Klimaendringene påvirker innholdet og egenskapene til NOM i overflatevann dypt gjennom ulike komplekse mekanismer, noe som gjør NOM til en kjerneforurensning i drikkevannsbehandling. Høye-NOM vannkilder viser generelt høy farge og høy DOC (doser per enhetsareal). NOM forårsaker ikke bare farge- og luktproblemer i vannmasser, men reagerer også med desinfeksjonsmidler for å generere kreftfremkallende biprodukter.
Tradisjonelle drikkevannsbehandlingsprosesser har begrenset NOM-fjerningseffektivitet, mens konvensjonelle organiske membranprosesser lider av ulemper som følsomhet for begroing og dårlig korrosjonsbestandighet. Keramisk membran kombinert med koagulering gir en innovativ, lavt-energi-forbruk, kompakt og svært stabil løsning for rensing av overflatevann med høyt-NOM.
Tre forbehandlingsmetoder: Fra tradisjonell til ultimat kompakthet
Et europeisk forskerteam utviklet og sammenlignet tre modeller for forbehandling av koagulering og flokkulering, for å oppnå kontinuerlig optimalisering av prosessflyten samtidig som behandlingseffektiviteten ble sikret:
1. Tradisjonell to-tankkoagulering/flokkulering
Som en klassisk behandlingsmodus bruker denne prosessen et to-reaksjonsdesign: en hurtig blandetank og en langsom flokkuleringstank. Råvann og koagulant blandes grundig i hurtigblandingstanken før det går inn i flokkuleringstanken for å fullføre flokkveksten, med en total hydraulisk retensjonstid (HRT) på 21 minutter. Denne modusen gir en grundig reaksjon, men krever et stort fotavtrykk og har høye byggekostnader.
2. Rask blandemodus
Denne modusen forenkler prosessflyten, eliminerer den langsomme flokkuleringstanken og beholder bare hurtigblandingsenheten. Koaguleringsmidlet og råvannet blandes og går direkte inn i membranmodulen, noe som reduserer den hydrauliske retensjonstiden til 7 minutter. Samtidig som den opprettholder grunnleggende behandlingseffektivitet, forenkler det utstyrskonfigurasjonen betydelig.
3. Online tubular flokkuleringsmodus
Dette er den mest innovative kompakte løsningen i denne studien. Prosessstrømmen er som følger: råvann + koagulant → membranmatepumpeblanding → rørformet flokkuleringsmiddel → keramisk membran → permeat. Det er ingen reaksjonstank gjennom hele prosessen; blanding og flokkulering fullføres via rørledninger. Den hydrauliske retensjonstiden (HRT) er bare 45 sekunder, og G--verdien er kontrollert til 330 s⁻¹. Den har det minste fotavtrykket blant de tre modusene.
Kjerneparametere: Støtte for maskinvare for keramisk membran
Eksperimentet brukte en keramisk membran, som på grunn av sine uorganiske materialegenskaper med kjemisk motstand og høy mekanisk styrke, ble kjernemaskinvarestøtten for stabil prosessdrift.
Eksperimentelle resultater: Høy-effektiv fjerning + lav-doble fordeler for forurensning
Studien brukte DOC, farge og UV₂₅₄ som NOM-evalueringsindikatorer og transmembrantrykkdifferanse (TMP) som membranbegroingsevalueringsindikatoren, og optimaliserte typen, doseringen og pH-verdien til koagulanter.
Eksperimentet sammenlignet polyaluminiumklorid og jernklorid, og resultatene var ganske opplysende:
DOC-fjerning:
Aluminiumssalter oppnådde en fjerningshastighet på 50%-85% ved pH 5,5, og økte med økende dosering.
Jernsalter oppnådde en maksimal fjerningshastighet på 87 % ved pH 4,5 og 10 mg/L.
Fargefjerning:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Jernsalter ble optimalt fjernet ved pH 5,0, og krever 6... For å oppnå tilsvarende resultater krever konsentrasjoner over mg/L.
Et sentralt funn av studien er at mer koagulant ikke nødvendigvis er bedre.
Ved 2 mg/L aluminiumsalt: utilstrekkelig ladningsnøytralisering, små flokker og lett tilstopping av membranporene.
Ved 5 mg/L aluminiumsalt: ladningsrestabilisering kan forekomme, eller membranoverflatebelastningen kan være for høy.
Ved 3 mg/L aluminiumsalt: membrantilsmussing er lavest, og driften er mest stabil.
Dette betyr at det er viktigere å optimalisere doseringen enn å øke den blindt.
Når det gjelder membranbegroing, viser den ekstremt sterk stabilitet, med svært lav irreversibel membranbegroing. Ved en aluminiumsaltdosering på 3 mg Al/L, når membrantilsmussingshastigheten et optimalt nivå, med en enkelt-trykkøkning på bare ca. 40 mbar. Kombinert med vanlig tilbakespyling, kan-langsiktig stabil drift opprettholdes.
Det er verdt å merke seg at restmetallkonsentrasjonen i avløpet er en kjernebegrensende indikator for prosessdrift. Innenfor det optimale pH-området på 4,5–5,5 for NOM-fjerning, overskrider restkonsentrasjoner av aluminium og jern lett 150 ug/L (grensene for aluminium i "Standards for Drinking Water Quality GB5749-2022" er 200 ug/L og for jern 300 ug/L). I praktisk prosjektering er det nødvendig å balansere pH-verdi og koagulantdosering, med hensyn til både fjerningseffektivitet og avløpssikkerhet.
Online rørformet flokkuleringsmodus er det foretrukne alternativet
Sammenligning av de tre forbehandlingsmodusene avslørte:
Farge- og DOC-fjerningsraten var begge rundt 80 %, med ubetydelige forskjeller.
Irreversible membranbegroingshastigheter var like (0,06–0,10 mbar/t).
Turbiditeten i avløpet holdt seg konsekvent under 0,1 NTU.
De tre modusene viste ingen signifikant forskjell i effektiviteten til fjerning av NOM, men den elektroniske rørformede flokkuleringsmodusen, med sin ultra-korte hydrauliske retensjonstid på 45 sekunder og minimalistisk design uten reaksjonstank, ble det optimale valget.
Denne studien bekrefter at koagulasjons-flokkulerings- + keramisk membran-prosessen er fullt anvendelig for rensebehovene til overflatevann med høyt NOM (normalt oksygeninnhold): lav koagulantdosering oppnår samsvarende behandling; den keramiske membranen er vaskbar og har lang levetid; og driftsenergiforbruket er langt lavere enn tradisjonelle prosesser. Den nettbaserte rørformede flokkuleringsmodusen bryter begrensningene for store fotavtrykk som ligger i tradisjonelle vannbehandlingsprosesser, og gir teknisk støtte for bygging av kompakte, intelligente drikkevannsanlegg.
Konklusjon
Stilt overfor stadig strengere drikkevannskvalitetsstandarder og utfordringene med kildevannforurensning, balanserer forbehandlingsprosessen for koagulasjons-keramiske membraner behandlingseffektivitet med reduserte anleggskostnader. Med sine kjernefordeler med høy-effektiv fjerning, lav forurensning, kompakt design og lavt energiforbruk, gir den en ny tilnærming for vannanlegg som håndterer vannkilder med høyt-organisk-innhold (som reservoarvann i sør og noe elvevann i nord).
