Balík procesu úpravy vody s keramickou membránou: Biologická predúprava – kombinovaná aplikácia keramickej membrány

Nedávno jedna čínska spoločnosť v spolupráci so svojimi partnermi vyvinula nový proces kombinujúci biologickú predúpravu a aplikáciu keramickej membrány. Keramzitový biologický filter využíva mikroorganizmy na odstránenie organických látok a amoniakálneho dusíka z vody, zatiaľ čo keramická membrána ďalej odstraňuje mikroorganizmy, zákal a nerozpustné pevné látky, čím sa dosahuje účinná separácia pevných-kvapalín. Tieto dve zložky spolupracujú, pričom každá plní svoju špecifickú funkciu.

Tento kombinovaný proces využíva ako príklad mierne znečistenú rieku, pričom sa vytvára kombinovaný proces s keramickou membránou s plochými platňami a keramzitovým biologickým-filtrom. Zákal surovej vody bol 0,5 až 3,2 NTU, DOC 2,1 až 4,0 mg/l a dusík z pozadia ≈0 mg/l. V experimente sa pridal chlorid amónny, aby sa amónny dusík zvýšil na 1,5 až 2,0 mg/l, aby sa simulovalo znečistenie. S použitím 8-10 mm keramických granúl ako filtračného média mala plochá keramická membrána -Al₂O₃ účinnú filtračnú plochu 0,0196 m². Systém pracoval pri prietoku 40 LMH a filtračnom cykle 2 h, pričom priama keramická membránová filtrácia slúžila ako kontrola.

Kombinovaný proces dosahuje stupňovité odstraňovanie znečisťujúcich látok, čo vedie k vynikajúcej účinnosti čistenia: Pokiaľ ide o zákal, výtok z priamej filtrácie zostal stabilný na 0,01 NTU, čím sa dosiahla miera odstraňovania 98 %; v kombinovanom procese filter z keramických granúl najskôr zadržal 11 % suspendovaných častíc, čím sa znížil zákal výtoku z 1,35 NTU na 1,20 NTU, zatiaľ čo konečný výtok z keramickej membrány zostal na hodnote 0,01 NTU, čím sa dosiahla celková rýchlosť odstraňovania presahujúca 99 % a výrazne sa znížilo retenčné zaťaženie membrány. Čo sa týka rozpustenej organickej hmoty, jednotlivé keramické membrány dosiahli rýchlosť odstraňovania iba 14,2 % pre DOC a menej ako 10 % pre UV254. Keramzitový filter, ktorý sa spolieha na degradáciu biofilmu, dosiahol rýchlosti odstraňovania 22,3 % a 15 % pre tieto dva ukazovatele, čím sa zvýšila celková rýchlosť odstraňovania DOC v kombinovanom procese na 29,1 %, čo je takmer dvojnásobok oproti priamej filtrácii. Hlavnou výhodou je odstránenie amoniakového dusíka. Štvrtý deň po pripojení membrány nitrifikačný systém dozrel a amoniakálny dusík vo výtoku z keramzitového filtra zostal konzistentne pod 0,01 mg/l, s rýchlosťou odstraňovania blížiacou sa 100 %. Zvýšenie dusičnanového dusíka zodpovedalo poklesu amoniakálneho dusíka, čo potvrdzuje, že nitrifikácia bola dominantným procesom odstraňovania. Keramická membrána nezabezpečovala dodatočné odstraňovanie amoniakového dusíka, pričom udržiavala koncentráciu odpadovej vody 0,01 mg/l, čím kompenzovala nedostatky jednomembránových procesov. Čo sa týka fluorescenčnej organickej hmoty, počas stabilnej prevádzky keramzitový filter znižoval intenzitu fluorescencie aromatických proteínov, humínových kyselín a fulvových kyselín, len s miernym zvýšením v dôsledku akumulácie mikrobiálnych metabolitov. Keramická membrána ďalej zadržiavala zvyškovú veľkú-molekulovú organickú hmotu, pričom vykazovala obzvlášť významné odstraňovacie účinky na mikrobiálne metabolity, čím sa dosiahlo hlboké čistenie.

Ireverzibilný transmembránový tlakový rozdiel kombinovaného procesu sa zvýšil iba zo 4,5 kPa na 8 kPa, čo je významné zníženie v porovnaní s 26 kPa priamej filtrácie, čím sa zúžil nárast celkovej odolnosti voči zanášaniu membrány o 50 %. Membránové povrchové kontaminanty boli najmä rozpustné mikrobiálne metabolity a aromatické proteíny, pričom hydrofilná organická hmota s nízkou -molekulovou- hmotnosťou predstavovala 86.3 %. Kontaminanty v póroch membrány ďalej zahŕňali fulvové kyseliny s priemernou molekulovou hmotnosťou 33,1 kDa, ktoré vykazovali jasné charakteristiky komplexného znečistenia.

Tento kombinovaný proces prostredníctvom synergického efektu biodegradácie a fyzikálneho preosievania nielen zvyšuje odstraňovanie amoniakálneho dusíka a organických látok, ale tiež účinne inhibuje ireverzibilné znečistenie membrány, čím poskytuje novú technickú cestu pre aplikáciu keramických membrán pri úprave pitnej vody.