洪水对期货孙晓航:MBR系统中微生物降解过程的跟踪监测

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近来,新型洪水对期货冠状病毒肺炎疫情牵动着每个国人的心,疫情防控战役正酣,对于病毒会对水环境的影响也引来业界普遍关注和重视。

2011年1月,五位国内外学者联合发布了以“Monitoring Microbial Removal in MBR”为题目的英文学术论文,用以进行MBR系统中微生物降解过程的跟踪和监测。近日,北控水务技术委员会委员、北控水务中部区总工孙晓航和带领的技术团队将此论文翻译并进行了深度解读,以期对新型冠状病毒肺炎疫情期间,MBR系统中、各大水环境微生物降解过程的跟踪监测有所借鉴。

E20研究院水业研究中心解读:超滤膜能很好地拦截病原微生物,但在MBR反应器运行的过程中,不可避免地会产生一些膜的损伤,可能会对污染物去除能力造成影响。

本文对不同介质中不同的病原体,经过不同损伤程度的超滤膜过滤后LRV(对数去除能力)的分析比较,得出结论为:

一、压力衰减测试法不适用于监测和验证MBR运行过程中污染物的对数去除率(LRV)。

二、在MBR系统中,出水浊度增加与膜损伤严重程度有关。若膜的损伤程度在一定范围内,膜对病原体的去除能力不会受太大损害,因为病原体仍会被吸附在水中较大的胶团之上而难以通过膜;若膜受损过重,浊度会明显增加,LRV明显下降。

实验中,对于本地病毒经过MBR过滤后,观察到的LRV中位数= 3.8 log,所有样本集的95%LRV大于或等于3.1 log。

——E20研究院水业研究中心高级行业分析师 宋天辰

翻译成文如下:

MBR系统中微生物降解过程的跟踪监测

摘要

当今膜处理法已属于常用饮用水处理工艺。然而由于饮用水与污水两种介质间存在的巨大差异,洪水对期货使得在饮用水膜处理领域中常用的方法论在MBR(膜生物反应器)工艺中的推广应用受到了阻碍,因此,我们亟需一种有效的在线监测手段来了解MBR反应器中污染物的微生物降解过程。本文的主要目的就在于明确MBR反应器对污染物中微生物群落(包括原生物、细菌(含大肠杆菌群)和病毒)的对数去除能力,并找到一种能够监测和证实其对数去除率(LRV)的实用方法。实验中分别使用了全新的GE ZeeWeed®系列超滤膜以及人为制造了针孔、磨损和不同程度断丝的超滤膜进行测试。实验中观察到,通过压力衰减测试计算出的各组LRV值基本上均低于污染物LRV预测值,尤其是在膜受损的情况下。当膜的受损程度较大时,会引起污染物LRV值的显著下降,这一结论与膜渗透物浊度在线监测结果相吻合。

我们对10组使用了GE ZeeWeed®超滤膜的MBR反应器实施了为期1.5年至7.5年不等的全面监测。每组反应器每隔数月定期采样进行大肠杆菌菌群浓度检测。结果表明,大肠杆菌菌群浓度持续保持低水平,并大大低于出水水质要求浓度。

关键词:膜反应器,微生物降解,超滤,浊度

概述

GE ZeeWeed®系列超滤膜对于病原微生物是极佳的拦截屏障,然而在MBR反应器的运行环境中,不可避免地会出现一定程度的膜损伤,从而造成膜拦截效果的折损。对于完好的膜和受损的膜,病原微生物的去除程度尚无法准确预测。

在饮用水处理应用技术领域,美国环境保护署颁布的《膜过滤指南(2005)》中已提供了验证膜材料完好性的推荐方法,包括直接监测法与间接监测法。目前已经开展了大量的工作以将膜完整性测试的结果与低压和高压膜在饮用水处理中的病原体去除能力联系起来。Guo等人最近的(2010年)一项报告描述了多种用于低压膜完整性的方法及其优点和缺点,包括使用这些方法的三十多个参考文献。Guibert和Colling(2011年)详细介绍了使用最常用的工具监控膜完整性、病原体去除以及压力衰减测试时对参数选择的影响。

另一方面,在污水处理应用中,即使通常确定微生物去除率(例如Zanetti等(2010),Hirani等。(2010),Zhang和Farahbakhsh(2007))很少有人尝试将去除能力与膜的完整性联系起来。

这项工作的总体目的是为以下微生物污染物(原生动物,细菌(大肠菌)和病毒)建立MBR对数清除值(LRV),并建立监测和验证LRV的实用方法。测试是使用完整的GE®超滤膜和故意采用具有针孔、磨损和纤维切割损坏的膜进行的。

具体目标如下:

A) 评估生物反应器中高固含量基质对污染物LRV的影响。这是污染物吸附到固体上以及从膜上的固体层动态过滤的综合作用。

B) 评估膜压力衰减测试和在线渗透物浊度监控的有效性,以验证MBR系统中的污染物LRV。

C) 在MBR系统中建立污染物LRV概率。

实验方法

测试分两个阶段进行。在阶段1中,对中试膜组件(组件表面积为10 ft2)进行测试。在阶段2中,在典型的满通量MBR设计条件下,对三个全规格的ZW500D®模块(模块总表面积1110 ft2)进行测试。

对于这两个阶段,膜的完整性都会受到针孔,磨损和纤维切割的影响。在整个测试过程中,使用Hach Filtertrak 660 sc激光浊度仪在线测量渗透浊度,并进行了气泡点测试和压力衰减测试。

阶段1

第1阶段实验是序批式实验,其中污染物直接接种到生物反应器中。接种和采样遵循EPA膜过滤指导手册中概述的程序。实验的目标生物是肠病毒和隐孢子虫。根据USEPA的《膜过滤指南》,MS2噬菌体和洪水对期货枯草芽孢杆菌的孢子分别用作目标生物的替代物。

第1阶段的主要目标是评估生物反应器中固体对污染物LRV的影响。因此,在三个子阶段1a、1b和1c中测试了三个模型。对于阶段1a,生物反应器装满了清水(没有固体)。对于阶段1b,中试生物反应器中装满了清水和胶体悬浮物(固体,但无生物活性)。对于阶段1c,中试生物反应器装满了来自相邻运行中的MBR系统的混合液。