逆洗は、微量汚染物質の除去と砂フィルター内の微生物群集の動的な変化に影響を与えます。

Dec 13, 2023

2023 年 4 月 26 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

校正する

高等教育出版者による

砂フィルターは飲料水処理に一般的に使用されており、原水から浮遊物質、有機物、微生物を効率的に除去できます。 プロセス中に、粒子状物質と微生物がろ過砂に付着し、高速ろ過と低速ろ過の両方で厚いバイオフィルムを形成する可能性があります。 砂ろ過器の目詰まりを防ぎ、汚染物質の除去効率を回復するには、通常、空気、水、またはその両方を組み合わせた逆洗が必要です。

しかし、逆洗はバイオマスの損失を引き起こす可能性があり、そのため砂フィルターの汚染物質除去効率が低下します。 空床接触時間 (EBCT) が通常 1 時間より長い低速砂ろ過器は、急速砂ろ過器よりも微量汚染物質の除去効率が高くなりますが、目詰まりの問題はより深刻です。

低速砂フィルターは、微生物の変換と分解を通じて、溶解した有機炭素、アンモニウム、マンガンの一部を除去できます。 さらに、最近の証拠は、一部の有機微量汚染物質が砂フィルターによって除去できることを示唆しており、これは少なくとも部分的にフィルター砂内に形成されるバイオフィルムに起因すると考えられます。

砂材への微量汚染物質の吸着は限られているため、固有の微生物集団による微量汚染物質の生分解が、低速砂フィルターにおける微量汚染物質の最も重要な除去メカニズムです。 逆洗中に、使用される水と空気により濾材の体積が膨張し、濾砂からバイオフィルムが剥離・除去されます。 したがって、生物膜の形成はゆっくりとした砂ろ過器内で周期的に発生し、逆洗後の砂ろ過器内の汚染物質の除去には微生物群集の動態が重要です。 しかし、逆洗後の微生物バイオフィルム群集の動態に焦点を当てた研究はほとんどありません。

この問題を解決するために、中国科学院のYaohui Bai博士とそのチームメンバーは協力して、逆洗後の微量汚染物質の濃度と微生物群集の両方の時間的動態を明らかにし、低速砂ろ過器の逆洗の最適な間隔を示しました。微量汚染物質の除去に。 彼らは、微生物バイオフィルム群集の動態と回復力、および低速砂フィルターによる逆洗後の対応する微量汚染物質の除去を追跡するために、実験室のカラム実験を実施しました。

マンガン砂フィルターと石英砂フィルターの 2 種類のフィルター材料を使用して、2 つの異なる空床接触時間 (EBCT) の下で低速砂フィルター内の微生物群集に対する逆洗の影響を完全に比較しました。 「砂フィルターにおける微量汚染物質の除去および関連する微生物の集合プロセスに対する逆洗の影響」と題された研究チームの研究は、Frontiers of Environmental Science & Engineering のオンライン版に掲載されています。

この研究では、逆洗後の微量汚染物質除去と微生物群集組成の時間的動態が追跡され、カフェイン、スルファメトキサゾール、スルファジアジン、トリメトプリム、およびアトラジンの除去効率は、2 時間の EBCT では両方の砂フィルターで 2 日以内に徐々に回復しました。スルファジアジンとトリメトプリムの分解の減少傾向は、4 時間の EBCT で見つかりました。 逆洗後、マンガン砂フィルターのアテノロールの除去効率は急速に増加しましたが、両方の EBCT の石英砂フィルターでは高いレベル (ほぼ 100%) に留まりました。

同様に、活性バイオマスはすべての条件下で 2 日以内に回復しました。 微生物群集組成は、2 時間の EBCT で逆洗前のレベルまで徐々に回復し、回収された微生物は、2 時間の EBCT で、マンガンフィルターとケイ砂フィルターでそれぞれ 82.76 % ± 0.43 % と 46.82 % ± 4.34 % を占めました。 対照的に、4 時間の EBCT では、砂ろ過器の群集組成は逆洗前のレベル (R < 0.25) まで回復せず、枯渇した微生物が両方のタイプの砂ろ過器の主要なグループでした。

この研究では、逆洗後の微量汚染物質の分解と微生物群集の時間的動態の変化を初めて調査しました。 逆洗後の微量汚染物質除去の回復に最適な 2 日間の間隔は、短い EBCT を使用する低速砂フィルターの操作に影響を与えないことが示されています。 これにより、砂フィルター内の汚染物質の除去に対する微生物バイオフィルム群集の影響についての理解が深まり、飲料水中の汚染物質の除去に新しい視点が提供されました。

詳しくは： Donglin Wang 他、砂フィルターにおける微量汚染物質の除去および関連微生物集合プロセスに対する逆洗の影響、環境科学および工学のフロンティア (2022)。 DOI: 10.1007/s11783-023-1634-z

高等教育出版局提供