Podnebne spremembe močno vplivajo na vsebnost in značilnosti NOM v površinski vodi prek različnih kompleksnih mehanizmov, zaradi česar je NOM glavno onesnaževalo pri čiščenju pitne vode. Vodni viri z visoko-NOM na splošno kažejo visoko obarvanost in visoko DOC (odmerki na enoto površine). NOM ne povzroča le težav z barvo in vonjem v vodnih telesih, ampak tudi reagira z razkužili, da ustvari rakotvorne stranske produkte.
Tradicionalni postopki obdelave pitne vode imajo omejeno učinkovitost odstranjevanja NOM, medtem ko imajo konvencionalni procesi z organskimi membranami pomanjkljivosti, kot sta dovzetnost za obraščanje in slaba odpornost proti koroziji. Keramična membrana skupaj s koagulacijo zagotavlja inovativno, nizko-porabo-energije, kompaktno in zelo stabilno rešitev za čiščenje površinske vode z visoko-NOM.
Trije načini predobdelave: od tradicionalnega do vrhunske kompaktnosti
Evropska raziskovalna skupina je zasnovala in primerjala tri modele za predobdelavo s koagulacijo in flokulacijo, s čimer je dosegla stalno optimizacijo toka procesa ob zagotavljanju učinkovitosti obdelave:
1. Tradicionalna koagulacija/flokulacija v dveh posodah
Kot klasičen način obdelave ta postopek uporablja dvo{0}}stopenjsko zasnovo reakcije: rezervoar za hitro mešanje in rezervoar za počasno flokulacijo. Surova voda in koagulant se temeljito premešata v posodi za hitro mešanje pred vstopom v posodo za flokulacijo, da se konča rast kosmičev, s skupnim hidravličnim zadrževalnim časom (HRT) 21 minut. Ta način zagotavlja temeljito reakcijo, vendar zahteva velik odtis in ima visoke stroške gradnje.
2. Način hitrega mešanja
Ta način poenostavlja potek procesa, odpravlja posodo za počasno flokulacijo in ohranja samo hitro mešalno enoto. Koagulant in surova voda se zmešata in neposredno vstopita v membranski modul, kar zmanjša hidravlični zadrževalni čas na 7 minut. Ob ohranjanju osnovne učinkovitosti zdravljenja znatno poenostavi konfiguracijo opreme.
3. Spletni način tubularne flokulacije
To je najbolj inovativna kompaktna rešitev v tej študiji. Potek postopka je naslednji: surova voda + koagulant → mešanje membranske dovodne črpalke → cevni flokulant → keramična membrana → permeat. V celotnem procesu ni reakcijskega rezervoarja; mešanje in flokulacija potekata po cevovodih. Hidravlični zadrževalni čas (HRT) je le 45 sekund, vrednost G- pa je nadzorovana pri 330 s⁻¹. Ima najmanjši odtis med tremi načini.
Osnovni parametri: Podpora za strojno opremo keramične membrane
V poskusu je bila uporabljena keramična membrana, ki je zaradi lastnosti anorganskega materiala kemične odpornosti in visoke mehanske trdnosti postala osnovna strojna podpora za stabilno delovanje procesa.
Eksperimentalni rezultati: visoka-učinkovitost odstranjevanja + nizko-onesnaževanje, dvojne prednosti
Študija je uporabila DOC, barvo in UV₂₅₄ kot indikatorje vrednotenja NOM in razliko transmembranskega tlaka (TMP) kot indikator vrednotenja obraščanja membrane, kar je optimiziralo vrsto, odmerek in pH vrednost koagulantov.
Poskus je primerjal polialuminijev klorid in železov klorid, rezultati pa so bili precej razsvetljujoči:
Odstranitev DOC:
Aluminijeve soli so dosegle stopnjo odstranitve 50 %-85 % pri pH 5,5, ki se povečuje s povečevanjem odmerka.
