Η κλιματική αλλαγή επηρεάζει βαθιά το περιεχόμενο και τα χαρακτηριστικά του NOM στα επιφανειακά ύδατα μέσω διαφόρων πολύπλοκων μηχανισμών, καθιστώντας το NOM βασικό ρύπο στην επεξεργασία του πόσιμου νερού. Οι πηγές νερού υψηλού-NOM παρουσιάζουν γενικά υψηλό χρώμα και υψηλό DOC (δόσεις ανά μονάδα επιφάνειας). Το NOM όχι μόνο προκαλεί προβλήματα χρώματος και οσμής στα υδάτινα σώματα, αλλά επίσης αντιδρά με απολυμαντικά για να δημιουργήσει καρκινογόνα υποπροϊόντα.
Οι παραδοσιακές διεργασίες επεξεργασίας πόσιμου νερού έχουν περιορισμένη απόδοση αφαίρεσης NOM, ενώ οι συμβατικές διεργασίες οργανικής μεμβράνης παρουσιάζουν μειονεκτήματα όπως η ευαισθησία σε ρύπανση και η χαμηλή αντοχή στη διάβρωση. Η κεραμική μεμβράνη σε συνδυασμό με την πήξη παρέχει μια καινοτόμο,-χαμηλή{1}}ενεργειακή-κατανάλωση, συμπαγή και εξαιρετικά σταθερή λύση για τον καθαρισμό των επιφανειακών υδάτων υψηλού-NOM.
Τρεις μέθοδοι προεπεξεργασίας: Από την παραδοσιακή στην απόλυτη συμπαγή
Μια ευρωπαϊκή ερευνητική ομάδα σχεδίασε και συνέκρινε τρία μοντέλα προεπεξεργασίας πήξης και κροκίδωσης, επιτυγχάνοντας συνεχή βελτιστοποίηση της ροής της διαδικασίας διασφαλίζοντας παράλληλα την αποτελεσματικότητα της θεραπείας:
1. Παραδοσιακή δύο-Πήξη/Κροκίδωση δεξαμενών
Ως κλασικός τρόπος επεξεργασίας, αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί ένα σχεδιασμό αντίδρασης δύο-σταδίων: μια δεξαμενή ταχείας ανάμιξης και μια δεξαμενή αργής κροκίδωσης. Το ακατέργαστο νερό και το πηκτικό αναμιγνύονται επιμελώς στη δεξαμενή ταχείας ανάμειξης πριν εισέλθουν στη δεξαμενή κροκίδωσης για να ολοκληρωθεί η ανάπτυξη κροκίδωσης, με συνολικό υδραυλικό χρόνο συγκράτησης (HRT) 21 λεπτών. Αυτή η λειτουργία παρέχει μια διεξοδική αντίδραση, αλλά απαιτεί μεγάλο αποτύπωμα και έχει υψηλό κόστος κατασκευής.
2. Λειτουργία γρήγορης ανάμειξης
Αυτή η λειτουργία απλοποιεί τη ροή της διαδικασίας, εξαλείφοντας τη δεξαμενή αργής κροκίδωσης και διατηρώντας μόνο τη μονάδα ταχείας ανάμειξης. Το πηκτικό και το ακατέργαστο νερό αναμειγνύονται και εισέρχονται απευθείας στη μονάδα μεμβράνης, μειώνοντας τον υδραυλικό χρόνο συγκράτησης στα 7 λεπτά. Διατηρώντας παράλληλα την αποτελεσματικότητα της βασικής θεραπείας, απλοποιεί σημαντικά τη διαμόρφωση του εξοπλισμού.
