تغییرات آب و هوایی عمیقاً بر محتوا و ویژگی های NOM در آب های سطحی از طریق مکانیسم های پیچیده مختلف تأثیر می گذارد و NOM را به یک آلاینده اصلی در تصفیه آب آشامیدنی تبدیل می کند. منابع آب NOM بالا معمولاً رنگ بالا و DOC بالا (دوز در واحد سطح) را نشان می دهند. NOM نه تنها باعث ایجاد مشکلات رنگ و بو در بدنه های آبی می شود، بلکه با مواد ضدعفونی کننده واکنش نشان می دهد و محصولات جانبی سرطان زا تولید می کند.
فرآیندهای سنتی تصفیه آب آشامیدنی دارای راندمان حذف NOM محدودی هستند، در حالی که فرآیندهای غشایی آلی معمولی از اشکالاتی مانند حساسیت به رسوب و مقاومت ضعیف در برابر خوردگی رنج می برند. غشای سرامیکی همراه با انعقاد یک راه حل خلاقانه،{1}}کم انرژی-، فشرده، و بسیار پایدار برای تصفیه آب های سطحی-NOM بالا ارائه می دهد.
سه روش پیش تصفیه: از فشردگی سنتی تا نهایی
یک تیم تحقیقاتی اروپایی سه مدل را برای پیش تیمار انعقاد و لخته سازی طراحی و مقایسه کرد و به بهینه سازی مداوم جریان فرآیند دست یافت و در عین حال از اثربخشی درمان اطمینان حاصل کرد:
1. دو{1}}انعقاد/لختهسازی مخزن سنتی
به عنوان یک حالت درمان کلاسیک، این فرآیند از یک طراحی واکنش دو مرحلهای استفاده میکند: یک مخزن اختلاط سریع و یک مخزن لختهسازی آهسته. آب خام و ماده منعقد کننده قبل از ورود به مخزن لخته سازی به طور کامل در مخزن اختلاط سریع مخلوط می شوند تا رشد لخته کامل شود، با زمان کل نگهداری هیدرولیک (HRT) 21 دقیقه. این حالت یک واکنش کامل را ارائه می دهد اما نیاز به ردپای زیادی دارد و هزینه ساخت بالایی دارد.
2. حالت اختلاط سریع
این حالت جریان فرآیند را ساده می کند، مخزن لخته سازی کند را حذف می کند و تنها واحد اختلاط سریع را حفظ می کند. منعقد کننده و آب خام مخلوط می شوند و مستقیماً وارد ماژول غشا می شوند و زمان ماند هیدرولیک را به 7 دقیقه کاهش می دهند. در حالی که اثربخشی درمان اساسی را حفظ می کند، پیکربندی تجهیزات را به طور قابل توجهی ساده می کند.
3. حالت فلوکولاسیون لوله ای آنلاین
این نوآورانه ترین راه حل فشرده در این مطالعه است. جریان فرآیند به شرح زیر است: آب خام + منعقد کننده ← اختلاط پمپ خوراک غشایی ← لخته ساز لوله ای → غشای سرامیکی → تراوش. هیچ مخزن واکنشی در طول فرآیند وجود ندارد. اختلاط و لخته سازی از طریق خطوط لوله انجام می شود. زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) تنها 45 ثانیه است و مقدار G{5}}در 330 ثانیه-1 کنترل می شود. در بین سه حالت، کمترین ردپایی را دارد.
پارامترهای اصلی: پشتیبانی از سخت افزار غشای سرامیکی
در این آزمایش از یک غشای سرامیکی استفاده شد که به دلیل خواص مواد معدنی مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی بالا، به پشتیبان سخت افزاری اصلی برای عملیات پایدار فرآیند تبدیل شد.
نتایج تجربی:-حذف راندمان بالا + پایین-مزایای دوگانه آلودگی
این مطالعه از DOC، رنگ و UV254 به عنوان شاخص های ارزیابی NOM و اختلاف فشار گذرنده (TMP) به عنوان شاخص ارزیابی رسوب غشایی استفاده کرد که نوع، دوز و مقدار pH منعقد کننده ها را بهینه کرد.
این آزمایش پلی آلومینیوم کلرید و کلرید آهن را مقایسه کرد و نتایج کاملا روشنگر بود:
حذف DOC:
نمک های آلومینیوم در pH 5.5 به میزان حذف 50 تا 85 درصد دست یافتند که با افزایش دوز افزایش می یابد.
