Onlangs heeft een Chinees bedrijf in samenwerking met zijn partners een nieuw proces ontwikkeld dat biologische voorbehandeling en toepassing van keramische membranen combineert. Het biologische filter van cerasiet maakt gebruik van micro-organismen om organisch materiaal en ammoniakstikstof uit het water te verwijderen, terwijl het keramische membraan micro-organismen, troebelheid en zwevende stoffen verder verwijdert, waardoor een efficiënte scheiding van vaste- vloeistoffen wordt bereikt. De twee componenten werken samen en vervullen elk hun specifieke functie.
I. Procesoverzicht
Bij dit gecombineerde proces wordt als voorbeeld een licht vervuilde rivier gebruikt, waarbij een gecombineerd proces met een opwaarts stromend ceramsiet biologisch filter-keramisch membraan met vlakke plaat wordt gebouwd. De troebelheid van het onbehandelde water was 0,5~3,2 NTU, DOC 2,1~4,0 mg/l en achtergrondammoniakstikstof ≈0 mg/l. In het experiment werd ammoniumchloride toegevoegd om de ammoniakstikstof te verhogen tot 1,5-2,0 mg/l om vervuiling te simuleren. Met behulp van keramische korrels van 8-10 mm als filtermedium had het -Al₂O₃ keramische vlakke plaatmembraan een effectief filtratieoppervlak van 0,0196 m². Het systeem werkte bij een flux van 40 LMH en een filtratiecyclus van 2 uur, waarbij directe keramische membraanfiltratie als controle diende.
II. Efficiëntie van waterzuivering
Het gecombineerde proces zorgt voor gefaseerde verwijdering van verontreinigende stoffen, wat resulteert in een uitstekende zuiveringsefficiëntie: in termen van troebelheid bleef het directe filtratie-effluent stabiel op 0,01 NTU, waardoor een verwijderingspercentage van 98% werd bereikt; In het gecombineerde proces hield het keramische korrelfilter eerst 11% van de gesuspendeerde deeltjes tegen, waardoor de troebelheid van het effluent daalde van 1,35 NTU naar 1,20 NTU, terwijl het uiteindelijke effluent van het keramische membraan op 0,01 NTU bleef, waardoor een totale verwijderingssnelheid van meer dan 99% werd bereikt en de retentiebelasting van het membraan aanzienlijk werd verminderd. Wat betreft opgelost organisch materiaal bereikten afzonderlijke keramische membranen een verwijderingspercentage van slechts 14,2% voor DOC en minder dan 10% voor UV₂₅₄. Het ceramsietfilter, dat gebruik maakte van de afbraak van biofilms, behaalde verwijderingspercentages van respectievelijk 22,3% en 15% voor deze twee indicatoren, waardoor het totale DOC-verwijderingspercentage van het gecombineerde proces opliep tot 29,1%, bijna het dubbele van dat van directe filtratie. Verwijdering van ammoniakstikstof is een belangrijk voordeel. Op de vierde dag na de membraanbevestiging was het nitrificatiesysteem volwassen geworden en bleef de ammoniakstikstof in het effluent van het ceramsietfilter consistent onder de 0,01 mg/l, met een verwijderingspercentage dat de 100% benaderde. De toename van nitraatstikstof kwam overeen met de afname van ammoniakstikstof, wat bevestigt dat nitrificatie het dominante verwijderingsproces was. Het keramische membraan zorgde niet voor extra verwijdering van ammoniakstikstof, waardoor een effluentconcentratie van 0,01 mg/l werd gehandhaafd, waardoor de tekortkomingen van processen met enkelvoudige membranen werden gecompenseerd. Wat fluorescerend organisch materiaal betreft, verminderde het ceramsietfilter tijdens stabiele werking de fluorescentie-intensiteit van aromatische eiwitten, humuszuren en fulvinezuren, met slechts een lichte toename als gevolg van de accumulatie van microbiële metabolieten. Het keramische membraan hield verder het resterende organische materiaal van grote moleculen vast, wat bijzonder significante verwijderingseffecten op microbiële metabolieten vertoonde, waardoor een diepe zuivering werd bereikt.
III. Kenmerken van membraanvervuiling
Het onomkeerbare transmembraandrukverschil van het gecombineerde proces nam slechts toe van 4,5 kPa naar 8 kPa, een significante reductie vergeleken met de 26 kPa van directe filtratie, waardoor de toename van de totale weerstand tegen membraanvervuiling met 50% werd verkleind. Verontreinigingen op het membraanoppervlak waren hoofdzakelijk oplosbare microbiële metabolieten en aromatische eiwitten, waarbij hydrofiel organisch materiaal met een laag-gewicht-gewicht verantwoordelijk was voor 86.3%. Verontreinigingen in de membraanporiën omvatten bovendien fulvinezuren, met een gemiddeld molecuulgewicht van 33,1 kDa, die duidelijke kenmerken van complexe vervuiling vertoonden.
IV. Conclusie
Dit gecombineerde proces verbetert, door het synergetische effect van biologische afbraak en fysiek zeven, niet alleen de verwijdering van ammoniakstikstof en organisch materiaal, maar remt ook effectief onomkeerbare membraanvervuiling, waardoor een nieuw technisch traject wordt geboden voor de toepassing van keramische membranen bij de drinkwaterbehandeling.