3. Ηλεκτρονική Λειτουργία Σωληναριακής Κροκίδωσης
Αυτή είναι η πιο καινοτόμος συμπαγής λύση σε αυτή τη μελέτη. Η ροή της διεργασίας είναι η εξής: ακατέργαστο νερό + πηκτικό → ανάμιξη αντλίας τροφοδοσίας μεμβράνης → σωληνοειδές κροκιδωτό → κεραμική μεμβράνη → διήθημα. Δεν υπάρχει δεξαμενή αντίδρασης σε όλη τη διαδικασία. η ανάμιξη και η κροκίδωση ολοκληρώνονται μέσω αγωγών. Ο υδραυλικός χρόνος συγκράτησης (HRT) είναι μόνο 45 δευτερόλεπτα και η τιμή G- ελέγχεται στα 330 s-1. Έχει το μικρότερο αποτύπωμα μεταξύ των τριών λειτουργιών.
Βασικές παράμετροι: Υποστήριξη υλικού κεραμικής μεμβράνης
Το πείραμα χρησιμοποίησε μια κεραμική μεμβράνη, η οποία, λόγω των ιδιοτήτων του ανόργανου υλικού της χημικής αντίστασης και της υψηλής μηχανικής αντοχής, έγινε η βασική υποστήριξη υλικού για τη σταθερή λειτουργία της διαδικασίας.
Πειραματικά αποτελέσματα: Υψηλή-Αφαίρεση + Χαμηλή-Διπλά πλεονεκτήματα ρύπανσης
Η μελέτη χρησιμοποίησε DOC, χρώμα και UV254 ως δείκτες αξιολόγησης NOM και διαφορά πίεσης διαμεμβράνης (TMP) ως δείκτη αξιολόγησης ρύπανσης μεμβράνης, βελτιστοποιώντας τον τύπο, τη δοσολογία και την τιμή του pH των πηκτικών.
Το πείραμα συνέκρινε το χλωριούχο πολυαλουμίνιο και το χλωριούχο σίδηρο και τα αποτελέσματα ήταν αρκετά διαφωτιστικά:
Αφαίρεση DOC:
Τα άλατα αλουμινίου πέτυχαν ποσοστό απομάκρυνσης 50%-85% σε pH 5,5, αυξάνοντας με την αύξηση της δοσολογίας.
Τα άλατα σιδήρου πέτυχαν μέγιστο ποσοστό απομάκρυνσης 87% σε pH 4,5 και 10 mg/L.
Αφαίρεση χρώματος:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Τα άλατα σιδήρου αφαιρέθηκαν βέλτιστα σε pH 5,0, απαιτώντας 6... Για την επίτευξη ισοδύναμων αποτελεσμάτων απαιτούνται συγκεντρώσεις πάνω από mg/L.
Ένα βασικό εύρημα της μελέτης είναι ότι περισσότερα πηκτικά δεν είναι απαραίτητα καλύτερα.
Στα 2 mg/L αλάτι αλουμινίου: ανεπαρκής εξουδετέρωση φορτίου, μικρές κροκίδες και εύκολη απόφραξη των πόρων της μεμβράνης.
Στα 5 mg/L αλάτι αλουμινίου: μπορεί να προκύψει επανασταθεροποίηση φορτίου ή το επιφανειακό φορτίο της μεμβράνης μπορεί να είναι πολύ υψηλό.
Στα 3 mg/L αλάτι αλουμινίου: η ρύπανση της μεμβράνης είναι η χαμηλότερη και η λειτουργία είναι πιο σταθερή.
Αυτό σημαίνει ότι η βελτιστοποίηση της δόσης είναι πιο σημαντική από την τυφλή αύξηση της.
