Az éghajlatváltozás számos összetett mechanizmuson keresztül mélyen befolyásolja a felszíni vizek NOM tartalmát és jellemzőit, így a NOM az ivóvízkezelés alapvető szennyezőanyaga. A magas-NOM vízforrások általában magas színt és magas DOC-t (területegységenkénti dózis) mutatnak. A NOM nemcsak szín- és szagproblémákat okoz a víztestekben, hanem reagál a fertőtlenítőszerekkel is, és rákkeltő melléktermékeket hoz létre.
A hagyományos ivóvízkezelési eljárások korlátozott NOM eltávolítási hatékonysággal rendelkeznek, míg a hagyományos szerves membrán eljárásoknak olyan hátrányai vannak, mint a szennyeződésre való hajlam és a rossz korrózióállóság. A kerámia membrán koagulációval párosulva innovatív, alacsony-energia-fogyasztású, kompakt és rendkívül stabil megoldást kínál a magas-NOM felületi vizek tisztítására.
Három előkezelési módszer: a hagyományostól a végső tömörségig
Egy európai kutatócsoport három modellt tervezett és hasonlított össze a koagulációs és flokkulációs előkezeléshez, a folyamatfolyamat folyamatos optimalizálását és a kezelés hatékonyságát biztosítva:
1. Hagyományos két-tartályos koaguláció/flokkuláció
Klasszikus kezelési módként ez a folyamat két-lépcsős reakcióelrendezést alkalmaz: egy gyorskeverő tartályt és egy lassú flokkulációs tartályt. A nyers vizet és a koagulánst alaposan összekeverik a gyorskeverő tartályban, mielőtt a pelyhesítő tartályba kerülnének, hogy teljes legyen a pelyhek növekedése, a teljes hidraulikus retenciós idő (HRT) 21 perc. Ez az üzemmód alapos reakciót biztosít, de nagy helyigénnyel és magas építési költséggel jár.
2. Gyors keverési mód
Ez az üzemmód leegyszerűsíti a folyamat áramlását, kiküszöböli a lassú pelyhesítő tartályt, és csak a gyorskeverő egységet tartja meg. A koaguláns és a nyersvíz összekeverve közvetlenül belép a membránmodulba, így a hidraulikus visszatartási idő 7 percre csökken. Az alapvető kezelési hatékonyság fenntartása mellett jelentősen leegyszerűsíti a berendezés konfigurációját.
3. Online Tubuláris flokkulációs mód
Ez a leginnovatívabb kompakt megoldás ebben a tanulmányban. A folyamat menete a következő: nyersvíz + koaguláns → membrántápszivattyú keverés → csőszerű flokkulálószer → kerámia membrán → permeátum. A folyamat során nincs reakciótartály; a keverés és a flokkulálás csővezetékeken keresztül történik. A hidraulikus retenciós idő (HRT) mindössze 45 másodperc, a G-érték pedig 330 s⁻¹-ra van szabályozva. A három üzemmód közül ez a legkisebb.
Alapparaméterek: Kerámia membrán hardver támogatás
A kísérletben kerámia membránt használtak, amely szervetlen anyagtulajdonságai, kémiai ellenálló képessége és nagy mechanikai szilárdsága miatt a folyamat stabil működésének alapvető hardver támasza lett.
Kísérleti eredmények: Nagy{0}}hatékonyság eltávolítása + alacsony-szennyezés, kettős előny
A vizsgálatban DOC-t, színt és UV254-et használtak NOM kiértékelő indikátorként, a transzmembrán nyomáskülönbséget (TMP) pedig a membrán eltömődését értékelő indikátorként, optimalizálva a koagulánsok típusát, adagolását és pH-értékét.
A kísérletben polialumínium-kloridot és vas-kloridot hasonlítottak össze, és az eredmények meglehetősen felvilágosítóak voltak:
DOC eltávolítás:
Az alumíniumsók 50-85%-os eltávolítási sebességet értek el 5,5 pH-érték mellett, ami a dózis növelésével nőtt.
A vassók 87%-os maximális eltávolítási sebességet értek el pH 4,5 és 10 mg/l mellett.
