Nedávno jedna čínská společnost ve spolupráci se svými partnery vyvinula nový proces kombinující biologickou předúpravu a aplikaci keramické membrány. Keramzitový biologický filtr využívá mikroorganismy k odstranění organických látek a amoniakálního dusíku z vody, zatímco keramická membrána dále odstraňuje mikroorganismy, zákal a nerozpuštěné pevné látky, čímž dosahuje účinné separace pevných-kapalin. Obě složky spolupracují, každá plní svou specifickou funkci.
I. Přehled procesu
Tento kombinovaný proces využívá jako příklad mírně znečištěnou řeku a vytváří kombinovaný proces s keramzitovým biologickým filtrem-plochou keramickou membránou. Zákal surové vody byl 0,5~3,2 NTU, DOC 2,1~4,0 mg/l a pozadí amoniakálního dusíku~0 mg/l. V experimentu byl přidán chlorid amonný, aby se amonný dusík zvýšil na 1,5~2,0 mg/l, aby se simulovalo znečištění. S použitím 8-10 mm keramických granulí jako filtračního média měla plochá keramická membrána -Al₂O₃ účinnou filtrační plochu 0,0196 m². Systém pracoval s průtokem 40 LMH a filtračním cyklem 2 h, přičemž jako kontrola sloužila přímá keramická membránová filtrace.
II. Účinnost čištění vody
Kombinovaný proces dosahuje stupňovitého odstraňování znečišťujících látek, což má za následek vynikající účinnost čištění: Pokud jde o zákal, výtok z přímé filtrace zůstal stabilní na 0,01 NTU, čímž bylo dosaženo míry odstranění 98 %; v kombinovaném procesu filtr z keramických granulí nejprve zadržel 11 % suspendovaných částic, čímž se snížil zákal výtoku z 1,35 NTU na 1,20 NTU, zatímco konečný výtok z keramické membrány zůstal na 0,01 NTU, čímž se dosáhlo celkové rychlosti odstranění přesahující 99 % a výrazně se snížilo retenční zatížení membrány. Pokud jde o rozpuštěnou organickou hmotu, jednotlivé keramické membrány dosahovaly rychlosti odstraňování pouze 14,2 % pro DOC a méně než 10 % pro UV254. Keramsitový filtr, který se spoléhá na degradaci biofilmu, dosáhl rychlosti odstranění 22,3 % a 15 % pro tyto dva indikátory, v tomto pořadí, čímž zvýšil celkovou rychlost odstraňování DOC v kombinovaném procesu na 29,1 %, což je téměř dvojnásobek oproti přímé filtraci. Hlavní výhodou je odstranění amoniakálního dusíku. Čtvrtý den po připojení membrány nitrifikační systém dozrál a amoniakální dusík ve výtoku z keramsitového filtru zůstával trvale pod 0,01 mg/l, s rychlostí odstraňování blížící se 100 %. Zvýšení dusičnanového dusíku odpovídalo poklesu amoniakálního dusíku, což potvrdilo, že nitrifikace byla dominantním procesem odstraňování. Keramická membrána neumožňovala dodatečné odstraňování amoniakálního dusíku a udržovala koncentraci odpadních vod 0,01 mg/l, čímž kompenzovala nedostatky jednomembránových procesů. Co se týče fluorescenční organické hmoty, během stabilního provozu keramsitový filtr snižoval intenzitu fluorescence aromatických proteinů, huminových kyselin a fulvových kyselin, pouze s mírným zvýšením v důsledku akumulace mikrobiálních metabolitů. Keramická membrána dále zadržovala zbytkové velké-molekuly organické hmoty, což vykazovalo obzvláště významné účinky na odstraňování mikrobiálních metabolitů, čímž bylo dosaženo hlubokého čištění.
III. Charakteristika znečištění membrány
Ireverzibilní transmembránový tlakový rozdíl kombinovaného procesu se zvýšil pouze ze 4,5 kPa na 8 kPa, což je významné snížení ve srovnání s 26 kPa přímé filtrace, čímž se zúžil nárůst celkové odolnosti proti zanášení membrány o 50 %. Membránové povrchové kontaminanty byly především rozpustné mikrobiální metabolity a aromatické proteiny, přičemž hydrofilní organická hmota s nízkou -hmotností- představovala 86.3 %. Kontaminanty v pórech membrány dále zahrnovaly fulvokyseliny s průměrnou molekulovou hmotností 33,1 kDa, vykazující jasné charakteristiky komplexního znečištění.
IV. Závěr
Tento kombinovaný proces, prostřednictvím synergického efektu biodegradace a fyzikálního prosévání, nejen zlepšuje odstraňování amoniakálního dusíku a organických látek, ale také účinně inhibuje nevratné znečištění membrány, čímž poskytuje novou technickou cestu pro aplikaci keramických membrán při úpravě pitné vody.
