Klimatske promjene duboko utiču na sadržaj i karakteristike NOM-a u površinskim vodama kroz različite složene mehanizme, čineći NOM ključnim zagađivačem u tretmanu vode za piće. Visok-NOM izvori vode općenito pokazuju visoku boju i visok DOC (doze po jedinici površine). NOM ne samo da uzrokuje probleme s bojom i mirisima u vodnim tijelima, već i reaguje s dezinficijensima i stvara kancerogene nusproizvode.
Tradicionalni procesi tretmana vode za piće imaju ograničenu efikasnost uklanjanja NOM, dok konvencionalni procesi sa organskim membranama pate od nedostataka kao što su podložnost prljanju i slaba otpornost na koroziju. Keramička membrana u kombinaciji sa koagulacijom pruža inovativno, kompaktno i visoko stabilno rješenje niske-potrošnje energije- za prečišćavanje površinske vode s visokim{3}}NOM.
Tri metode prethodnog tretmana: od tradicionalne do krajnje kompaktnosti
Evropski istraživački tim dizajnirao je i uporedio tri modela za predtretman koagulacijom i flokulacijom, postižući kontinuiranu optimizaciju toka procesa uz obezbeđivanje efikasnosti tretmana:
1. Tradicionalna dva-koagulacija/flokulacija u dva rezervoara
Kao klasičan način tretmana, ovaj proces koristi dvofazni dizajn reakcije: rezervoar za brzo miješanje i rezervoar za sporu flokulaciju. Sirova voda i koagulant se temeljito miješaju u spremniku za brzo miješanje prije ulaska u rezervoar za flokulaciju kako bi se kompletirao rast flokula, s ukupnim hidrauličkim vremenom zadržavanja (HRT) od 21 minutu. Ovaj način rada pruža temeljitu reakciju, ali zahtijeva veliki otisak i visoke troškove izgradnje.
2. Rapid Mixing Mode
Ovaj način rada pojednostavljuje tok procesa, eliminirajući spori spremnik za flokulaciju i zadržavajući samo jedinicu za brzo miješanje. Koagulant i sirova voda se miješaju i direktno ulaze u membranski modul, smanjujući vrijeme hidrauličkog zadržavanja na 7 minuta. Zadržavajući osnovnu efikasnost tretmana, značajno pojednostavljuje konfiguraciju opreme.
3. Online cevni način flokulacije
Ovo je najinovativnije kompaktno rješenje u ovoj studiji. Tok procesa je sljedeći: sirova voda + koagulant → miješanje membranske pumpe za punjenje → cjevasti flokulant → keramička membrana → permeat. Ne postoji rezervoar za reakciju tokom celog procesa; miješanje i flokulacija se završavaju putem cjevovoda. Vrijeme hidrauličkog zadržavanja (HRT) je samo 45 sekundi, a G-vrijednost se kontroliše na 330 s⁻¹. Ima najmanji otisak među tri načina rada.
Osnovni parametri: hardverska podrška za keramičku membranu
U eksperimentu je korištena keramička membrana, koja je, zbog svojstava neorganskog materijala, kemijske otpornosti i visoke mehaničke čvrstoće, postala osnovna hardverska podrška za stabilan rad procesa.
Eksperimentalni rezultati: visoka-efikasno uklanjanje + nisko-dvostruke prednosti
Studija je koristila DOC, boju i UV₂₅₄ kao indikatore za procjenu NOM-a i razliku transmembranskog tlaka (TMP) kao indikator za procjenu onečišćenja membrane, optimizirajući tip, dozu i pH vrijednost koagulanata.
Eksperiment je upoređivao polialuminij hlorid i željezni hlorid, a rezultati su bili prilično poučni:
Uklanjanje DOC-a:
Aluminijske soli su postigle brzinu uklanjanja od 50% -85% pri pH 5,5, povećavajući se s povećanjem doze.
Soli željeza postigle su maksimalnu brzinu uklanjanja od 87% pri pH 4,5 i 10 mg/L.
Uklanjanje boje:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Soli gvožđa su optimalno uklonjene pri pH 5,0, što zahteva 6... Za postizanje ekvivalentnih rezultata potrebne su koncentracije iznad mg/L.
Ključni nalaz studije je da više koagulansa nije nužno i bolje.
Pri 2 mg/L aluminijske soli: nedovoljna neutralizacija naboja, mala grudvica i lako začepljenje pora na membrani.
Pri 5 mg/L soli aluminija: može doći do restabilizacije punjenja ili površinsko opterećenje membrane može biti previsoko.
Pri 3 mg/L soli aluminija: zaprljanje membrane je najmanje, a rad je najstabilniji.
To znači da je optimiziranje doze važnije od slijepog povećanja.
Što se tiče onečišćenja membrane, pokazuje izuzetno jaku stabilnost, sa vrlo malim nepovratnim zaprljanjem membrane. Pri dozi soli aluminijuma od 3 mg Al/L, stopa zagađivanja membrane dostiže optimalan nivo, sa porastom pritiska u jednom- ciklusu od samo oko 40 mbara. U kombinaciji sa redovnim povratnim ispiranjem, dugotrajno-može se održati stabilan rad.
Vrijedi napomenuti da je koncentracija zaostalog metala u efluentu ključni ograničavajući indikator za rad procesa. Unutar optimalnog pH raspona od 4,5-5,5 za uklanjanje NOM-a, rezidualne koncentracije aluminija i željeza lako prelaze 150 ug/L (granice za aluminij u "Standardima za kvalitet vode za piće GB5749-2022" su 200 ug/L, a za željezo 300 ug/L). U praktičnom inženjeringu, potrebno je balansirati pH vrijednost i dozu koagulanta, uzimajući u obzir i efikasnost uklanjanja i sigurnost efluenta.
Online cevni način flokulacije je poželjna opcija
Poređenje tri načina prethodnog tretmana otkrilo je:
Stope uklanjanja boje i DOC-a bile su oko 80%, uz zanemarljive razlike.
Stope nepovratnog onečišćenja membrane bile su slične (0,06–0,10 mbar/h).
Zamućenost efluenta je konstantno ostala ispod 0,1 NTU.
Tri načina rada nisu pokazala značajnu razliku u efikasnosti uklanjanja NOM-a, ali je online cijevni način flokulacije, sa svojim ultra-kratkim hidrauličkim vremenom zadržavanja od 45 sekundi i minimalističkim dizajnom bez reakcionog rezervoara, postao optimalan izbor.
Ova studija potvrđuje da je proces koagulacije-flokulacije + keramičke membrane u potpunosti primjenjiv na potrebe prečišćavanja površinske vode s visokim NOM (normalnim sadržajem kisika): niskom dozom koagulanta postiže se usklađen tretman; keramička membrana je periva i ima dug vijek trajanja; a njegova radna potrošnja energije je daleko niža od tradicionalnih procesa. Online cevni način flokulacije razbija ograničenje velikog otiska koji je svojstven tradicionalnim procesima obrade vode, pružajući tehničku podršku za izgradnju kompaktnih, inteligentnih postrojenja za pitku vodu.
Zaključak
Suočen sa sve strožim standardima kvaliteta vode za piće i izazovima zagađenja izvorišne vode, proces predtretmana koagulacije-keramičke membrane balansira efikasnost tretmana sa smanjenim troškovima građevinarstva. Sa svojim osnovnim prednostima visokog-uklanjanja, malog zagađenja, kompaktnog dizajna i niske potrošnje energije, on pruža novi pristup za postrojenja za vodu koja se bave izvorima vode visokog{3}}organskog-sadržaja (kao što su akumulacijske vode na jugu i neke riječne vode na sjeveru).