Biến đổi khí hậu đang tác động sâu sắc đến hàm lượng và đặc tính của NOM trong nước mặt thông qua nhiều cơ chế phức tạp khác nhau, khiến NOM trở thành chất gây ô nhiễm cốt lõi trong xử lý nước uống. Nguồn nước-NOM cao thường có màu sắc cao và DOC cao (liều lượng trên một đơn vị diện tích). NOM không chỉ gây ra các vấn đề về màu sắc và mùi hôi trong các vùng nước mà còn phản ứng với các chất khử trùng để tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư.
Các quy trình xử lý nước uống truyền thống đã hạn chế hiệu quả loại bỏ NOM, trong khi các quy trình xử lý màng hữu cơ thông thường lại gặp phải những hạn chế như dễ bị bám bẩn và khả năng chống ăn mòn kém. Màng gốm kết hợp với quá trình đông tụ mang đến một giải pháp cải tiến,-tiêu thụ năng lượng-thấp, nhỏ gọn và có độ ổn định cao để lọc nước bề mặt có-NOM cao.
Ba phương pháp tiền xử lý: Từ truyền thống đến nhỏ gọn tối ưu
Một nhóm nghiên cứu Châu Âu đã thiết kế và so sánh ba mô hình tiền xử lý keo tụ và keo tụ, đạt được sự tối ưu hóa liên tục của quy trình trong khi vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý:
1. Quá trình đông tụ/kết bông bể chứa hai-truyền thống
Là chế độ xử lý cổ điển, quy trình này sử dụng thiết kế phản ứng hai{0}}giai đoạn: bể trộn nhanh và bể keo tụ chậm. Nước thô và chất keo tụ được trộn kỹ trong bể trộn nhanh trước khi vào bể keo tụ để hoàn thành quá trình phát triển keo tụ, với tổng thời gian lưu thủy lực (HRT) là 21 phút. Chế độ này cung cấp phản ứng triệt để nhưng đòi hỏi diện tích lớn và chi phí xây dựng cao.
2. Chế độ trộn nhanh
Chế độ này đơn giản hóa quy trình xử lý, loại bỏ bể keo tụ chậm và chỉ giữ lại bộ phận trộn nhanh. Chất keo tụ và nước thô được trộn lẫn và trực tiếp đi vào mô-đun màng, giảm thời gian lưu thủy lực xuống còn 7 phút. Trong khi duy trì hiệu quả điều trị cơ bản, nó đơn giản hóa đáng kể việc cấu hình thiết bị.
3. Chế độ keo tụ hình ống trực tuyến
Đây là giải pháp nhỏ gọn sáng tạo nhất trong nghiên cứu này. Quy trình xử lý như sau: nước thô + chất keo tụ → trộn bơm cấp màng → chất keo tụ dạng ống → màng gốm → thấm. Không có bể phản ứng trong suốt quá trình; trộn và keo tụ được hoàn thành thông qua đường ống. Thời gian lưu thủy lực (HRT) chỉ là 45 giây và giá trị G-được kiểm soát ở mức 330 s⁻¹. Nó có dấu chân nhỏ nhất trong số ba chế độ.
Thông số cốt lõi: Hỗ trợ phần cứng màng gốm
Thí nghiệm đã sử dụng màng gốm, nhờ đặc tính kháng hóa chất và độ bền cơ học cao của vật liệu vô cơ, màng này đã trở thành phần cứng hỗ trợ cốt lõi cho quá trình vận hành ổn định.
Kết quả thử nghiệm:-Loại bỏ hiệu quả cao + Thấp-Ưu điểm kép về ô nhiễm
Nghiên cứu đã sử dụng DOC, màu sắc và UV₂₅₄ làm chỉ số đánh giá NOM và chênh lệch áp suất xuyên màng (TMP) làm chỉ số đánh giá tắc nghẽn màng, tối ưu hóa loại, liều lượng và giá trị pH của chất đông tụ.
Thí nghiệm đã so sánh polyalumin clorua và sắt clorua và kết quả khá rõ ràng:
Loại bỏ DOC:
Muối nhôm đạt tỷ lệ loại bỏ 50% -85% ở pH 5,5, tăng dần khi tăng liều lượng.
Muối sắt đạt tỷ lệ loại bỏ tối đa 87% ở pH 4,5 và 10 mg/L.
