. Керамичната мембрана, съчетана с коагулация, осигурява иновативно, ниско-енергийно-потребление, компактно и изключително стабилно решение за пречистване на повърхностни води с висок-NOM.
Три метода за предварителна обработка: от традиционна до максимална компактност
Европейски изследователски екип проектира и сравни три модела за предварителна обработка с коагулация и флокулация, постигайки непрекъсната оптимизация на потока на процеса, като същевременно гарантира ефективност на обработката:
1. Традиционна коагулация/флокулация в два-резервоара
Като класически режим на обработка, този процес използва дву-дизайн на реакция: резервоар за бързо смесване и резервоар за бавна флокулация. Суровата вода и коагулантът се смесват старателно в резервоара за бързо смесване, преди да влязат в резервоара за флокулация, за да завърши растежа на флокулите, с общо хидравлично време на задържане (HRT) от 21 минути. Този режим осигурява цялостна реакция, но изисква голям отпечатък и има високи строителни разходи.
2. Режим на бързо смесване
Този режим опростява потока на процеса, елиминира резервоара за бавна флокулация и запазва само модула за бързо смесване. Коагулантът и суровата вода се смесват и влизат директно в мембранния модул, намалявайки времето за хидравлично задържане до 7 минути. При запазване на основната ефективност на лечението, той значително опростява конфигурацията на оборудването.
3. Онлайн режим на тръбна флокулация
Това е най-иновативното компактно решение в това проучване. Потокът на процеса е както следва: сурова вода + коагулант → смесване на мембранна захранваща помпа → тръбен флокулант → керамична мембрана → пермеат. Няма реакционен резервоар по време на целия процес; смесването и флокулацията се извършват чрез тръбопроводи. Хидравличното време на задържане (HRT) е само 45 секунди, а G-стойността се контролира при 330 s⁻¹. Той има най-малкия отпечатък сред трите режима.
Основни параметри: Хардуерна поддръжка на керамична мембрана
Експериментът използва керамична мембрана, която поради свойствата на неорганичния материал на химическа устойчивост и висока механична якост се превърна в основна хардуерна опора за стабилна работа на процеса.
Експериментални резултати: Висока-ефективност при отстраняване + ниско-замърсяване Двойни предимства
Проучването използва DOC, цвят и UV₂₅₄ като индикатори за оценка на NOM и разлика в трансмембранното налягане (TMP) като индикатор за оценка на замърсяването на мембраната, оптимизирайки вида, дозировката и pH стойността на коагуланти.
Експериментът сравнява полиалуминиев хлорид и железен хлорид и резултатите са доста поучителни:
Премахване на DOC:
Алуминиевите соли постигнаха степен на отстраняване от 50%-85% при рН 5,5, нарастваща с увеличаване на дозата.
Солите на желязото постигат максимална степен на отстраняване от 87% при pH 4,5 и 10 mg/L.
Премахване на цвят:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Солите на желязото бяха оптимално отстранени при pH 5,0, което изисква 6... Постигането на еквивалентни резултати изисква концентрации над mg/L.
Основно заключение от проучването е, че повече коагулант не е непременно по-добро.
При 2 mg/L алуминиева сол: недостатъчна неутрализация на заряда, малки флокули и лесно запушване на порите на мембраната.
При 5 mg/L алуминиева сол: може да настъпи повторно стабилизиране на заряда или повърхностното натоварване на мембраната може да е твърде високо.
При 3 mg/L алуминиева сол: замърсяването на мембраната е най-ниско и работата е най-стабилна.
Това означава, че оптимизирането на дозата е по-важно от сляпото й увеличаване.
По отношение на замърсяването на мембраната, той показва изключително силна стабилност, с много ниско необратимо замърсяване на мембраната. При дозировка на алуминиева сол от 3 mg Al/L, степента на замърсяване на мембраната достига оптимално ниво с повишаване на налягането за един-цикъл от само около 40 mbar. В комбинация с редовно обратно промиване може да се поддържа дългосрочна-стабилна работа.
Струва си да се отбележи, че концентрацията на остатъчен метал в отпадъчните води е основен ограничаващ индикатор за работата на процеса. В рамките на оптималния диапазон на pH от 4,5–5,5 за отстраняване на NOM, остатъчните концентрации на алуминий и желязо лесно надхвърлят 150 ug/L (границите за алуминий в „Стандартите за качество на питейната вода GB5749-2022“ са 200 ug/L, а за желязото 300 ug/L). В практическото инженерство е необходимо да се балансира стойността на pH и дозата на коагуланта, като се вземат предвид както ефективността на отстраняване, така и безопасността на отпадъчните води.
Онлайн режимът на тръбна флокулация е предпочитаният вариант
Сравнението на трите режима на предварителна обработка разкри:
Степента на премахване на цвят и DOC беше около 80%, с незначителни разлики.
Скоростите на необратимо замърсяване на мембраната са подобни (0,06–0,10 mbar/h).
Мътността на отпадъчните води постоянно остава под 0,1 NTU.
Трите режима не показаха значителна разлика в ефективността на отстраняване на NOM, но режимът на онлайн тръбна флокулация със своето ултра-кратко хидравлично време на задържане от 45 секунди и минималистичен дизайн без реакционен резервоар се превърна в оптималния избор.
Това проучване потвърждава, че процесът коагулация-флокулация + керамична мембрана е напълно приложим за нуждите от пречистване на повърхностни води с високо NOM (нормално съдържание на кислород): ниска доза коагулант постига съвместимо третиране; керамичната мембрана може да се пере и има дълъг живот; и неговата оперативна консумация на енергия е много по-ниска от традиционните процеси. Онлайн режимът на тръбна флокулация нарушава ограничението на големия отпечатък, присъщ на традиционните процеси за пречистване на вода, осигурявайки техническа поддръжка за изграждането на компактни, интелигентни инсталации за питейна вода.
Заключение
Изправен пред все по-строгите стандарти за качество на питейната вода и предизвикателствата на замърсяването на водата от източника, процесът на предварителна обработка на-керамичната мембрана балансира ефективността на обработката с намалените разходи за гражданско строителство. Със своите основни предимства на високо-ефективно отстраняване, ниско замърсяване, компактен дизайн и ниска консумация на енергия, той предоставя нов подход за водни инсталации, работещи с високо-органични-съдържание на водни източници (като вода от резервоари на юг и малко речна вода на север).