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孫曉航:MBR系統中微生物降解過程的跟蹤監測

時間:2020-02-21 11:39

來源:中國水網

作者:孫曉航翻譯

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近來,新型冠狀病毒肺炎疫情牽動著每個國人的心,疫情防控戰役正酣,對于病毒會對水環境的影響也引來業界普遍關注和重視。

2011年1月,五位國內外學者聯合發布了以“Monitoring Microbial Removal in MBR”為題目的英文學術論文,用以進行MBR系統中微生物降解過程的跟蹤和監測。近日,北控水務技術委員會委員、北控水務中部區總工孫曉航和帶領的技術團隊將此論文翻譯并進行了深度解讀,以期對新型冠狀病毒肺炎疫情期間,MBR系統中、各大水環境微生物降解過程的跟蹤監測有所借鑒。

E20研究院水業研究中心解讀:超濾能很好地攔截病原微生物,但在MBR反應器運行的過程中,不可避免地會產生一些膜的損傷,可能會對污染物去除能力造成影響。

本文對不同介質中不同的病原體,經過不同損傷程度的超濾膜過濾后LRV(對數去除能力)的分析比較,得出結論為:

一、壓力衰減測試法不適用于監測和驗證MBR運行過程中污染物的對數去除率(LRV)。

二、在MBR系統中,出水濁度增加與膜損傷嚴重程度有關。若膜的損傷程度在一定范圍內,膜對病原體的去除能力不會受太大損害,因為病原體仍會被吸附在水中較大的膠團之上而難以通過膜;若膜受損過重,濁度會明顯增加,LRV明顯下降。

實驗中,對于本地病毒經過MBR過濾后,觀察到的LRV中位數= 3.8 log,所有樣本集的95%LRV大于或等于3.1 log。

——E20研究院水業研究中心高級行業分析師 宋天辰

翻譯成文如下:

MBR系統中微生物降解過程的跟蹤監測

摘要

當今膜處理法已屬于常用飲用水處理工藝。然而由于飲用水與污水兩種介質間存在的巨大差異,使得在飲用水膜處理領域中常用的方法論在MBR(膜生物反應器)工藝中的推廣應用受到了阻礙,因此,我們亟需一種有效的在線監測手段來了解MBR反應器中污染物的微生物降解過程。本文的主要目的就在于明確MBR反應器對污染物中微生物群落(包括原生物、細菌(含大腸桿菌群)和病毒)的對數去除能力,并找到一種能夠監測和證實其對數去除率(LRV)的實用方法。實驗中分別使用了全新的GE ZeeWeed?系列超濾膜以及人為制造了針孔、磨損和不同程度斷絲的超濾膜進行測試。實驗中觀察到,通過壓力衰減測試計算出的各組LRV值基本上均低于污染物LRV預測值,尤其是在膜受損的情況下。當膜的受損程度較大時,會引起污染物LRV值的顯著下降,這一結論與膜滲透物濁度在線監測結果相吻合。

我們對10組使用了GE ZeeWeed?超濾膜的MBR反應器實施了為期1.5年至7.5年不等的全面監測。每組反應器每隔數月定期采樣進行大腸桿菌菌群濃度檢測。結果表明,大腸桿菌菌群濃度持續保持低水平,并大大低于出水水質要求濃度。

關鍵詞:膜反應器,微生物降解,超濾,濁度

概述

GE ZeeWeed?系列超濾膜對于病原微生物是極佳的攔截屏障,然而在MBR反應器的運行環境中,不可避免地會出現一定程度的膜損傷,從而造成膜攔截效果的折損。對于完好的膜和受損的膜,病原微生物的去除程度尚無法準確預測。

在飲用水處理應用技術領域,美國環境保護署頒布的《膜過濾指南(2005)》中已提供了驗證膜材料完好性的推薦方法,包括直接監測法與間接監測法。目前已經開展了大量的工作以將膜完整性測試的結果與低壓和高壓膜在飲用水處理中的病原體去除能力聯系起來。Guo等人最近的(2010年)一項報告描述了多種用于低壓膜完整性的方法及其優點和缺點,包括使用這些方法的三十多個參考文獻。Guibert和Colling(2011年)詳細介紹了使用最常用的工具監控膜完整性、病原體去除以及壓力衰減測試時對參數選擇的影響。

另一方面,在污水處理應用中,即使通常確定微生物去除率(例如Zanetti等(2010),Hirani等。(2010),Zhang和Farahbakhsh(2007))很少有人嘗試將去除能力與膜的完整性聯系起來。

這項工作的總體目的是為以下微生物污染物(原生動物,細菌(大腸菌)和病毒)建立MBR對數清除值(LRV),并建立監測和驗證LRV的實用方法。測試是使用完整的GE?超濾膜和故意采用具有針孔、磨損和纖維切割損壞的膜進行的。

具體目標如下:

A) 評估生物反應器中高固含量基質對污染物LRV的影響。這是污染物吸附到固體上以及從膜上的固體層動態過濾的綜合作用。

B) 評估膜壓力衰減測試和在線滲透物濁度監控的有效性,以驗證MBR系統中的污染物LRV。

C) 在MBR系統中建立污染物LRV概率。

實驗方法

測試分兩個階段進行。在階段1中,對中試膜組件(組件表面積為10 ft2)進行測試。在階段2中,在典型的滿通量MBR設計條件下,對三個全規格的ZW500D?模塊(模塊總表面積1110 ft2)進行測試。

對于這兩個階段,膜的完整性都會受到針孔,磨損和纖維切割的影響。在整個測試過程中,使用Hach Filtertrak 660 sc激光濁度儀在線測量滲透濁度,并進行了氣泡點測試和壓力衰減測試。

階段1

第1階段實驗是序批式實驗,其中污染物直接接種到生物反應器中。接種和采樣遵循EPA膜過濾指導手冊中概述的程序。實驗的目標生物是腸病毒和隱孢子蟲。根據USEPA的《膜過濾指南》,MS2噬菌體和枯草芽孢桿菌的孢子分別用作目標生物的替代物。

第1階段的主要目標是評估生物反應器中固體對污染物LRV的影響。因此,在三個子階段1a、1b和1c中測試了三個模型。對于階段1a,生物反應器裝滿了清水(沒有固體)。對于階段1b,中試生物反應器中裝滿了清水和膠體懸浮物(固體,但無生物活性)。對于階段1c,中試生物反應器裝滿了來自相鄰運行中的MBR系統的混合液。

編輯:徐冰冰

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