Recentemente, uma empresa chinesa, em colaboração com os seus parceiros, desenvolveu um novo processo que combina pré-tratamento biológico e aplicação de membrana cerâmica. O filtro biológico ceramsite utiliza microorganismos para remover matéria orgânica e nitrogênio amoniacal da água, enquanto a membrana cerâmica remove ainda mais microorganismos, turbidez e sólidos suspensos, alcançando uma separação eficiente de sólidos-líquidos. Os dois componentes trabalham juntos, cada um cumprindo sua função específica.
I. Visão Geral do Processo
Este processo combinado utiliza um rio levemente poluído como exemplo, construindo um processo combinado de filtro biológico de ceramsita de fluxo ascendente-com membrana cerâmica de placa plana. A turbidez da água bruta foi de 0,5~3,2 NTU, DOC 2,1~4,0 mg/L e nitrogênio amoniacal de fundo ≈0 mg/L. No experimento, cloreto de amônio foi adicionado para aumentar o nitrogênio amoniacal para 1,5 ~ 2,0 mg/L para simular a poluição. Usando grânulos cerâmicos de 8-10 mm como meio filtrante, a membrana cerâmica de placa plana -Al₂O₃ teve uma área de filtração efetiva de 0,0196 m². O sistema operou com fluxo de 40 LMH e ciclo de filtração de 2 h, com filtração direta por membrana cerâmica servindo como controle.
II. Eficiência na purificação de água
O processo combinado alcança a remoção escalonada de poluentes, resultando em excelente eficiência de purificação: Em termos de turbidez, o efluente de filtração direta permaneceu estável em 0,01 NTU, alcançando uma taxa de remoção de 98%; no processo combinado, o filtro granulado cerâmico reteve inicialmente 11% das partículas suspensas, reduzindo a turbidez do efluente de 1,35 NTU para 1,20 NTU, enquanto o efluente final da membrana cerâmica permaneceu em 0,01 NTU, alcançando uma taxa de remoção total superior a 99% e reduzindo significativamente a carga de retenção da membrana. Em relação à matéria orgânica dissolvida, as membranas cerâmicas individuais alcançaram taxas de remoção de apenas 14,2% para DOC e menos de 10% para UV₂₅₄. O filtro ceramsite, baseado na degradação do biofilme, alcançou taxas de remoção de 22,3% e 15% para esses dois indicadores, respectivamente, aumentando a taxa geral de remoção de DOC do processo combinado para 29,1%, quase o dobro da filtração direta. A remoção de nitrogênio amoniacal é uma vantagem fundamental. No quarto dia após a fixação da membrana, o sistema de nitrificação amadureceu e o nitrogênio amoniacal no efluente do filtro de ceramsita permaneceu consistentemente abaixo de 0,01 mg/L, com taxa de remoção próxima de 100%. O aumento do nitrogênio nitrato correspondeu à diminuição do nitrogênio amoniacal, confirmando que a nitrificação foi o processo de remoção dominante. A membrana cerâmica não proporcionou remoção adicional de nitrogênio amoniacal, mantendo uma concentração de efluente de 0,01 mg/L, compensando assim as deficiências dos processos de-membrana única. Em relação à matéria orgânica fluorescente, durante a operação estável, o filtro de ceramsite reduziu a intensidade de fluorescência de proteínas aromáticas, ácidos húmicos e ácidos fúlvicos, com apenas um ligeiro aumento devido ao acúmulo de metabólitos microbianos. A membrana cerâmica reteve ainda mais matéria orgânica residual de moléculas grandes, mostrando efeitos de remoção particularmente significativos em metabólitos microbianos, alcançando uma purificação profunda.
III. Características de incrustação de membrana
A diferença de pressão transmembranar irreversível do processo combinado aumentou apenas de 4,5 kPa para 8 kPa, uma redução significativa em comparação com os 26 kPa da filtração direta, estreitando o aumento na resistência total à incrustação da membrana em 50%. Os contaminantes da superfície da membrana eram principalmente metabólitos microbianos solúveis e proteínas aromáticas, com matéria orgânica hidrofílica de baixo peso-molecular-representando 86.3%. Os contaminantes dentro dos poros da membrana incluíam adicionalmente ácidos fúlvicos, com um peso molecular médio de 33,1 kDa, exibindo características claras de incrustações complexas.
4. Conclusão
Este processo combinado, através do efeito sinérgico da biodegradação e da peneiração física, não só aumenta a remoção de azoto amoniacal e matéria orgânica, mas também inibe eficazmente a incrustação irreversível da membrana, proporcionando um novo caminho técnico para a aplicação de membranas cerâmicas no tratamento de água potável.
