Nedavno je jedna kineska tvrtka u suradnji sa svojim partnerima razvila novi proces koji kombinira biološku prethodnu obradu i primjenu keramičke membrane. Keramički biološki filtar koristi mikroorganizme za uklanjanje organske tvari i amonijačnog dušika iz vode, dok keramička membrana dodatno uklanja mikroorganizme, zamućenje i suspendirane krutine, postižući učinkovito odvajanje krutine-tekućine. Dvije komponente rade zajedno, a svaka ispunjava svoju specifičnu funkciju.
I. Pregled procesa
Ovaj kombinirani proces koristi blago onečišćenu rijeku kao primjer, konstruirajući uzlazni keramzitni biološki filtar-kombinirani postupak ravne ploče keramičke membrane. Mutnoća sirove vode bila je 0,5~3,2 NTU, DOC 2,1~4,0 mg/L, a pozadinski amonijačni dušik ≈0 mg/L. U eksperimentu je dodan amonijev klorid kako bi se povisio amonijačni dušik na 1,5~2,0 mg/L kako bi se simuliralo onečišćenje. Upotrebom 8-10 mm keramičkih granula kao medija za filtriranje, -Al₂O₃ ravna pločasta keramička membrana imala je efektivnu površinu filtracije od 0,0196 m². Sustav je radio na fluksu od 40 LMH i ciklusu filtracije od 2 h, s izravnom filtracijom keramičke membrane koja je služila kao kontrola.
II. Učinkovitost pročišćavanja vode
Kombiniranim postupkom postiže se višeslojno uklanjanje onečišćujućih tvari, što rezultira izvanrednom učinkovitošću pročišćavanja: u pogledu zamućenosti, efluent izravne filtracije ostao je stabilan na 0,01 NTU, postižući stopu uklanjanja od 98%; u kombiniranom procesu, filtar s keramičkim granulama prvo je zadržao 11% suspendiranih čestica, smanjivši zamućenost efluenta s 1,35 NTU na 1,20 NTU, dok je konačni efluent iz keramičke membrane ostao na 0,01 NTU, postigavši ukupnu stopu uklanjanja veću od 99% i značajno smanjivši opterećenje zadržavanja membrane. Što se tiče otopljene organske tvari, pojedinačne keramičke membrane postigle su stope uklanjanja od samo 14,2% za DOC i manje od 10% za UV₂5₄. Keramzitni filtar, oslanjajući se na degradaciju biofilma, postigao je stope uklanjanja od 22,3% odnosno 15% za ova dva pokazatelja, povećavajući ukupnu stopu uklanjanja DOC-a kombiniranog procesa na 29,1%, gotovo dvostruko više od izravne filtracije. Uklanjanje dušika iz amonijaka ključna je prednost. Četvrtog dana nakon pričvršćivanja membrane, sustav nitrifikacije je sazrio, a dušik iz amonijaka u efluentu iz keramzitnog filtra ostao je dosljedno ispod 0,01 mg/L, sa stopom uklanjanja koja se približavala 100%. Povećanje nitratnog dušika odgovaralo je smanjenju amonijačnog dušika, potvrđujući da je nitrifikacija dominantan proces uklanjanja. Keramička membrana nije omogućila dodatno uklanjanje dušika iz amonijaka, održavajući koncentraciju efluenta od 0,01 mg/L, čime su kompenzirani nedostaci procesa s jednom -membranom. Što se tiče fluorescentne organske tvari, tijekom stabilnog rada keramzitni filtar smanjio je intenzitet fluorescencije aromatskih proteina, huminskih kiselina i fulvokiselina, uz samo blagi porast zbog nakupljanja mikrobnih metabolita. Keramička membrana dodatno je zadržala ostatke velike-molekule organske tvari, pokazujući osobito značajne učinke uklanjanja mikrobnih metabolita, postižući duboko pročišćavanje.
III. Karakteristike onečišćenja membrane
Nepovratna transmembranska razlika tlaka kombiniranog procesa povećala se samo s 4,5 kPa na 8 kPa, što je značajno smanjenje u usporedbi s 26 kPa izravne filtracije, smanjujući povećanje ukupne otpornosti membrane na onečišćenje za 50%. Površinski kontaminanti membrane bili su uglavnom topljivi mikrobni metaboliti i aromatski proteini, s hidrofilnom organskom tvari niske-molekularne-težine koja je činila 86.3%. Kontaminanti unutar pora membrane dodatno su uključivali fulvinske kiseline, s prosječnom molekularnom težinom od 33,1 kDa, pokazujući jasne karakteristike kompleksnog onečišćenja.
IV. Zaključak
Ovaj kombinirani proces, kroz sinergistički učinak biorazgradnje i fizičkog prosijavanja, ne samo da poboljšava uklanjanje amonijačnog dušika i organske tvari, već također učinkovito inhibira nepovratno onečišćenje membrane, pružajući novi tehnički put za primjenu keramičkih membrana u pročišćavanju vode za piće.