نمک های آهن در pH 4.5 و 10 میلی گرم در لیتر به حداکثر میزان حذف 87 درصد دست یافتند.
حذف رنگ:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
نمک های آهن به طور مطلوب در pH 5.0 حذف شدند، نیاز به 6 ... دستیابی به نتایج معادل نیاز به غلظت های بالاتر از میلی گرم در لیتر دارد.
یک یافته کلیدی این مطالعه این است که منعقد بیشتر لزوما بهتر نیست.
نمک آلومینیوم 2 میلی گرم در لیتر: خنثی سازی ناکافی بار، لخته های کوچک و مسدود شدن آسان منافذ غشا.
در نمک آلومینیوم 5 میلی گرم در لیتر: تثبیت مجدد بار ممکن است رخ دهد، یا بار سطح غشاء ممکن است خیلی زیاد باشد.
در نمک آلومینیوم 3 میلی گرم در لیتر: رسوب غشاء کمترین میزان است و عملکرد پایدارترین است.
این بدان معنی است که بهینه سازی دوز مهم تر از افزایش کورکورانه آن است.
در مورد رسوب غشایی، پایداری بسیار قوی با رسوب غشایی غیرقابل برگشت بسیار کم از خود نشان می دهد. در دوز نمک آلومینیوم 3 میلیگرم Al/L، میزان رسوب غشاء به حد مطلوبی میرسد، با یک چرخه افزایش فشار تنها حدود 40 میلیبار. همراه با شستشوی معکوس معمولی، میتوان عملکرد پایدار درازمدت- را حفظ کرد.
شایان ذکر است که غلظت فلز باقیمانده در پساب یک شاخص محدود کننده هسته برای عملیات فرآیند است. در محدوده pH بهینه 4.5-5.5 برای حذف NOM، غلظت باقیمانده آلومینیوم و آهن به راحتی از 150 میکروگرم در لیتر فراتر می رود (محدودیت آلومینیوم در "استانداردهای کیفیت آب آشامیدنی GB5749-2022" 200 میکروگرم در لیتر و برای آهن، 300 میکروگرم در لیتر است). در مهندسی عملی، تعادل مقدار pH و دوز منعقد کننده، با در نظر گرفتن راندمان حذف و ایمنی پساب ضروری است.
حالت لخته سازی لوله ای آنلاین گزینه ارجح است
مقایسه سه حالت پیش تصفیه نشان داد:
نرخ حذف رنگ و DOC هر دو حدود 80٪ بود، با تفاوت های ناچیز.
نرخ رسوب غیر قابل برگشت غشاء مشابه بود (0.06-0.10 میلی بار در ساعت).
کدورت پساب به طور مداوم زیر 0.1 NTU باقی مانده است.
این سه حالت تفاوت معنیداری در راندمان حذف NOM نشان ندادند، اما حالت لختهسازی لولهای آنلاین، با زمان نگهداری هیدرولیکی فوقالعاده کوتاه 45 ثانیهای و طراحی مینیمالیستی بدون مخزن واکنش، انتخاب بهینه شد.
این مطالعه تأیید میکند که فرآیند انعقاد{0}}لختهسازی + غشای سرامیکی به طور کامل برای نیازهای تصفیه آبهای سطحی با NOM (معمولاً محتوای اکسیژن) بالا قابل استفاده است: دوز کم منعقدکننده به درمان سازگار دست مییابد. غشای سرامیکی قابل شستشو است و طول عمر بالایی دارد. و مصرف انرژی عملیاتی آن به مراتب کمتر از فرآیندهای سنتی است. حالت لخته سازی لوله ای آنلاین محدودیت ردپای بزرگ ذاتی در فرآیندهای تصفیه آب سنتی را می شکند و پشتیبانی فنی برای ساخت کارخانه های آب آشامیدنی فشرده و هوشمند ارائه می دهد.
نتیجه گیری
در مواجهه با استانداردهای سختگیرانه کیفیت آب آشامیدنی و چالش های آلودگی آب منبع، فرآیند پیش تصفیه غشای سرامیکی{0}}انعقاد، اثربخشی تصفیه را با کاهش هزینه های مهندسی عمران متعادل می کند. با مزایای اصلی خود در حذف راندمان بالا، آلودگی کم، طراحی فشرده و مصرف کم انرژی، رویکرد جدیدی را برای نیروگاههای آبی که با منابع آبی با محتوای آلی بالا (مانند آب مخزن در جنوب و مقداری آب رودخانه در شمال) سروکار دارند، ارائه میکند.