Gần đây, một công ty Trung Quốc hợp tác với các đối tác của mình đã phát triển một quy trình mới kết hợp tiền xử lý sinh học và ứng dụng màng gốm. Bộ lọc sinh học ceramsite sử dụng vi sinh vật để loại bỏ chất hữu cơ và nitơ amoniac khỏi nước, trong khi màng gốm tiếp tục loại bỏ vi sinh vật, độ đục và chất rắn lơ lửng, đạt được khả năng tách chất lỏng-rắn hiệu quả. Hai thành phần hoạt động cùng nhau, mỗi thành phần thực hiện chức năng cụ thể của nó.
I. Tổng quan về quy trình
Quy trình kết hợp này sử dụng một dòng sông bị ô nhiễm nhẹ làm ví dụ, xây dựng quy trình kết hợp màng gốm tấm phẳng lọc sinh học ceramsite dòng chảy ngược. Độ đục của nước thô là 0,5~3,2 NTU, DOC 2,1~4,0 mg/L và nitơ amoniac nền ≈0 mg/L. Trong thí nghiệm, amoni clorua đã được thêm vào để nâng nitơ amoniac lên 1,5 ~ 2,0 mg/L để mô phỏng ô nhiễm. Sử dụng 8-hạt gốm 10 mm làm vật liệu lọc, màng gốm tấm phẳng -Al₂O₃ có diện tích lọc hiệu quả là 0,0196 mét vuông. Hệ thống hoạt động ở dòng 40 LMH và chu kỳ lọc 2 giờ, với màng lọc gốm trực tiếp đóng vai trò kiểm soát.
II. Hiệu quả lọc nước
Quá trình kết hợp đạt được khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm theo từng cấp độ, mang lại hiệu quả lọc vượt trội: Về độ đục, nước thải lọc trực tiếp vẫn ổn định ở mức 0,01 NTU, đạt tỷ lệ loại bỏ 98%; Trong quy trình kết hợp, bộ lọc hạt gốm trước tiên giữ lại 11% hạt lơ lửng, giảm độ đục của nước thải từ 1,35 NTU xuống 1,20 NTU, trong khi nước thải cuối cùng từ màng gốm vẫn ở mức 0,01 NTU, đạt tổng tỷ lệ loại bỏ vượt quá 99% và giảm đáng kể tải trọng lưu giữ của màng. Về chất hữu cơ hòa tan, màng gốm đơn lẻ đạt tỷ lệ loại bỏ chỉ 14,2% đối với DOC và dưới 10% đối với UV₂₅₄. Bộ lọc ceramsite, dựa vào sự phân hủy màng sinh học, đã đạt được tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 22,3% và 15% đối với hai chỉ số này, nâng tỷ lệ loại bỏ DOC tổng thể của quy trình kết hợp lên 29,1%, gần gấp đôi so với lọc trực tiếp. Loại bỏ nitơ amoniac là một lợi thế cốt lõi. Vào ngày thứ tư sau khi gắn màng, hệ thống nitrat hóa đã hoàn thiện và nitơ amoniac trong nước thải từ bộ lọc ceramsite vẫn duy trì ở mức ổn định dưới 0,01 mg/L, với tỷ lệ loại bỏ đạt gần 100%. Sự gia tăng nitơ nitrat phù hợp với sự giảm nitơ amoniac, xác nhận rằng quá trình nitrat hóa là quá trình loại bỏ chủ yếu. Màng gốm không cung cấp thêm khả năng loại bỏ nitơ amoniac, duy trì nồng độ nước thải là 0,01 mg/L, do đó bù đắp cho những thiếu sót của quy trình{21}màng đơn. Về chất hữu cơ huỳnh quang, trong quá trình hoạt động ổn định, bộ lọc ceramsite làm giảm cường độ huỳnh quang của protein thơm, axit humic và axit fulvic, chỉ tăng nhẹ do sự tích tụ các chất chuyển hóa của vi sinh vật. Màng gốm tiếp tục giữ lại chất hữu cơ phân tử lớn còn sót lại, cho thấy hiệu quả loại bỏ đặc biệt đáng kể đối với các chất chuyển hóa của vi sinh vật, đạt được khả năng thanh lọc sâu.
III. Đặc tính bám bẩn màng
Chênh lệch áp suất xuyên màng không thể đảo ngược của quá trình kết hợp chỉ tăng từ 4,5 kPa lên 8 kPa, giảm đáng kể so với 26 kPa của lọc trực tiếp, thu hẹp mức tăng tổng khả năng chống tắc nghẽn màng tới 50%. Các chất gây ô nhiễm bề mặt màng chủ yếu là các chất chuyển hóa hòa tan của vi sinh vật và protein thơm, với chất hữu cơ ưa nước có trọng lượng phân tử thấp{6}} chiếm 86.3%. Các chất gây ô nhiễm trong lỗ màng còn bao gồm axit fulvic, với trọng lượng phân tử trung bình là 33,1 kDa, thể hiện đặc điểm rõ ràng của sự bám bẩn phức tạp.
IV. Phần kết luận
Quá trình kết hợp này, thông qua tác động tổng hợp của phân hủy sinh học và sàng lọc vật lý, không chỉ tăng cường loại bỏ nitơ amoniac và chất hữu cơ mà còn ức chế hiệu quả sự tắc nghẽn màng không thể đảo ngược, cung cấp một lộ trình kỹ thuật mới cho ứng dụng màng gốm trong xử lý nước uống.
