Klimatické změny hluboce ovlivňují obsah a vlastnosti NOM v povrchových vodách prostřednictvím různých složitých mechanismů, což z NOM činí hlavní znečišťující látku při úpravě pitné vody. Vodní zdroje s vysokým-NOM obvykle vykazují vysokou barvu a vysokou DOC (dávky na jednotku plochy). NOM nejen způsobuje problémy s barvou a zápachem ve vodních útvarech, ale také reaguje s dezinfekčními prostředky a vytváří karcinogenní vedlejší produkty.
Tradiční procesy úpravy pitné vody mají omezenou účinnost odstraňování NOM, zatímco konvenční procesy s organickou membránou trpí nevýhodami, jako je náchylnost k zanášení a špatná odolnost proti korozi. Keramická membrána ve spojení s koagulací poskytuje inovativní, nízko{1}}energetické-spotřebové, kompaktní a vysoce stabilní řešení pro čištění povrchové vody s vysokým-NOM.
Tři metody předúpravy: Od tradičního po maximální kompaktnost
Evropský výzkumný tým navrhl a porovnal tři modely pro koagulační a flokulační předúpravu, čímž bylo dosaženo nepřetržité optimalizace toku procesu při zajištění účinnosti úpravy:
1. Tradiční koagulace/flokulace ve dvou nádržích-
Jako klasický režim úpravy využívá tento proces dvou{0}}fázový reakční design: nádrž pro rychlé míchání a nádrž s pomalou flokulací. Surová voda a koagulant se před vstupem do flokulační nádrže důkladně promísí v nádobě pro rychlé míchání, aby se dokončil růst vloček s celkovou hydraulickou retenční dobou (HRT) 21 minut. Tento režim poskytuje důkladnou reakci, ale vyžaduje velkou stopu a má vysoké stavební náklady.
2. Režim rychlého míchání
Tento režim zjednodušuje procesní tok, eliminuje pomalou flokulační nádrž a zachovává pouze rychlou míchací jednotku. Koagulant a surová voda se smísí a přímo vstupují do membránového modulu, čímž se zkracuje hydraulická retenční doba na 7 minut. Při zachování základní účinnosti čištění výrazně zjednodušuje konfiguraci zařízení.
3. Režim online tubulární flokulace
Jedná se o nejinovativnější kompaktní řešení v této studii. Průtok procesu je následující: surová voda + koagulant → míchání membránového napájecího čerpadla → tubulární flokulant → keramická membrána → permeát. V průběhu procesu není žádná reakční nádrž; míchání a flokulace se provádí pomocí potrubí. Hydraulický retenční čas (HRT) je pouze 45 sekund a hodnota G- je řízena na 330 s⁻¹. Má nejmenší půdorys ze tří režimů.
Základní parametry: Hardwarová podpora keramické membrány
Experiment používal keramickou membránu, která se díky svým anorganickým materiálovým vlastnostem chemické odolnosti a vysoké mechanické pevnosti stala základní hardwarovou podporou pro stabilní procesní provoz.
Experimentální výsledky: Vysoká{0}}účinnost odstraňování + nízké-znečištění – dvojí výhody
Studie používala DOC, barvu a UV₂54 jako hodnotící indikátory NOM a transmembránový tlakový rozdíl (TMP) jako indikátor hodnocení znečištění membrány, optimalizoval typ, dávkování a hodnotu pH koagulantů.
Experiment porovnával polyaluminiumchlorid a chlorid železitý a výsledky byly docela poučné:
Odstranění DOC:
Soli hliníku dosáhly rychlosti odstraňování 50 % až 85 % při pH 5,5, přičemž se zvyšovala se zvyšující se dávkou.
Soli železa dosáhly maximální rychlosti odstranění 87 % při pH 4,5 a 10 mg/l.
Odstranění barvy:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Soli železa byly optimálně odstraněny při pH 5,0, což vyžaduje 6... Dosažení ekvivalentních výsledků vyžaduje koncentrace nad mg/l.
Klíčovým zjištěním studie je, že více koagulantu nemusí být nutně lepší.
Při 2 mg/l hliníkové soli: nedostatečná neutralizace náboje, malé vločky a snadné ucpávání pórů membrány.
Při 5 mg/l hliníkové soli: může dojít k restabilizaci náboje nebo může být povrchové zatížení membrány příliš vysoké.
Při 3 mg/l hliníkové soli: zanášení membrány je nejnižší a provoz je nejstabilnější.
To znamená, že optimalizace dávkování je důležitější než jeho slepé zvyšování.
Pokud jde o znečištění membrán, vykazuje extrémně silnou stabilitu s velmi nízkým nevratným znečištěním membrány. Při dávce hlinité soli 3 mg Al/l dosahuje rychlost zanášení membrány optimální úrovně s nárůstem tlaku v jediném -cyklu pouze o 40 mbar. V kombinaci s pravidelným zpětným proplachem lze udržet dlouhodobý-stabilní provoz.
Stojí za zmínku, že koncentrace zbytkového kovu ve výtoku je indikátorem limitujícím jádro pro provoz procesu. V optimálním rozmezí pH 4,5–5,5 pro odstranění NOM zbytkové koncentrace hliníku a železa snadno překročí 150 ug/l (limity pro hliník v „Standardech pro kvalitu pitné vody GB5749-2022“ jsou 200 ug/l a pro železo 300 ug/l). V praktickém strojírenství je nutné vyvážit hodnotu pH a dávkování koagulantu, přičemž je třeba vzít v úvahu jak účinnost odstraňování, tak bezpečnost odpadních vod.
Upřednostňovanou možností je online režim tubulární flokulace
Porovnání tří režimů předúpravy odhalilo:
Míry odstranění barvy a DOC byly obě kolem 80 %, se zanedbatelnými rozdíly.
Rychlosti nevratného znečištění membrány byly podobné (0,06–0,10 mbar/h).
Zákal na výtoku trvale zůstával pod 0,1 NTU.
Tyto tři režimy nevykazovaly žádný významný rozdíl v účinnosti odstraňování NOM, ale optimální volbou se stal online režim tubulární flokulace s ultra-krátkou hydraulickou retenční dobou 45 sekund a minimalistickým designem bez reakční nádrže.
Tato studie potvrzuje, že proces koagulace-flokulace + keramická membrána je plně použitelný pro potřeby čištění povrchových vod s vysokým NOM (normálně obsah kyslíku): nízká dávka koagulantu zajišťuje vyhovující úpravu; keramická membrána je omyvatelná a má dlouhou životnost; a jeho provozní spotřeba energie je mnohem nižší než u tradičních procesů. Online režim tubulární flokulace ruší omezení velké stopy, která je vlastní tradičním procesům úpravy vody, a poskytuje technickou podporu pro výstavbu kompaktních, inteligentních zařízení na pitnou vodu.
Závěr
Tváří v tvář stále přísnějším standardům kvality pitné vody a problémům se znečištěním zdrojové vody, proces předúpravy koagulační-keramickou membránou vyvažuje účinnost úpravy a nižší stavební náklady. Se svými hlavními výhodami, jako je vysoká-účinnost odstraňování, nízké znečištění, kompaktní design a nízká spotřeba energie, poskytuje nový přístup pro vodní elektrárny, které se zabývají zdroji vody s vysokým -organickým-obsahem (jako je voda z nádrží na jihu a část říční vody na severu).