Récemment, une entreprise chinoise, en collaboration avec ses partenaires, a développé un nouveau procédé combinant prétraitement biologique et application de membrane céramique. Le filtre biologique en céramsite utilise des micro-organismes pour éliminer la matière organique et l'azote ammoniacal de l'eau, tandis que la membrane en céramique élimine davantage les micro-organismes, la turbidité et les matières en suspension, permettant ainsi une séparation solide-liquide efficace. Les deux composants travaillent ensemble, chacun remplissant sa fonction spécifique.
I. Aperçu du processus
Ce processus combiné utilise une rivière légèrement polluée comme exemple, en construisant un processus combiné de filtre biologique en céramsite à flux ascendant -membrane céramique à plaque plate. La turbidité de l'eau brute était de 0,5 à 3,2 NTU, le COD de 2,1 à 4,0 mg/L et l'azote ammoniacal de fond ≈0 mg/L. Dans l'expérience, du chlorure d'ammonium a été ajouté pour augmenter l'azote ammoniacal à 1,5 ~ 2,0 mg/L afin de simuler la pollution. En utilisant des granules de céramique de 8-10 mm comme média filtrant, la membrane céramique plate -Al₂O₃ avait une surface de filtration efficace de 0,0196 m². Le système fonctionnait avec un flux de 40 LMH et un cycle de filtration de 2 h, avec une filtration directe sur membrane céramique servant de contrôle.
II. Efficacité de la purification de l'eau
Le processus combiné permet une élimination progressive des polluants, ce qui se traduit par une efficacité de purification exceptionnelle : en termes de turbidité, l'effluent de filtration directe est resté stable à 0,01 NTU, atteignant un taux d'élimination de 98 % ; dans le processus combiné, le filtre à granulés de céramique a d'abord retenu 11 % des particules en suspension, réduisant la turbidité de l'effluent de 1,35 NTU à 1,20 NTU, tandis que l'effluent final de la membrane en céramique est resté à 0,01 NTU, atteignant un taux d'élimination total supérieur à 99 % et réduisant considérablement la charge de rétention de la membrane. Concernant la matière organique dissoute, les membranes céramiques simples ont atteint des taux d'élimination de seulement 14,2 % pour le DOC et de moins de 10 % pour les UV₂₅₄. Le filtre céramsite, s'appuyant sur la dégradation du biofilm, a atteint des taux d'élimination de 22,3 % et 15 % pour ces deux indicateurs, respectivement, augmentant le taux d'élimination global du DOC du processus combiné à 29,1 %, soit près du double de celui de la filtration directe. L’élimination de l’azote ammoniacal constitue un avantage majeur. Le quatrième jour après la fixation de la membrane, le système de nitrification a mûri et l'azote ammoniacal présent dans l'effluent du filtre céramsite est resté constamment inférieur à 0,01 mg/L, avec un taux d'élimination approchant les 100 %. L’augmentation de l’azote nitrique correspondait à la diminution de l’azote ammoniacal, confirmant que la nitrification était le processus d’élimination dominant. La membrane céramique n'a pas permis d'éliminer davantage l'azote ammoniacal, maintenant une concentration d'effluent de 0,01 mg/L, compensant ainsi les défauts des procédés à membrane unique. Concernant la matière organique fluorescente, lors d'un fonctionnement stable, le filtre céramsite a réduit l'intensité de fluorescence des protéines aromatiques, des acides humiques et des acides fulviques, avec seulement une légère augmentation due à l'accumulation de métabolites microbiens. La membrane céramique retenait en outre la matière organique résiduelle à grosses molécules, montrant des effets d'élimination particulièrement significatifs sur les métabolites microbiens, permettant une purification en profondeur.
III. Caractéristiques d'encrassement des membranes
La différence de pression transmembranaire irréversible du procédé combiné n'a augmenté que de 4,5 kPa à 8 kPa, une réduction significative par rapport aux 26 kPa de filtration directe, réduisant de 50 % l'augmentation de la résistance totale à l'encrassement de la membrane. Les contaminants de la surface de la membrane étaient principalement des métabolites microbiens solubles et des protéines aromatiques, avec des matières organiques hydrophiles de faible-poids moléculaire-représentant 86.3 %. Les contaminants présents dans les pores de la membrane comprenaient en outre des acides fulviques, d'un poids moléculaire moyen de 33,1 kDa, présentant des caractéristiques claires d'encrassement complexe.
IV. Conclusion
Ce processus combiné, grâce à l'effet synergique de la biodégradation et du tamisage physique, améliore non seulement l'élimination de l'azote ammoniacal et de la matière organique, mais inhibe également efficacement l'encrassement irréversible des membranes, offrant ainsi une nouvelle voie technique pour l'application de membranes céramiques dans le traitement de l'eau potable.
