Kliimamuutused mõjutavad põhjalikult pinnavee NOM-i sisaldust ja omadusi mitmesuguste keerukate mehhanismide kaudu, muutes NOM-i joogiveepuhastuse põhisaasteaineks. Suure -NOM-i veeallikatel on üldiselt kõrge värvus ja kõrge DOC (doosid pindalaühiku kohta). NOM ei põhjusta mitte ainult värvi- ja lõhnaprobleeme veekogudes, vaid reageerib ka desinfektsioonivahenditega, tekitades kantserogeenseid kõrvalsaadusi.
Traditsioonilistel joogiveepuhastusprotsessidel on NOM-i eemaldamise tõhusus piiratud, samas kui tavapärastel orgaanilistel membraanidel on puudusi, nagu vastuvõtlikkus saastumisele ja halb korrosioonikindlus. Keraamiline membraan koos koagulatsiooniga on uuenduslik, madala-energia-kuluga, kompaktne ja väga stabiilne lahendus kõrge -NOM pinnavee puhastamiseks.
Kolm eeltöötlusmeetodit: traditsioonilisest kuni ülima kompaktsuseni
Euroopa uurimisrühm töötas välja ja võrdles kolme koagulatsiooni ja flokulatsiooni eeltöötluse mudelit, saavutades protsessi voolu pideva optimeerimise, tagades samal ajal ravi efektiivsuse:
1. Traditsiooniline kahe-paagi koagulatsioon/flokulatsioon
Klassikalise töötlemisrežiimina kasutab see protsess kahe{0}}etapilist reaktsiooni: kiire segamispaak ja aeglase flokulatsioonipaak. Toorvesi ja koagulant segatakse hoolikalt kiirsegamispaagis enne flokulatsioonipaaki sisenemist, et floku kasv lõpule viia, hüdraulilise retentsiooniajaga (HRT) on 21 minutit. See režiim annab põhjaliku reaktsiooni, kuid nõuab suurt jalajälge ja sellel on suured ehituskulud.
2. Kiirsegamise režiim
See režiim lihtsustab protsessi voolu, kõrvaldades aeglase flokulatsioonipaagi ja säilitades ainult kiire segamisüksuse. Koagulant ja toorvesi segatakse ja sisenevad otse membraanimoodulisse, vähendades hüdraulilist peetumisaega 7 minutini. Säilitades põhilise ravi efektiivsuse, lihtsustab see oluliselt seadmete seadistamist.
3. Veebipõhine torukujulise flokulatsiooni režiim
See on selle uuringu kõige uuenduslikum kompaktne lahendus. Protsessi voog on järgmine: toorvesi + koagulant → membraani toitepumba segamine → torujas flokulant → keraamiline membraan → permeaat. Kogu protsessi vältel puudub reaktsioonipaak; segamine ja flokuleerimine viiakse lõpule torujuhtmete kaudu. Hüdrauliline retentsiooniaeg (HRT) on vaid 45 sekundit ja G-väärtus on 330 s⁻¹. Sellel on kolme režiimi seas väikseim jalajälg.
Põhiparameetrid: keraamilise membraani riistvara tugi
Katses kasutati keraamilist membraani, mis tänu oma anorgaanilise materjali omadustele, millel on keemiline vastupidavus ja kõrge mehaaniline tugevus, sai protsessi stabiilse toimimise põhiliseks riistvaratoeks.
Katsetulemused: kõrge{0}}efektiivsus eemaldamine + madal-reostus, kaks eelist
Uuringus kasutati NOM-i hindamisindikaatoritena DOC-d, värvi ja UV₂254 ning membraani saastumise hindamise indikaatorina transmembraanset rõhu erinevust (TMP), optimeerides koagulantide tüüpi, annust ja pH väärtust.
Katses võrreldi polüalumiiniumkloriidi ja raudkloriidi ning tulemused olid üsna valgustavad:
DOC eemaldamine:
Alumiiniumisoolad saavutasid pH 5,5 juures eemaldamise kiiruse 50–85%, suurenedes annuse suurendamisega.
