A közelmúltban egy kínai cég partnereivel együttműködve új eljárást fejlesztett ki, amely ötvözi a biológiai előkezelést és a kerámia membrán alkalmazását. A keramzit biológiai szűrő mikroorganizmusok felhasználásával távolítja el a szerves anyagokat és az ammónia-nitrogént a vízből, míg a kerámia membrán tovább távolítja el a mikroorganizmusokat, a zavarosságot és a lebegő szilárd anyagokat, így hatékony szilárd{1}}folyadék-leválasztás érhető el. A két komponens együtt működik, mindegyik ellátja saját funkcióját.
I. A folyamat áttekintése
Ez a kombinált eljárás egy enyhén szennyezett folyót használ példaként, és egy feláramlási keramzit biológiai szűrő{0}}síklemezes kerámia membrán kombinált eljárást hoz létre. A nyersvíz zavarossága 0,5-3,2 NTU, DOC 2,1-4,0 mg/l, a háttér ammónia-nitrogén ≈0 mg/L volt. A kísérletben ammónium-kloridot adtunk hozzá, hogy az ammónia-nitrogént 1,5-2,0 mg/l-re emeljük a szennyezés szimulálására. 8-10 mm-es kerámiagranulátumot használva szűrőközegként, az -Al₂O3 lapos kerámia membrán effektív szűrési területe 0,0196 m². A rendszer 40 LMH fluxussal és 2 órás szűrési ciklussal működött, kontrollként közvetlen kerámia membránszűrés szolgált.
II. Víztisztítási hatékonyság
A kombinált eljárás a szennyező anyagok lépcsőzetes eltávolítását eredményezi, ami kiemelkedő tisztítási hatékonyságot eredményez: A zavarosság szempontjából a közvetlen szűrési szennyvíz stabilan 0,01 NTU-n maradt, 98%-os eltávolítási arányt érve el; A kombinált eljárás során a kerámia szemcseszűrő először a lebegő részecskék 11%-át visszatartotta, így a kifolyó víz zavarossága 1,35 NTU-ról 1,20 NTU-ra csökkent, míg a kerámia membrán végső elfolyó mennyisége 0,01 NTU maradt, így a teljes eltávolítási arány meghaladja a 99%-ot, és jelentősen csökkentette a membrán terhelését. Ami az oldott szerves anyagokat illeti, az egyedi kerámia membránok csak 14,2%-os eltávolítási arányt értek el DOC esetén, és kevesebb, mint 10%-ot UV254 esetében. A biofilm lebomlásán alapuló keramzitszűrő 22,3%-os, illetve 15%-os eltávolítási arányt ért el e két mutató esetében, így a kombinált eljárás teljes DOC-eltávolítási aránya 29,1%-ra nőtt, ami közel a duplája a közvetlen szűrésénél. Az ammónia-nitrogén eltávolítása alapvető előny. A membráncsatlakozást követő negyedik napon a nitrifikációs rendszer beérett, és a keramzitszűrőből kifolyó vízben az ammónia-nitrogén folyamatosan 0,01 mg/L alatt maradt, az eltávolítási arány megközelítette a 100%-ot. A nitrát nitrogén növekedése megegyezett az ammónia nitrogén csökkenésével, ami megerősíti, hogy a nitrifikáció volt a domináns eltávolítási folyamat. A kerámia membrán nem biztosított további ammónia-nitrogén-eltávolítást, 0,01 mg/l-es szennyvíz koncentrációt tartott fenn, így kompenzálta az egymembrános folyamatok hiányosságait. A fluoreszcens szerves anyagokat tekintve stabil működés közben a keramzit szűrő csökkentette az aromás fehérjék, huminsavak és fulvosavak fluoreszcencia intenzitását, a mikrobiális metabolitok felhalmozódása miatt csak kismértékben növekedett. A kerámia membrán továbbá megtartotta a maradék nagy-molekulájú szerves anyagokat, ami különösen jelentős eltávolító hatást mutatott a mikrobiális metabolitokon, ami mély tisztítást eredményezett.
III. A membrán szennyeződési jellemzői
A kombinált eljárás irreverzibilis transzmembrán nyomáskülönbsége mindössze 4,5 kPa-ról 8 kPa-ra nőtt, ami jelentős csökkenés a direkt szűrés 26 kPa-jához képest, 50%-kal szűkítette a teljes membrán eltömődési ellenállás növekedését. A membránfelületi szennyeződések főként oldható mikrobiális metabolitok és aromás fehérjék voltak, amelyek kis-molekula-tömegű hidrofil szervesanyag-tartalma 86.3%-ot tett ki. A membrán pórusaiban lévő szennyeződések közé tartoztak továbbá a 33,1 kDa átlagos molekulatömegű fulvosavak, amelyek a komplex szennyeződés egyértelmű jellemzőit mutatják.
IV. Következtetés
Ez a kombinált eljárás a biodegradáció és a fizikai szitálás szinergikus hatásán keresztül nemcsak az ammónia-nitrogén és a szerves anyagok eltávolítását fokozza, hanem hatékonyan gátolja a membrán visszafordíthatatlan elszennyeződését is, új technikai utat biztosítva a kerámia membránok ivóvízkezelésben való alkalmazásához.
