Kürzlich hat ein chinesisches Unternehmen in Zusammenarbeit mit seinen Partnern ein neues Verfahren entwickelt, das biologische Vorbehandlung und keramische Membrananwendung kombiniert. Der biologische Ceramsite-Filter nutzt Mikroorganismen, um organische Stoffe und Ammoniakstickstoff aus dem Wasser zu entfernen, während die Keramikmembran zusätzlich Mikroorganismen, Trübungen und suspendierte Feststoffe entfernt und so eine effiziente Fest-{1}}Flüssigkeitstrennung erreicht. Die beiden Komponenten arbeiten zusammen und erfüllen jeweils ihre spezifische Funktion.
I. Prozessübersicht
Dieser kombinierte Prozess nutzt als Beispiel einen leicht verschmutzten Fluss und baut einen kombinierten Aufwärtsstrom-Ceramsit-Biofilter-Flachplatten-Keramikmembran auf. Die Trübung des Rohwassers betrug 0,5–3,2 NTU, der DOC 2,1–4,0 mg/L und der Hintergrund-Ammoniakstickstoff ≈0 mg/L. Im Experiment wurde Ammoniumchlorid zugesetzt, um den Ammoniakstickstoff auf 1,5–2,0 mg/L zu erhöhen und so eine Verschmutzung zu simulieren. Unter Verwendung von 8-10 mm großen Keramikkörnchen als Filtermedium hatte die -Al₂O₃-Flachplatten-Keramikmembran eine effektive Filterfläche von 0,0196 m². Das System arbeitete mit einem Fluss von 40 LMH und einem Filtrationszyklus von 2 Stunden, wobei die direkte Keramikmembranfiltration als Kontrolle diente.
II. Effizienz der Wasserreinigung
Durch den kombinierten Prozess wird eine abgestufte Entfernung von Schadstoffen erreicht, was zu einer hervorragenden Reinigungseffizienz führt: In Bezug auf die Trübung blieb das Abwasser der Direktfiltration stabil bei 0,01 NTU und erreichte eine Entfernungsrate von 98 %; Im kombinierten Verfahren hielt der Keramikgranulatfilter zunächst 11 % der suspendierten Partikel zurück, wodurch die Trübung des Abwassers von 1,35 NTU auf 1,20 NTU reduziert wurde, während das endgültige Abwasser aus der Keramikmembran bei 0,01 NTU blieb, wodurch eine Gesamtentfernungsrate von über 99 % erreicht und die Rückhaltelast der Membran deutlich reduziert wurde. Bezüglich gelöster organischer Stoffe erreichten einzelne Keramikmembranen Entfernungsraten von nur 14,2 % für DOC und weniger als 10 % für UV₂₅₄. Der auf Biofilmabbau basierende Ceramsit-Filter erreichte bei diesen beiden Indikatoren Entfernungsraten von 22,3 % bzw. 15 %, wodurch sich die Gesamt-DOC-Entfernungsrate des kombinierten Prozesses auf 29,1 % erhöhte, fast doppelt so viel wie bei der Direktfiltration. Die Entfernung von Ammoniakstickstoff ist ein zentraler Vorteil. Am vierten Tag nach der Membranbefestigung war das Nitrifikationssystem ausgereift und der Ammoniakstickstoff im Abfluss aus dem Ceramsite-Filter blieb konstant unter 0,01 mg/L, wobei die Entfernungsrate nahezu 100 % betrug. Der Anstieg des Nitratstickstoffs ging mit dem Rückgang des Ammoniakstickstoffs einher und bestätigte, dass die Nitrifikation der vorherrschende Entfernungsprozess war. Die Keramikmembran ermöglichte keine zusätzliche Ammoniak-Stickstoff-Entfernung und hielt eine Abwasserkonzentration von 0,01 mg/l aufrecht, wodurch die Mängel von Einzelmembranprozessen ausgeglichen wurden. Was fluoreszierende organische Stoffe betrifft, so reduzierte der Blähtonfilter im stabilen Betrieb die Fluoreszenzintensität von aromatischen Proteinen, Huminsäuren und Fulvinsäuren, wobei aufgrund der Anreicherung mikrobieller Metaboliten nur ein geringfügiger Anstieg zu verzeichnen war. Die Keramikmembran hielt darüber hinaus restliche großmolekulare organische Stoffe zurück, was eine besonders signifikante Entfernungswirkung auf mikrobielle Metaboliten zeigte und eine Tiefenreinigung ermöglichte.
III. Eigenschaften der Membranverschmutzung
Die irreversible transmembrane Druckdifferenz des kombinierten Prozesses erhöhte sich nur von 4,5 kPa auf 8 kPa, was eine deutliche Reduzierung im Vergleich zu den 26 kPa der Direktfiltration darstellt und den Anstieg der gesamten Membranverschmutzungsbeständigkeit um 50 % verringerte. Bei den Membranoberflächenverunreinigungen handelte es sich hauptsächlich um lösliche mikrobielle Metaboliten und aromatische Proteine, wobei hydrophile organische Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht 86.3 % ausmachten. Zu den Verunreinigungen in den Membranporen gehörten außerdem Fulvosäuren mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 33,1 kDa, die klare Merkmale einer komplexen Verschmutzung aufwiesen.
IV. Abschluss
Dieser kombinierte Prozess verbessert durch den synergistischen Effekt von biologischem Abbau und physikalischer Siebung nicht nur die Entfernung von Ammoniakstickstoff und organischem Material, sondern hemmt auch wirksam irreversible Membranverschmutzungen und bietet so einen neuen technischen Weg für die Anwendung von Keramikmembranen in der Trinkwasseraufbereitung.
