Πρόσφατα, μια κινεζική εταιρεία σε συνεργασία με τους συνεργάτες της, ανέπτυξε μια νέα διαδικασία που συνδυάζει βιολογική προεπεξεργασία και εφαρμογή κεραμικής μεμβράνης. Το βιολογικό φίλτρο κεραμσίτης χρησιμοποιεί μικροοργανισμούς για την απομάκρυνση της οργανικής ύλης και του αζώτου αμμωνίας από το νερό, ενώ η κεραμική μεμβράνη απομακρύνει περαιτέρω τους μικροοργανισμούς, τη θολότητα και τα αιωρούμενα στερεά, επιτυγχάνοντας αποτελεσματικό διαχωρισμό στερεών-υγρών. Τα δύο συστατικά συνεργάζονται, το καθένα εκπληρώνοντας τη συγκεκριμένη λειτουργία του.
I. Επισκόπηση διαδικασίας
Αυτή η συνδυασμένη διαδικασία χρησιμοποιεί ένα ελαφρώς μολυσμένο ποτάμι ως παράδειγμα, κατασκευάζοντας ένα βιολογικό φίλτρο κεραμσίτου ανόδου-συνδυασμένη διαδικασία κεραμικής μεμβράνης επίπεδης πλάκας. Η θολότητα του ακατέργαστου νερού ήταν 0,5~3,2 NTU, DOC 2,1~4,0 mg/L και το άζωτο αμμωνίας υποβάθρου ≈0 mg/L. Στο πείραμα, προστέθηκε χλωριούχο αμμώνιο για να αυξηθεί το άζωτο αμμωνίας σε 1,5-2,0 mg/L για προσομοίωση της ρύπανσης. Χρησιμοποιώντας 8- κεραμικούς κόκκους 10 mm ως μέσα φίλτρου, η κεραμική μεμβράνη επίπεδης πλάκας -Al2O3 είχε αποτελεσματική περιοχή διήθησης 0,0196 m². Το σύστημα λειτουργούσε σε ροή 40 LMH και κύκλο φιλτραρίσματος 2 ωρών, με άμεση διήθηση με κεραμική μεμβράνη να χρησιμεύει ως έλεγχος.
II. Αποδοτικότητα Καθαρισμού Νερού
Η συνδυασμένη διαδικασία επιτυγχάνει κλιμακωτή απομάκρυνση των ρύπων, με αποτέλεσμα εξαιρετική απόδοση καθαρισμού: Όσον αφορά τη θολότητα, τα απόβλητα άμεσης διήθησης παρέμειναν σταθερά στα 0,01 NTU, επιτυγχάνοντας ποσοστό απομάκρυνσης 98%. στη συνδυασμένη διαδικασία, το φίλτρο κεραμικών κόκκων αρχικά διατήρησε το 11% των αιωρούμενων σωματιδίων, μειώνοντας τη θολότητα των εκροών από 1,35 NTU σε 1,20 NTU, ενώ το τελικό απόβλητο από την κεραμική μεμβράνη παρέμεινε στο 0,01 NTU, επιτυγχάνοντας μια συνολική μείωση της μεμβράνης 9% και σημαντικά μεγαλύτερη φορτίο. Όσον αφορά τη διαλυμένη οργανική ύλη, οι απλές κεραμικές μεμβράνες πέτυχαν ποσοστά απομάκρυνσης μόνο 14,2% για το DOC και λιγότερο από 10% για το UV254. Το φίλτρο κεραμσίτης, βασιζόμενο στην υποβάθμιση του βιοφίλμ, πέτυχε ποσοστά αφαίρεσης 22,3% και 15% για αυτούς τους δύο δείκτες, αντίστοιχα, ενισχύοντας το συνολικό ποσοστό αφαίρεσης DOC της συνδυασμένης διαδικασίας στο 29,1%, σχεδόν διπλάσιο από αυτό της άμεσης διήθησης. Η αφαίρεση αζώτου αμμωνίας είναι ένα βασικό πλεονέκτημα. Την τέταρτη ημέρα μετά τη σύνδεση της μεμβράνης, το σύστημα νιτροποίησης ωρίμασε και το άζωτο αμμωνίας στα απόβλητα από το φίλτρο κεραμσίτης παρέμεινε σταθερά κάτω από 0,01 mg/L, με ρυθμό απομάκρυνσης που πλησιάζει το 100%. Η αύξηση του νιτρικού αζώτου ταίριαξε με τη μείωση του αμμωνιακού αζώτου, επιβεβαιώνοντας ότι η νιτροποίηση ήταν η κυρίαρχη διαδικασία απομάκρυνσης. Η κεραμική μεμβράνη δεν παρείχε πρόσθετη απομάκρυνση αζώτου αμμωνίας, διατηρώντας μια συγκέντρωση εκροής 0,01 mg/L, αντισταθμίζοντας έτσι τις ελλείψεις των διεργασιών μεμονωμένης- μεμβράνης. Όσον αφορά τη φθορίζουσα οργανική ύλη, κατά τη σταθερή λειτουργία, το φίλτρο κεραμσίτης μείωσε την ένταση φθορισμού των αρωματικών πρωτεϊνών, των χουμικών οξέων και των φουλβικών οξέων, με ελαφρά μόνο αύξηση λόγω της συσσώρευσης μικροβιακών μεταβολιτών. Η κεραμική μεμβράνη διατήρησε περαιτέρω την υπολειμματική οργανική ύλη μεγάλου-μορίου, δείχνοντας ιδιαίτερα σημαντικά αποτελέσματα απομάκρυνσης στους μικροβιακούς μεταβολίτες, επιτυγχάνοντας βαθύ καθαρισμό.
III. Χαρακτηριστικά ρύπανσης μεμβράνης
Η μη αναστρέψιμη διαφορά πίεσης διαμεμβρανικής της συνδυασμένης διεργασίας αυξήθηκε μόνο από 4,5 kPa σε 8 kPa, μια σημαντική μείωση σε σύγκριση με τα 26 kPa άμεσης διήθησης, περιορίζοντας την αύξηση της συνολικής αντίστασης ρύπανσης της μεμβράνης κατά 50%. Οι μολυντές της επιφάνειας της μεμβράνης ήταν κυρίως διαλυτοί μικροβιακός μεταβολίτης και αρωματικές πρωτεΐνες, με χαμηλού μοριακού-βάρους υδρόφιλη οργανική ύλη να αντιπροσωπεύει 86.3%. Οι προσμείξεις εντός των πόρων της μεμβράνης περιελάμβαναν επιπλέον φουλβικά οξέα, με μέσο μοριακό βάρος 33,1 kDa, που εμφανίζουν σαφή χαρακτηριστικά σύνθετης ρύπανσης.
IV. Σύναψη
Αυτή η συνδυασμένη διαδικασία, μέσω της συνεργιστικής επίδρασης της βιοαποδόμησης και του φυσικού κοσκινίσματος, όχι μόνο ενισχύει την απομάκρυνση του αζώτου αμμωνίας και της οργανικής ύλης, αλλά επίσης αναστέλλει αποτελεσματικά τη μη αναστρέψιμη ρύπανση της μεμβράνης, παρέχοντας μια νέα τεχνική οδό για την εφαρμογή κεραμικών μεμβρανών στην επεξεργασία του πόσιμου νερού.