Обратная промывка влияет на удаление микрозагрязнителей и динамические изменения микробного сообщества в песчаных фильтрах.

Dec 13, 2023

26 апреля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

издательство высшего образования

Песочные фильтры обычно применяются при очистке питьевой воды и могут эффективно удалять взвешенные твердые вещества, органические вещества и микроорганизмы из исходной воды. В ходе процесса твердые частицы и микробы могут прикрепляться к фильтрующему песку и образовывать толстую биопленку как в быстрых, так и в медленных песчаных фильтрах. Чтобы предотвратить засорение и восстановить эффективность удаления загрязняющих веществ, для песчаных фильтров обычно требуется обратная промывка воздухом, водой или их комбинацией.

Однако обратная промывка может вызвать потерю биомассы, тем самым снижая эффективность удаления загрязняющих веществ песчаными фильтрами. Песчаные фильтры медленного действия, время контакта с пустым слоем (EBCT) которых обычно превышает один час, имеют более высокую эффективность удаления микрозагрязнителей, чем быстрые песчаные фильтры, однако проблемы их засорения более серьезные.

Медленные песочные фильтры могут удалять часть растворенного органического углерода, аммония и марганца посредством микробной трансформации и разложения. Кроме того, недавние данные свидетельствуют о том, что некоторые органические микрозагрязнители могут быть удалены с помощью песчаных фильтров, что, по крайней мере частично, связано с биопленкой, образующейся в фильтрующем песке.

Из-за ограниченной адсорбции микрозагрязнителей на песчаном материале биоразложение микрозагрязнителей местными микробными популяциями является наиболее важным механизмом удаления микрозагрязнителей в медленных песчаных фильтрах. Во время обратной промывки используемые вода и воздух могут расширить объем фильтрующего материала и, таким образом, снять биопленку с фильтрующего песка. Таким образом, в медленном песчаном фильтре периодически происходит образование биопленки, и динамика микробного сообщества имеет решающее значение для удаления загрязняющих веществ в песчаном фильтре после обратной промывки. Однако лишь немногие исследования были сосредоточены на динамике сообщества микробных биопленок после обратной промывки.

Чтобы решить эту проблему, доктор Яохуэй Бай из Китайской академии наук и члены его команды работали вместе, чтобы выявить временную динамику как концентрации микрозагрязнителей, так и микробного сообщества после обратной промывки, а также указать оптимальные интервалы для обратной промывки медленных песчаных фильтров. для удаления микрозагрязнителей. Они провели лабораторный эксперимент на колонке, чтобы отследить динамику и устойчивость сообщества микробных биопленок и соответствующее удаление микрозагрязнителей после обратной промывки медленными песчаными фильтрами.

Два типа фильтрующих материалов, марганцевые и кварцевые песчаные фильтры, использовались для полного сравнения влияния обратной промывки на микробное сообщество в медленных песчаных фильтрах при двух различных временах контакта с пустым слоем (EBCT). Исследование исследовательской группы под названием «Влияние обратной промывки на удаление микрозагрязнителей и связанные с ним процессы сборки микробов в песчаных фильтрах» опубликовано в Интернете в журнале Frontiers of Environmental Science & Engineering.

В данном исследовании отслеживалась временная динамика удаления микрозагрязнителей и состав микробного сообщества после обратной промывки, а эффективность удаления кофеина, сульфаметоксазола, сульфадиазина, триметоприма и атразина постепенно восстанавливалась в течение двух суток в обоих песчаных фильтрах при двухчасовой ЭБКТ, тогда как Тенденции к снижению деградации сульфадиазина и триметоприма были обнаружены при четырехчасовой EBCT. После обратной промывки эффективность удаления атенолола в фильтре из марганцевого песка быстро возрастала, но оставалась на высоком уровне (почти 100%) в фильтре из кварцевого песка для обоих ЭБКТ.

Соответственно, активная биомасса восстанавливалась в течение двух суток при всех условиях. Состав микробного сообщества постепенно восстанавливался до уровня, существовавшего до обратной промывки, при двухчасовом EBCT, а количество восстановленных микробов составляло 82,76 % ± 0,43 % и 46,82 % ± 4,34 % в марганцевых и кварцевых песчаных фильтрах соответственно при двухчасовом EBCT. Напротив, при четырехчасовом EBCT состав сообщества в песчаных фильтрах не восстановился до уровня, существовавшего до обратной промывки (R <0,25), а обедненные микробы составляли основную группу в обоих типах песчаных фильтров.