Szín eltávolítása:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
A vassókat optimálisan 5,0 pH-n távolították el, ehhez 6... Az egyenértékű eredmények eléréséhez mg/L feletti koncentráció szükséges.
A tanulmány egyik legfontosabb megállapítása, hogy a több koaguláns nem feltétlenül jobb.
2 mg/l alumíniumsónál: elégtelen töltéssemlegesítés, kis pelyhek és a membrán pórusainak könnyű eltömődése.
5 mg/l alumíniumsónál: töltésrestabilizálódhat, vagy túl nagy lehet a membrán felületi terhelése.
3 mg/l alumíniumsónál: a membrán szennyeződése a legalacsonyabb, és a működés a legstabilabb.
Ez azt jelenti, hogy az adagolás optimalizálása fontosabb, mint a vak emelés.
Ami a membrán eltömődését illeti, rendkívül erős stabilitást mutat, nagyon alacsony irreverzibilis membránszennyeződéssel. 3 mg Al/L alumíniumsó-dózis mellett a membrán eltömődési sebessége eléri az optimális szintet, egyetlen ciklusban, mindössze 40 mbar-os nyomásemelkedéssel. A rendszeres visszamosással kombinálva a hosszú távú stabil működés fenntartható.
Érdemes megjegyezni, hogy a maradék fémkoncentráció a szennyvízben a folyamat működésének alapvető korlátozó mutatója. A NOM eltávolításához szükséges 4,5–5,5 közötti optimális pH-tartományon belül az alumínium és a vas maradékkoncentrációja könnyen meghaladja a 150 ug/L-t (a „A GB5749-2022 ivóvízminőségi szabványokban az alumíniumra vonatkozó határértékek 200 ug/l, a vasra pedig 300 ug/L). A gyakorlati mérnöki munkában szükséges a pH érték és a koaguláns adagolás egyensúlya, figyelembe véve mind az eltávolítás hatékonyságát, mind a szennyvízbiztonságot.
Az online csőszerű flokkulációs mód az előnyben részesített lehetőség
A három előkezelési mód összehasonlítása feltárta:
A szín és a DOC eltávolítási arány egyaránt 80% körül volt, elhanyagolható különbséggel.
Az irreverzibilis membrán elszennyeződési arány hasonló volt (0,06-0,10 mbar/h).
A szennyvíz zavarossága folyamatosan 0,1 NTU alatt maradt.
A három mód nem mutatott szignifikáns különbséget a NOM eltávolítási hatékonyságában, de az online csőszerű flokkulációs mód ultrarövid, 45 másodperces hidraulikus visszatartási idejével és reakciótartály nélküli minimalista kialakításával az optimális választás lett.
Ez a tanulmány megerősíti, hogy a koagulációs -flokkuláció + kerámia membrán eljárás teljes mértékben alkalmazható a magas NOM-mal (normálisan oxigéntartalommal) rendelkező felszíni vizek tisztítási igényeire: az alacsony koaguláns adagolás biztosítja a megfelelő kezelést; a kerámia membrán mosható és hosszú élettartamú; működési energiafogyasztása pedig jóval alacsonyabb, mint a hagyományos eljárásoknál. Az online csőszerű flokkulációs mód áttöri a hagyományos vízkezelési eljárásokban rejlő nagy lábnyom korlátait, technikai támogatást nyújtva kompakt, intelligens ivóvíztelepek építéséhez.
Következtetés
Az egyre szigorúbb ivóvízminőségi előírásokkal és a forrásvízszennyezés kihívásaival szemben a koagulációs-kerámia membrán előkezelési folyamat egyensúlyt teremt a kezelés hatékonysága és az alacsonyabb mélyépítési költségek között. A nagy-hatékony eltávolítás, az alacsony szennyezés, a kompakt kialakítás és az alacsony energiafogyasztás fő előnyei révén új megközelítést kínál a nagy-szerves-tartalmú vízforrásokkal (például a tározóvízzel délen és a folyóvízzel északon) foglalkozó vízinövények számára.