Loại bỏ màu:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Muối sắt được loại bỏ tối ưu ở pH 5,0, cần 6... Để đạt được kết quả tương đương cần nồng độ trên mg/L.
Một phát hiện quan trọng của nghiên cứu này là nhiều chất keo tụ hơn không nhất thiết là tốt hơn.
Ở mức 2 mg/L muối nhôm: trung hòa điện tích không đủ, tạo bông nhỏ và dễ làm tắc nghẽn các lỗ màng.
Ở mức 5 mg/L muối nhôm: quá trình ổn định điện tích có thể xảy ra hoặc tải trọng bề mặt màng có thể quá cao.
Ở mức 3 mg/L muối nhôm: độ bám bẩn màng thấp nhất, hoạt động ổn định nhất.
Điều này có nghĩa là việc tối ưu hóa liều lượng quan trọng hơn việc tăng liều lượng một cách mù quáng.
Về vấn đề tắc nghẽn màng, nó thể hiện sự ổn định cực kỳ mạnh mẽ, với tỷ lệ tắc nghẽn màng rất thấp và không thể đảo ngược. Với liều lượng muối nhôm là 3 mg Al/L, tốc độ làm tắc nghẽn màng đạt đến mức tối ưu, với mức tăng áp suất trong một chu kỳ- chỉ khoảng 40 mbar. Kết hợp với việc rửa ngược thường xuyên, có thể duy trì-hoạt động ổn định lâu dài.
Điều đáng chú ý là nồng độ kim loại dư trong nước thải là chỉ số giới hạn cốt lõi cho hoạt động của quy trình. Trong phạm vi pH tối ưu là 4,5–5,5 để loại bỏ NOM, nồng độ dư lượng của nhôm và sắt dễ dàng vượt quá 150 ug/L (giới hạn đối với nhôm trong "Tiêu chuẩn về chất lượng nước uống GB5749-2022" là 200 ug/L và đối với sắt là 300 ug/L). Trong kỹ thuật thực tế, cần phải cân bằng giá trị pH và liều lượng chất keo tụ, có tính đến cả hiệu quả loại bỏ và độ an toàn của nước thải.
Chế độ keo tụ hình ống trực tuyến là lựa chọn ưu tiên
So sánh ba chế độ tiền xử lý cho thấy:
Tỷ lệ loại bỏ màu và DOC đều ở mức khoảng 80%, với sự khác biệt không đáng kể.
Tỷ lệ tắc nghẽn màng không thể đảo ngược là tương tự (0,06–0,10 mbar/h).
Độ đục của nước thải luôn duy trì ở mức dưới 0,1 NTU.
Ba chế độ cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về hiệu quả loại bỏ NOM, nhưng chế độ keo tụ dạng ống trực tuyến, với thời gian lưu thủy lực cực ngắn là 45 giây và thiết kế tối giản không có bể phản ứng, đã trở thành lựa chọn tối ưu.
Nghiên cứu này xác nhận rằng quy trình keo tụ-kết tụ + màng gốm hoàn toàn có thể áp dụng cho nhu cầu lọc nước bề mặt có NOM cao (Hàm lượng oxy thông thường): liều lượng chất keo tụ thấp giúp đạt được quy trình xử lý phù hợp; màng gốm có thể giặt được và có tuổi thọ cao; và mức tiêu thụ năng lượng vận hành của nó thấp hơn nhiều so với các quy trình truyền thống. Chế độ keo tụ dạng ống trực tuyến phá vỡ giới hạn về diện tích lớn vốn có trong các quy trình xử lý nước truyền thống, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc xây dựng các nhà máy nước uống thông minh, nhỏ gọn.
Phần kết luận
Đối mặt với các tiêu chuẩn chất lượng nước uống ngày càng nghiêm ngặt và những thách thức về ô nhiễm nguồn nước,-quy trình tiền xử lý màng gốm đông tụ cân bằng hiệu quả xử lý với việc giảm chi phí xây dựng dân dụng. Với ưu điểm cốt lõi là loại bỏ-hiệu quả cao, ô nhiễm thấp, thiết kế nhỏ gọn và tiêu thụ năng lượng thấp, nó cung cấp một cách tiếp cận mới cho các nhà máy nước xử lý các nguồn nước có hàm lượng-hữu cơ{4}}cao (chẳng hạn như nước hồ chứa ở phía Nam và một số nước sông ở phía Bắc).
