Климатске промене дубоко утичу на садржај и карактеристике НОМ-а у површинским водама кроз различите сложене механизме, чинећи НОМ кључним загађивачем у третману воде за пиће. Висок-НОМ извори воде углавном показују високу боју и висок ДОЦ (дозе по јединици површине). НОМ не само да узрокује проблеме са бојом и мирисом у водним тијелима, већ и реагује са дезинфекционим средствима како би створио канцерогене нуспроизводе.
Традиционални процеси третмана воде за пиће имају ограничену ефикасност уклањања НОМ, док конвенционални процеси са органским мембранама пате од недостатака као што су подложност прљању и слаба отпорност на корозију. Керамичка мембрана у комбинацији са коагулацијом пружа иновативно, компактно и високо стабилно решење ниске-потрошње енергије- за пречишћавање површинске воде са високим{3}}НОМ.
Три методе претходног третмана: од традиционалне до крајње компактности
Европски истраживачки тим је дизајнирао и упоредио три модела за предтретман коагулацијом и флокулацијом, постижући континуирану оптимизацију тока процеса уз обезбеђивање ефикасности третмана:
1. Традиционална-коагулација/флокулација у два резервоара
Као класичан начин третмана, овај процес користи двостепени дизајн реакције: резервоар за брзо мешање и резервоар за спору флокулацију. Сирова вода и коагулант се темељно мешају у резервоару за брзо мешање пре него што уђу у резервоар за флокулацију да би се комплетирао раст флокула, са укупним хидрауличким временом задржавања (ХРТ) од 21 минут. Овај режим пружа темељну реакцију, али захтева велики отисак и има високе трошкове изградње.
2. Режим брзог мешања
Овај режим поједностављује ток процеса, елиминишући спори резервоар за флокулацију и задржавајући само јединицу за брзо мешање. Коагулант и сирова вода се мешају и директно улазе у мембрански модул, смањујући време хидрауличког задржавања на 7 минута. Одржавајући основну ефикасност третмана, значајно поједностављује конфигурацију опреме.
3. Онлине режим цевне флокулације
Ово је најиновативније компактно решење у овој студији. Ток процеса је следећи: сирова вода + коагулант → мешање мембранске пумпе за пуњење → цевасти флокулант → керамичка мембрана → пермеат. Нема реакционог резервоара током целог процеса; мешање и флокулација се завршавају преко цевовода. Време хидрауличног задржавања (ХРТ) је само 45 секунди, а Г-вредност се контролише на 330 с⁻¹. Има најмањи отисак међу три режима.
Основни параметри: хардверска подршка за керамичку мембрану
У експерименту је коришћена керамичка мембрана, која је, због својстава неорганског материјала хемијске отпорности и високе механичке чврстоће, постала основна хардверска подршка за стабилан рад процеса.
Експериментални резултати: висока-ефикасно уклањање + ниско-двоструке предности
Студија је користила ДОЦ, боју и УВ₂₅₄ као индикаторе за процену НОМ и разлику трансмембранског притиска (ТМП) као индикатор за процену загађивања мембране, оптимизујући тип, дозу и пХ вредност коагуланата.
Експеримент је упоредио полиалуминијум хлорид и гвожђе хлорид, а резултати су били прилично просветљујући:
Уклањање ДОЦ-а:
Алуминијумске соли су постигле брзину уклањања од 50% -85% на пХ 5,5, повећавајући се са повећањем дозе.
Соли гвожђа су постигле максималну брзину уклањања од 87% при пХ 4,5 и 10 мг/Л.
Уклањање боје:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Соли гвожђа су оптимално уклоњене при пХ 5,0, што захтева 6... За постизање еквивалентних резултата потребне су концентрације изнад мг/Л.
Кључни налаз студије је да више коагуланса није нужно и боље.
Са 2 мг/Л алуминијумске соли: недовољна неутрализација наелектрисања, мала кост и лако зачепљење поре на мембрани.
При 5 мг/Л соли алуминијума: може доћи до рестабилизације пуњења или површинско оптерећење мембране може бити превисоко.
Са 3 мг/Л алуминијумске соли: запрљаност мембране је најмања, а рад је најстабилнији.
То значи да је оптимизација дозе важнија од њеног слепо повећавања.
Што се тиче загађивања мембране, показује изузетно јаку стабилност, са врло малим неповратним запрљавањем мембране. При дози соли алуминијума од 3 мг Ал/Л, стопа загађивања мембране достиже оптималан ниво, са порастом притиска у једном- циклусу од само око 40 мбара. У комбинацији са редовним повратним испирањем, дуготрајно-може да се одржи стабилан рад.
Вреди напоменути да је концентрација заосталог метала у ефлуенту кључни ограничавајући индикатор за рад процеса. У оквиру оптималног пХ опсега од 4,5–5,5 за уклањање НОМ, резидуалне концентрације алуминијума и гвожђа лако прелазе 150 уг/Л (границе за алуминијум у „Стандардима за квалитет воде за пиће ГБ5749-2022“ су 200 уг/Л, а за гвожђе 300 уг/Л). У практичном инжењерингу, неопходно је балансирати пХ вредност и дозу коагуланта, узимајући у обзир и ефикасност уклањања и сигурност ефлуента.
Онлине режим цевасте флокулације је пожељна опција
Поређење три начина претходног третмана открило је:
Стопе уклањања боје и ДОЦ-а биле су око 80%, са занемарљивим разликама.
Стопе неповратног зарастања мембране биле су сличне (0,06–0,10 мбар/х).
Замућеност ефлуента је константно остала испод 0,1 НТУ.
Ова три режима нису показала значајну разлику у ефикасности уклањања НОМ-а, али је онлајн режим цевасте флокулације, са ултра-кратким хидрауличким временом задржавања од 45 секунди и минималистичким дизајном без реакционог резервоара, постао оптималан избор.
Ова студија потврђује да је процес коагулације-флокулације + керамичке мембране у потпуности применљив на потребе пречишћавања површинске воде са високим НОМ (нормалним садржајем кисеоника): ниском дозом коагуланта постиже се усклађен третман; керамичка мембрана је перива и има дуг животни век; а његова радна потрошња енергије је далеко нижа од традиционалних процеса. Режим цевасте флокулације на мрежи разбија ограничење великог отиска који је својствен традиционалним процесима пречишћавања воде, пружајући техничку подршку за изградњу компактних, интелигентних постројења за воду за пиће.
Закључак
Суочен са све строжијим стандардима квалитета воде за пиће и изазовима загађења изворишне воде, процес предтретмана коагулације-керамичке мембране балансира ефикасност третмана са смањеним трошковима грађевинарства. Са својим основним предностима високог-ефикасног уклањања, малог загађења, компактног дизајна и ниске потрошње енергије, он пружа нови приступ за постројења за воду која се баве изворима воде са високим-органским-садржајем (као што су воде из резервоара на југу и неке речне воде на северу).