Železove soli so dosegle največjo stopnjo odstranitve 87 % pri pH 4,5 in 10 mg/L.
Odstranjevanje barve:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Železove soli so bile optimalno odstranjene pri pH 5,0, kar zahteva 6... Za doseganje enakovrednih rezultatov so potrebne koncentracije nad mg/L.
Ključna ugotovitev študije je, da več koagulanta ni nujno boljše.
Pri 2 mg/L aluminijeve soli: nezadostna nevtralizacija naboja, majhne kosmiče in enostavno zamašitev membranskih por.
Pri 5 mg/L aluminijeve soli: lahko pride do ponovne stabilizacije naboja ali pa je površinska obremenitev membrane previsoka.
Pri 3 mg/L aluminijeve soli: onesnaženje membrane je najmanjše, delovanje pa najbolj stabilno.
To pomeni, da je optimizacija odmerka pomembnejša od slepega povečevanja.
Kar zadeva membransko umazanijo, kaže izjemno močno stabilnost z zelo nizkim nepovratnim umazanjem membrane. Pri odmerku aluminijeve soli 3 mg Al/L doseže stopnja umazanije na membrani optimalno raven z dvigom tlaka v enem -ciklu samo za približno 40 mbar. V kombinaciji z rednim povratnim izpiranjem je mogoče ohraniti-dolgoročno stabilno delovanje.
Omeniti velja, da je koncentracija preostale kovine v iztoku glavni omejevalni indikator za delovanje procesa. Znotraj optimalnega pH območja 4,5–5,5 za odstranitev NOM preostale koncentracije aluminija in železa zlahka presežejo 150 ug/L (mejne vrednosti za aluminij v "Standardih za kakovost pitne vode GB5749-2022" so 200 ug/L, za železo pa 300 ug/L). V praktičnem inženiringu je potrebno uravnotežiti pH vrednost in dozo koagulanta, pri čemer je treba upoštevati učinkovitost odstranjevanja in varnost odplak.
Spletni način tubularne flokulacije je prednostna možnost
Primerjava treh načinov predhodne obdelave je pokazala:
Stopnja odstranjevanja barv in DOC je bila okoli 80 % z zanemarljivimi razlikami.
Stopnje ireverzibilnega onesnaženja membrane so bile podobne (0,06–0,10 mbar/h).
Motnost iztoka je dosledno ostala pod 0,1 NTU.
Trije načini niso pokazali pomembne razlike v učinkovitosti odstranjevanja NOM, vendar je spletni način cevne flokulacije z ultra-kratkim hidravličnim zadrževalnim časom 45 sekund in minimalistično zasnovo brez reakcijske posode postal optimalna izbira.
Ta študija potrjuje, da je postopek koagulacije-flokulacije + keramične membrane v celoti uporaben za potrebe čiščenja površinske vode z visoko NOM (običajno vsebnostjo kisika): z nizkim odmerkom koagulanta se doseže skladno čiščenje; keramična membrana je pralna in ima dolgo življenjsko dobo; in njegova obratovalna poraba energije je veliko nižja od tradicionalnih procesov. Spletni način cevne flokulacije odpravlja omejitev velikega odtisa, ki je značilen za tradicionalne postopke čiščenja vode, in zagotavlja tehnično podporo za gradnjo kompaktnih, inteligentnih naprav za pitno vodo.
Zaključek
Soočen z vedno strožjimi standardi kakovosti pitne vode in izzivi onesnaževanja izvorne vode postopek predobdelave s koagulacijsko-keramično membrano uravnoteži učinkovitost obdelave z zmanjšanimi stroški gradnje. S svojimi ključnimi prednostmi visoko-učinkovitega odstranjevanja, nizkega onesnaževanja, kompaktne zasnove in nizke porabe energije zagotavlja nov pristop za vodne obrate, ki se ukvarjajo z vodnimi viri z visoko-organsko-vsebnostjo (kot je voda iz rezervoarjev na jugu in nekaj rečne vode na severu).
