Klimato kaita daro didelę įtaką paviršinio vandens NOM kiekiui ir savybėms dėl įvairių sudėtingų mechanizmų, todėl NOM yra pagrindinis geriamojo vandens valymo teršalas. Didelio-NOM vandens šaltiniai paprastai pasižymi ryškiomis spalvomis ir dideliu DOC (dozės ploto vienetui). NOM ne tik sukelia spalvos ir kvapo problemų vandens telkiniuose, bet ir reaguoja su dezinfekavimo priemonėmis, sudarydamas kancerogeninius šalutinius produktus.
Tradiciniai geriamojo vandens valymo procesai turi ribotą NOM šalinimo efektyvumą, o įprasti organinės membranos procesai turi trūkumų, tokių kaip jautrumas užsiteršimui ir prastas atsparumas korozijai. Keraminė membrana kartu su koaguliacija yra naujoviškas, mažai -sunaudojantis{2}}energijos, kompaktiškas ir labai stabilus sprendimas, skirtas didelio-NOM paviršinio vandens valymui.
Trys pirminio apdorojimo metodai: nuo tradicinio iki galutinio kompaktiškumo
Europos tyrimų grupė sukūrė ir palygino tris pirminio koaguliacijos ir flokuliacijos apdorojimo modelius, siekdami nuolat optimizuoti proceso eigą ir užtikrinti gydymo efektyvumą:
1. Tradicinis dviejų-talpų koaguliavimas / flokuliacija
Kaip klasikinis apdorojimo būdas, šiame procese taikoma dviejų{0}}pakopų reakcija: greito maišymo bakas ir lėto flokuliavimo bakas. Žalias vanduo ir koaguliantas kruopščiai sumaišomi greito maišymo bake prieš patenkant į flokuliavimo baką, kad būtų užbaigtas flokulių augimas, o bendra hidraulinės sulaikymo trukmė (HRT) yra 21 minutė. Šis režimas užtikrina kruopščią reakciją, tačiau reikalauja didelio ploto ir turi didelių statybos sąnaudų.
2. Greito maišymo režimas
Šis režimas supaprastina proceso eigą, pašalina lėto flokuliavimo baką ir išlaiko tik greito maišymo įrenginį. Koagulantas ir žalias vanduo sumaišomi ir tiesiogiai patenka į membraninį modulį, sumažinant hidraulinio sulaikymo laiką iki 7 minučių. Išlaikant pagrindinį gydymo efektyvumą, tai žymiai supaprastina įrangos konfigūraciją.
3. Internetinis vamzdinės flokuliacijos režimas
Tai inovatyviausias kompaktiškas sprendimas šiame tyrime. Proceso srautas yra toks: žalias vanduo + koaguliantas → membranos tiekimo siurblio maišymas → vamzdinis flokuliantas → keraminė membrana → permeatas. Viso proceso metu nėra reakcijos bako; maišymas ir flokuliavimas užbaigiami vamzdynais. Hidraulinis sulaikymo laikas (HRT) yra tik 45 sekundės, o G-vertė valdoma ties 330 s⁻¹. Jis turi mažiausią plotą tarp trijų režimų.
Pagrindiniai parametrai: Keraminės membranos techninės įrangos palaikymas
Eksperimente buvo naudojama keraminė membrana, kuri dėl savo neorganinių medžiagų savybių, pasižyminčių cheminiu atsparumu ir dideliu mechaniniu stiprumu, tapo pagrindine aparatūros atrama stabiliam proceso veikimui.
Eksperimento rezultatai: didelis{0}}pašalinimo efektyvumas + maža- tarša dvigubi pranašumai
Tyrime buvo naudojamas DOC, spalva ir UV₂₅4 kaip NOM vertinimo indikatoriai ir transmembraninio slėgio skirtumas (TMP) kaip membranos užteršimo vertinimo indikatorius, optimizuojant koaguliantų tipą, dozę ir pH vertę.
Eksperimente buvo lyginamas polialiuminio chloridas ir geležies chloridas, o rezultatai buvo gana šviesūs:
DOC pašalinimas:
Aliuminio druskų pašalinimo greitis buvo 50–85%, esant pH 5,5, didėjant dozei.
Geležies druskų didžiausias pašalinimo greitis buvo 87%, kai pH 4,5 ir 10 mg/l.