Όσον αφορά τη ρύπανση της μεμβράνης, παρουσιάζει εξαιρετικά ισχυρή σταθερότητα, με πολύ χαμηλή μη αναστρέψιμη ρύπανση της μεμβράνης. Σε δόση άλατος αλουμινίου 3 mg Al/L, ο ρυθμός ρύπανσης της μεμβράνης φτάνει στο βέλτιστο επίπεδο, με μια αύξηση της πίεσης ενός κύκλου μόνο κατά 40 mbar περίπου. Σε συνδυασμό με την τακτική οπισθόπλυση, μπορεί να διατηρηθεί-μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η συγκέντρωση υπολειμματικού μετάλλου στα απόβλητα είναι ένας βασικός περιοριστικός δείκτης για τη λειτουργία της διεργασίας. Εντός του βέλτιστου εύρους pH 4,5–5,5 για αφαίρεση NOM, οι υπολειμματικές συγκεντρώσεις αλουμινίου και σιδήρου ξεπερνούν εύκολα τα 150 ug/L (τα όρια για το αλουμίνιο στα "Πρότυπα ποιότητας πόσιμου νερού GB5749-2022" είναι 200 ug/L και για το σίδηρο, 300 ug/L). Στην πρακτική μηχανική, είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί η τιμή του pH και η δόση του πηκτικού, λαμβάνοντας υπόψη τόσο την αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσης όσο και την ασφάλεια των λυμάτων.
Η online λειτουργία σωληνοειδούς κροκίδωσης είναι η προτιμώμενη επιλογή
Η σύγκριση των τριών τρόπων προεπεξεργασίας αποκάλυψε:
Τα ποσοστά αφαίρεσης χρώματος και DOC ήταν και τα δύο περίπου 80%, με αμελητέες διαφορές.
Τα μη αναστρέψιμα ποσοστά ρύπανσης της μεμβράνης ήταν παρόμοια (0,06–0,10 mbar/h).
Η θολότητα των εκροών παρέμεινε σταθερά κάτω από 0,1 NTU.
Οι τρεις λειτουργίες δεν έδειξαν σημαντική διαφορά στην απόδοση αφαίρεσης NOM, αλλά η λειτουργία διαδικτυακής σωληνοειδούς κροκίδωσης, με εξαιρετικά-σύντομο υδραυλικό χρόνο συγκράτησης 45 δευτερολέπτων και μινιμαλιστικό σχεδιασμό χωρίς δεξαμενή αντίδρασης, έγινε η βέλτιστη επιλογή.
Αυτή η μελέτη επιβεβαιώνει ότι η διαδικασία πήξης-κροκίδωσης + κεραμικής μεμβράνης είναι πλήρως εφαρμόσιμη στις ανάγκες καθαρισμού των επιφανειακών υδάτων με υψηλή περιεκτικότητα σε NOM (Κανονικά Περιεκτικότητα σε Οξυγόνο): η χαμηλή δόση θρομβωτικού επιτυγχάνει συμβατή επεξεργασία. η κεραμική μεμβράνη πλένεται και έχει μεγάλη διάρκεια ζωής. και η ενεργειακή του κατανάλωση είναι πολύ χαμηλότερη από τις παραδοσιακές διαδικασίες. Η online λειτουργία σωληνοειδούς κροκίδωσης σπάει τον περιορισμό του μεγάλου αποτυπώματος που είναι εγγενής στις παραδοσιακές διαδικασίες επεξεργασίας νερού, παρέχοντας τεχνική υποστήριξη για την κατασκευή συμπαγών, έξυπνων εγκαταστάσεων πόσιμου νερού.
Σύναψη
Αντιμέτωπη με ολοένα και πιο αυστηρά πρότυπα ποιότητας πόσιμου νερού και τις προκλήσεις της ρύπανσης του νερού πηγής, η διαδικασία προεπεξεργασίας με πήξη-κεραμικής μεμβράνης εξισορροπεί την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας με μειωμένο κόστος πολιτικού μηχανικού. Με τα βασικά του πλεονεκτήματα της υψηλής-απομάκρυνσης, της χαμηλής ρύπανσης, του συμπαγούς σχεδιασμού και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, παρέχει μια νέα προσέγγιση για τις εγκαταστάσεις νερού που ασχολούνται με πηγές νερού υψηλής-οργανικής-περιεκτικότητας (όπως νερό ταμιευτήρων στο νότο και λίγο νερό ποταμών στο βορρά).
