Pilotförsök har genomförts med två olika uppställningar av membran vid ett vattenverk i Kina. Dels ultrafiltrering (UF) följt av nanofiltrering och dels mikrofiltrering (MF) följt av nanofiltrering (NF). NF systemet fungerar bra både med trycksatt MF och UF och med vacuum.
Av: Thor Wahlberg
De konventionella beredningstegen vid Zhangjiagangs tredje vattenverk, bestående av flockning, sedimenteringen och filtrering med efterföljande desinfektion, förmår inte längre producera ett godkänt dricksvatten. Pilotförsök har genomförts med två olika uppställningar av membran. Dels ultrafiltrering (UF) följt av nanofiltrering och dels mikrofiltrering (MF) följt av nanofiltrering (NF). Valet av NF baserades på förmågan att avskilja organiska ämnen, även lågmolekylära organiska ämnen, och tvåvärda joner främst sulfat och kalcium. Däremot avskiljs inte envärda joner som kalium och natrium i någon högre grad. Den mikrobiologiska barriärverkan är viktig liksom att minska mängden desikfektionsbiprodukter. Utan att råvattnets kemiska sammansättning redogörs för i artikeln är Yangste världens tredje största och längsta flod där staden Zhangjiagang ligger nära kusten. Förekomst av fouling vid NF gör att beredningsteg innan NF är nödvändiga. Traditionellt har UF använts och de försök som artikeln redogör för vill visa att MF är ett bra alternativ med flera fördelar framför UF. Vattenverket som planeras att byggas behöver en produktion av dricksvatten på 200 000 m3/dygn. Beredningen utgörs av råvattenintag med grovsil, tillsats av antiscalant, trycksatt MF-system, tryckhöjning med matarvattenpumpar till NF, avledning av koncentrat och produktion av permeat som dricksvatten. Behovet av remineralisering efter NF föreligger inte enligt artikelförfattarna.
Pilotförsökens uppbyggnad
Pilotförsöket byggdes upp med ett NF-steg. Under försökets första hundra dagar utgjordes förbehandlingen av MF och följande hundra dagar av UF. I artikeln nämns att råvatten passerar ett sandfilter innan det ta in i pilotanläggningen. MF membran består av polypropylen. För UF membran valdes polyvinylklorid. För NF membran valdes polypiperazinamid. MF-membranens nominella pordiameter var 6 µm och UF-membranens 0,02 µm. De första trycksatta och de senare med undertryck nedsänkta i inkommande råvatten. NF-membranen beskickades med flödet på 3,2 m3/h i respektive linje vilket också gällde förbehandlingen med MF och UF. Med analys av vattenkvalitetsparameterar enligt ”Standard Examination Metod for Drinking Water (GB/T 5750 China” och on-linemätning av temperatur, konduktivitet, flöde, tryck, pH och redox jämfördes MF och UF som förbehandling. Innan försökskörningar påbörjades optimerades beredningsstegen. Försöken gjordes med åtta olika inställningar, flödet varierades, intervall mellan kemisk rengöring ändrades liksom backspolningsflöden med luft och vatten. Dessutom koncentration av tvättkemikalier som natronlut och citronsyra ändrades.
Resultat och diskussion
Råvattnet som beskickade membranen hade en stabil vattenkvalitet med den sandfiltrering som föregick försöken. Den s.k. Silt Density Index, som är vanligt att mäta vid användning av membran, låg mellan 3,5 och 5,5. För det producerade vattnet låg SDI mellan 2 och 3. Trans membrane pressure (TMP) för MF-membranen påverkades av flödet och mycket lite av övriga parametrar. Intervallet för den kemiska rengöringen låg runt 7 dagar. El- och kemikalieförbrukningen för MF beräknades och var 0,003 kWh/m3 respektive 0,0049 kg natronlut (30%) /m3, 0,0014 kg citronsyra (99%) /m3.
