Recentment, una empresa xinesa en col·laboració amb els seus socis, ha desenvolupat un nou procés que combina el pretractament biològic i l'aplicació de membranes ceràmiques. El filtre biològic de ceramsite utilitza microorganismes per eliminar la matèria orgànica i el nitrogen amoníac de l'aigua, mentre que la membrana ceràmica elimina encara més els microorganismes, la terbolesa i els sòlids en suspensió, aconseguint una separació eficient de sòlids-líquids. Els dos components treballen conjuntament, cadascun complint la seva funció específica.
I. Visió general del procés
Aquest procés combinat utilitza un riu lleugerament contaminat com a exemple, construint un procés combinat de filtre biològic de ceramsite de flux amunt-placa plana de membrana ceràmica. La terbolesa de l'aigua bruta era de 0,5 ~ 3,2 NTU, DOC de 2,1 ~ 4,0 mg/L i nitrogen d'amoníac de fons ≈0 mg/L. A l'experiment, es va afegir clorur d'amoni per augmentar el nitrogen d'amoníac a 1,5 ~ 2,0 mg/L per simular la contaminació. Utilitzant grànuls ceràmics de 8-10 mm com a mitjà de filtre, la membrana ceràmica plana -Al₂O₃ tenia una àrea de filtració efectiva de 0,0196 m². El sistema funcionava a un flux de 40 LMH i un cicle de filtració de 2 h, amb la filtració directa de membrana ceràmica com a control.
II. Eficiència de purificació d'aigua
El procés combinat aconsegueix l'eliminació escalonada de contaminants, donant lloc a una eficiència de purificació excepcional: en termes de terbolesa, l'efluent de filtració directa es va mantenir estable a 0,01 NTU, aconseguint una taxa d'eliminació del 98%; En el procés combinat, el filtre de grànuls ceràmics va retenir primer l'11% de les partícules en suspensió, reduint la terbolesa de l'efluent d'1,35 NTU a 1,20 NTU, mentre que l'efluent final de la membrana ceràmica es va mantenir en 0,01 NTU, aconseguint una taxa d'eliminació total superior al 99% i reduint significativament la càrrega de retenció de la membrana. Pel que fa a la matèria orgànica dissolta, les membranes ceràmiques individuals van aconseguir taxes d'eliminació de només un 14,2% per a DOC i inferiors al 10% per a UV₂₅₄. El filtre de ceramsita, que es basa en la degradació del biofilm, va aconseguir taxes d'eliminació del 22,3% i del 15% per a aquests dos indicadors, respectivament, augmentant la taxa d'eliminació global de DOC del procés combinat fins al 29,1%, gairebé el doble que la de la filtració directa. L'eliminació del nitrogen d'amoníac és un avantatge bàsic. El quart dia després de la fixació de la membrana, el sistema de nitrificació va madurar i el nitrogen d'amoníac a l'efluent del filtre de ceramsite es va mantenir constantment per sota de 0, 01 mg/L, amb una taxa d'eliminació que s'aproximava al 100%. L'augment del nitrogen nitrat va coincidir amb la disminució del nitrogen d'amoníac, confirmant que la nitrificació era el procés d'eliminació dominant. La membrana ceràmica no va proporcionar una eliminació addicional de nitrogen d'amoníac, mantenint una concentració d'efluents de 0,01 mg/L, compensant així les deficiències dels processos de membrana única. Pel que fa a la matèria orgànica fluorescent, durant el funcionament estable, el filtre de ceramsita va reduir la intensitat de fluorescència de proteïnes aromàtiques, àcids húmics i àcids fúlvics, amb només un lleuger augment a causa de l'acumulació de metabòlits microbians. La membrana ceràmica va retenir encara més la matèria orgànica de molècules grans-residuals, mostrant efectes d'eliminació especialment significatius sobre els metabòlits microbians, aconseguint una purificació profunda.
III. Característiques d'incrustació de la membrana
La diferència de pressió transmembrana irreversible del procés combinat només va augmentar de 4,5 kPa a 8 kPa, una reducció significativa en comparació amb els 26 kPa de filtració directa, reduint l'augment de la resistència total a l'encrassement de la membrana en un 50%. Els contaminants de la superfície de la membrana eren principalment metabòlits microbians solubles i proteïnes aromàtiques, i la matèria orgànica hidrofílica de baix pes-molecular- representava el 86.3%. Els contaminants dins dels porus de la membrana també incloïen àcids fúlvics, amb un pes molecular mitjà de 33,1 kDa, que presentaven característiques clares d'encrassement complex.
IV. Conclusió
Aquest procés combinat, a través de l'efecte sinèrgic de la biodegradació i el tamisat físic, no només millora l'eliminació del nitrogen amoníac i la matèria orgànica, sinó que també inhibeix eficaçment l'encrassement irreversible de la membrana, proporcionant una nova via tècnica per a l'aplicació de membranes ceràmiques en el tractament d'aigua potable.