Spalvos pašalinimas:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Geležies druskos buvo optimaliai pašalintos esant pH 5,0, reikia 6... Norint pasiekti lygiaverčius rezultatus, reikia koncentracijos virš mg/L.
Pagrindinė tyrimo išvada yra ta, kad daugiau koagulianto nebūtinai yra geresnis.
Esant 2 mg/l aliuminio druskos: nepakankamas krūvio neutralizavimas, maži sluoksniai ir lengvas membranos porų užsikimšimas.
Esant 5 mg/l aliuminio druskos: gali įvykti įkrovos stabilizavimas arba membranos paviršiaus apkrova gali būti per didelė.
Esant 3 mg/l aliuminio druskos: membranos užsiteršimas yra mažiausias, o veikimas yra stabiliausias.
Tai reiškia, kad dozės optimizavimas yra svarbiau nei aklas jos didinimas.
Kalbant apie membranos užsiteršimą, jis pasižymi ypač dideliu stabilumu ir labai mažu negrįžtamu membranos užsiteršimu. Kai aliuminio druskos dozė yra 3 mg Al/L, membranos užsiteršimo greitis pasiekia optimalų lygį, o per vieną -ciklą slėgis padidėja tik apie 40 mbar. Kartu su įprastu plovimu atgal, galima išlaikyti ilgalaikį stabilų{5}} veikimą.
Verta paminėti, kad metalo likučių koncentracija nuotekose yra pagrindinis proceso veikimo rodiklis. Esant optimaliam pH diapazonui 4,5–5,5 NOM šalinimui, aliuminio ir geležies likučių koncentracija lengvai viršija 150 ug/L (aliuminio ribos „Geriamojo vandens kokybės standartuose GB5749-2022“ yra 200 ug/L, o geležies – 300 ug/L). Praktinėje inžinerijoje būtina subalansuoti pH vertę ir koagulianto dozę, atsižvelgiant ir į šalinimo efektyvumą, ir į nuotekų saugumą.
Internetinis vamzdinio flokuliavimo režimas yra pageidaujama parinktis
Palyginus tris pirminio apdorojimo būdus, paaiškėjo:
Tiek spalvos, tiek DOC pašalinimo rodikliai buvo apie 80%, o skirtumai buvo nereikšmingi.
Negrįžtamo membranos užsiteršimo greitis buvo panašus (0,06–0,10 mbar/val.).
Nuotekų drumstumas nuolat buvo mažesnis nei 0,1 NTU.
Šie trys režimai neparodė reikšmingo NOM pašalinimo efektyvumo skirtumo, tačiau internetinis vamzdinis flokuliacijos režimas su itin trumpu 45 sekundžių hidrauliniu sulaikymo laiku ir minimalistiniu dizainu be reakcijos bako tapo optimaliu pasirinkimu.
Šis tyrimas patvirtina, kad koaguliacijos-flokuliacijos + keraminės membranos procesas yra visiškai pritaikytas paviršinio vandens, kurio NOM (paprastai deguonies kiekis) yra didelis, valymo poreikiams: naudojant mažą koagulianto dozę pasiekiamas tinkamas gydymas; keraminė membrana yra plaunama ir ilgai tarnauja; ir jos veikimo energijos sąnaudos yra daug mažesnės nei tradicinių procesų. Internetinis vamzdinio flokuliavimo režimas pažeidžia didelio ploto apribojimą, būdingą tradiciniams vandens valymo procesams, suteikdamas techninę pagalbą statant kompaktiškus, išmaniuosius geriamojo vandens įrenginius.
Išvada
Atsižvelgiant į vis griežtesnius geriamojo vandens kokybės standartus ir su šaltinio vandens taršos iššūkiais, koaguliacijos{0}}keraminės membranos išankstinio apdorojimo procesas subalansuoja valymo efektyvumą ir sumažintas civilinės inžinerijos sąnaudas. Pagrindiniai privalumai – didelis-efektyvus šalinimas, maža tarša, kompaktiškas dizainas ir mažas energijos suvartojimas – tai naujas požiūris į vandens augalus, naudojančius didelio-organinio-turinio vandens šaltinius (pvz., rezervuaro vandenį pietuose ir kai kuriuos upių vandenį šiaurėje).