Rauasoolade maksimaalne eemaldamise kiirus oli 87% pH 4,5 ja 10 mg/l juures.
Värvi eemaldamine:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Rauasoolad eemaldati optimaalselt pH 5,0 juures, vajades 6... Samaväärsete tulemuste saavutamiseks on vaja kontsentratsioone üle mg/L.
Uuringu peamine järeldus on see, et rohkem koagulanti ei pruugi olla parem.
2 mg/l alumiiniumsoola korral: laengu ebapiisav neutraliseerimine, väikesed helbed ja membraanipooride lihtne ummistus.
5 mg/l alumiiniumsoola korral: laeng võib taastuda või membraani pinnakoormus võib olla liiga suur.
3 mg/l alumiiniumsoola korral: membraani määrdumine on madalaim ja töö on kõige stabiilsem.
See tähendab, et annuse optimeerimine on olulisem kui selle pimesi suurendamine.
Mis puutub membraani saastumisse, siis sellel on väga tugev stabiilsus ja väga madal pöördumatu membraani saastumine. Alumiiniumsoola doseerimisel 3 mg Al/L saavutab membraani saastumise määr optimaalse taseme, ühe -tsüklilise rõhu tõusuga vaid umbes 40 mbar. Koos tavalise tagasipesuga on võimalik säilitada pikaajaline stabiilne töö{5}.
Väärib märkimist, et metalli jääkkontsentratsioon heitvees on protsessi toimimist piirav indikaator. Optimaalses pH vahemikus 4,5–5,5 NOM-i eemaldamiseks ületavad alumiiniumi ja raua jääkkontsentratsioonid kergesti 150 ug/L (alumiiniumi piirnormid "Joogivee kvaliteedistandardites GB5749-2022" on 200 ug/L ja raua puhul 300 ug/L). Praktilises inseneritöös on vaja tasakaalustada pH väärtust ja koagulandi annust, võttes arvesse nii eemaldamise efektiivsust kui ka heitvee ohutust.
Veebipõhine torukujuline flokulatsioonirežiim on eelistatud valik
Kolme eeltöötlusrežiimi võrdlus näitas:
Värvi ja DOC eemaldamise määrad olid mõlemad umbes 80%, erinevused olid tühised.
Pöördumatu membraani saastumise kiirus oli sarnane (0,06–0,10 mbar/h).
Heitvee hägusus jäi pidevalt alla 0,1 NTU.
Need kolm režiimi ei näidanud olulist erinevust NOM-i eemaldamise efektiivsuses, kuid optimaalseks valikuks sai veebipõhine torukujuline flokulatsioonirežiim, millel on ülilühike 45-sekundiline hüdrauliline retentsiooniaeg ja minimalistlik disain ilma reaktsioonipaagita.
See uuring kinnitab, et koagulatsiooni-flokulatsiooni + keraamilise membraani protsess on täielikult rakendatav kõrge NOM-i (tavaliselt hapnikusisaldusega) pinnavee puhastamise vajadustele: madala koagulandi doosiga saavutatakse nõuetele vastav töötlemine; keraamiline membraan on pestav ja pika elueaga; ja selle tööenergiatarve on palju väiksem kui traditsioonilistel protsessidel. Veebipõhine torukujuline flokulatsioonirežiim murrab traditsioonilistele veetöötlusprotsessidele omase suure jalajälje piiranguid, pakkudes tehnilist tuge kompaktsete ja intelligentsete joogiveejaamade ehitamiseks.
Järeldus
Seistes silmitsi järjest karmistuvate joogivee kvaliteedistandarditega ja veereostusega seotud probleemidega, tasakaalustab koagulatsiooni{0}}keraamilise membraani eeltöötlusprotsess ravi tõhususe ja väiksemate ehituskuludega. Selle põhieelisteks on kõrge-tõhus eemaldamine, madal saastetase, kompaktne disain ja madal energiatarve ning see pakub uut lähenemist veejaamadele, mis tegelevad suure-orgaanilise-sisaldusega veeallikatega (nagu reservuaarivesi lõunas ja osa jõevett põhjas).