Temperatur, pH, redox och SDI visar stabila värden efter NF för under bägge delarna av försöket, både för MF som under försökets första del var förbehandling och UF som var förbehandlingssteg under den andra delen av försöket. Recovery för NF var 90% då 3,2 m3/h var feedflöde vilket resulterade i permetflödet 2,9 m3/h. TMP för NF systemet var under 1 bar, i snitt ca 0,5 bar. Under försökets första del med MF som förbehandling så varierade feedtrycket i NF från 2,2 bar upp till 4,5 bar. Med UF gick feedtrycket i NF upp till 5 bar. TMP ökande inte över tid. Mitt i testperioden, i skarven mellan MF och UF som förbehandling, steg TMP vilket kunde hänföras till tillväxt av mikrober under högsommar. För att komma tillrätta med den resulterande foulingen så doserades hypoklorit i feedflödet till NF. Förutom detta fungerade NF system bra med bägge typerna av förbehandling. Vilka resultat erhölls gällande avskiljning av organiskt material med respektive förbehandling? För parametrarna COD och UV254nm erhölls knappt 90% avskiljning över hela beredningen oavsett förbehandling.
Avskiljning av DBP (halogenerade kolföreningar) låg på 70 – 80%. Förekomsten av dessa ämnen är i råvattnet. Den övergripande ”salt rejection” mättes som konduktivitet mellan råvatten och producerad permeat. Med de kombinerande beredningsteknikerna MF + NF och UF + NF var den 20 – 40 %, vilket är lågt. Orsaken är den typ av NF-membran som valdes för försöken som främst är för avskiljning av organiskt material. Monovalenta joner som natrium, kalium, nitrat och fluorid passerar i stort sett membranet. Divalenta joner som järn, mangan och kalcium har en högre avskiljning upp till 60 % och för sulfat var avskiljningen 95 %. Med den råvattensammansättning som är behöver inte någon remineralisering göras i det producerad permeatet innan det kan distribueras som dricksvatten.
Slutsatser
Slutsatser från pilotförsöken är att NF systemet fungerar bra både med trycksatt MF och UF och med vacuum. Systemen förbrukar likande mängd energi, dock något högre för UF + NF, och liknande mängder kemikalier. I många projekt med avancerad beredning av dricksvatten så används UF som förbehandling för att minimera fouling och mängd partiklar som belastar efterföljande NF. Detta pilotförsök visar att ett trycksatt MF system kan åstadkomma ett lika bra resultat till en lägre drift- och investeringskostnad. Det måste poängteras att råvattenkvalitén behöver vara relativt god.
Med data från pilotförsöken så har en beredning för Zhangjiagangs tredje vattenverk dimensionerats för en produktion av 100 000 m3/dygn. MF system skall bereda ≥ 111 200 m3/dygn, med porstorlek ≤ 6 µm. Backspolning en gång per dygn och kemisk tvätt med 7 – 15 dagars mellanrum. NF systemet ska utgöras av spirallindade membran i konfiguration om tre steg i serie och med flux 23,9 lmh. Avskiljning av TOC bedöms kunna nå 90 %.
Egna reflexioner
Artikeln är skriven av ingenjörer från Greentech Environmental Ltd vilket är ett av Kinas största företag inom bland annat advanded water treatment. Projektet finns att följa här. Det märks att projektet och artikeln inte kommer från forskarvärlden utan praktiskt fokuserad. Nackdelen är att de fakta som normalt förväntas i en artikel som är granskad och publiceras i en av IWA publikationer inte är med. Det gör lite svårt att bedöma och följa den. Fördelen är att innehållet är lättare att ta till sig. Det finns en del om BIM (Building Information Modeling) i artikeln som jag valt att inte ta med.
Källa:Mu Liu; Shaohua Wang; Tongchun Wang; Mengyuan Duan; Yingqiang Su; Huiming Han; Xiaofeng Lin; Zehua Li. Application of microfiltration–nanofiltration combined technology for drinking water advanced treatment in a large-scale engineering project. AQUA – Water Infrastructure, Ecosystems and Society Volume 70, Issue 4, 1 June 2021, Open Access
