孫曉航：MBR系統(tǒng)中微生物降解過程的跟蹤監(jiān)測(cè)

近來，新型冠狀病毒肺炎疫情牽動(dòng)著每個(gè)國人的心，疫情防控戰(zhàn)役正酣，對(duì)于病毒會(huì)對(duì)水環(huán)境的影響也引來業(yè)界普遍關(guān)注和重視。

2011年1月，五位國內(nèi)外學(xué)者聯(lián)合發(fā)布了以“Monitoring Microbial Removal in MBR”為題目的英文學(xué)術(shù)論文，用以進(jìn)行MBR系統(tǒng)中微生物降解過程的跟蹤和監(jiān)測(cè)。近日，北控水務(wù)技術(shù)委員會(huì)委員、北控水務(wù)中部區(qū)總工孫曉航和帶領(lǐng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)將此論文翻譯并進(jìn)行了深度解讀，以期對(duì)新型冠狀病毒肺炎疫情期間，MBR系統(tǒng)中、各大水環(huán)境微生物降解過程的跟蹤監(jiān)測(cè)有所借鑒。

E20研究院水業(yè)研究中心解讀：超濾膜能很好地?cái)r截病原微生物，但在MBR反應(yīng)器運(yùn)行的過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些膜的損傷，可能會(huì)對(duì)污染物去除能力造成影響。

本文對(duì)不同介質(zhì)中不同的病原體，經(jīng)過不同損傷程度的超濾膜過濾后LRV（對(duì)數(shù)去除能力）的分析比較，得出結(jié)論為：

一、壓力衰減測(cè)試法不適用于監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證MBR運(yùn)行過程中污染物的對(duì)數(shù)去除率（LRV）。

二、在MBR系統(tǒng)中，出水濁度增加與膜損傷嚴(yán)重程度有關(guān)。若膜的損傷程度在一定范圍內(nèi)，膜對(duì)病原體的去除能力不會(huì)受太大損害，因?yàn)椴≡w仍會(huì)被吸附在水中較大的膠團(tuán)之上而難以通過膜；若膜受損過重，濁度會(huì)明顯增加，LRV明顯下降。

實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于本地病毒經(jīng)過MBR過濾后，觀察到的LRV中位數(shù)= 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(yè)研究中心高級(jí)行業(yè)分析師 宋天辰

翻譯成文如下：

MBR系統(tǒng)中微生物降解過程的跟蹤監(jiān)測(cè)

摘要

當(dāng)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(zhì)間存在的巨大差異，使得在飲用水膜處理領(lǐng)域中常用的方法論在MBR（膜生物反應(yīng)器）工藝中的推廣應(yīng)用受到了阻礙，因此，我們亟需一種有效的在線監(jiān)測(cè)手段來了解MBR反應(yīng)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(yīng)器對(duì)污染物中微生物群落（包括原生物、細(xì)菌（含大腸桿菌群）和病毒）的對(duì)數(shù)去除能力，并找到一種能夠監(jiān)測(cè)和證實(shí)其對(duì)數(shù)去除率（LRV）的實(shí)用方法。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中觀察到，通過壓力衰減測(cè)試計(jì)算出的各組LRV值基本上均低于污染物L(fēng)RV預(yù)測(cè)值，尤其是在膜受損的情況下。當(dāng)膜的受損程度較大時(shí)，會(huì)引起污染物L(fēng)RV值的顯著下降，這一結(jié)論與膜滲透物濁度在線監(jiān)測(cè)結(jié)果相吻合。

我們對(duì)10組使用了GE ZeeWeed?超濾膜的MBR反應(yīng)器實(shí)施了為期1.5年至7.5年不等的全面監(jiān)測(cè)。每組反應(yīng)器每隔數(shù)月定期采樣進(jìn)行大腸桿菌菌群濃度檢測(cè)。結(jié)果表明，大腸桿菌菌群濃度持續(xù)保持低水平，并大大低于出水水質(zhì)要求濃度。

關(guān)鍵詞：膜反應(yīng)器，微生物降解，超濾，濁度

概述

GE ZeeWeed?系列超濾膜對(duì)于病原微生物是極佳的攔截屏障，然而在MBR反應(yīng)器的運(yùn)行環(huán)境中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定程度的膜損傷，從而造成膜攔截效果的折損。對(duì)于完好的膜和受損的膜，病原微生物的去除程度尚無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

在飲用水處理應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，美國環(huán)境保護(hù)署頒布的《膜過濾指南（2005）》中已提供了驗(yàn)證膜材料完好性的推薦方法，包括直接監(jiān)測(cè)法與間接監(jiān)測(cè)法。目前已經(jīng)開展了大量的工作以將膜完整性測(cè)試的結(jié)果與低壓和高壓膜在飲用水處理中的病原體去除能力聯(lián)系起來。Guo等人最近的（2010年）一項(xiàng)報(bào)告描述了多種用于低壓膜完整性的方法及其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，包括使用這些方法的三十多個(gè)參考文獻(xiàn)。Guibert和Colling（2011年）詳細(xì)介紹了使用最常用的工具監(jiān)控膜完整性、病原體去除以及壓力衰減測(cè)試時(shí)對(duì)參數(shù)選擇的影響。

另一方面，在污水處理應(yīng)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(lián)系起來。

這項(xiàng)工作的總體目的是為以下微生物污染物（原生動(dòng)物，細(xì)菌（大腸菌）和病毒）建立MBR對(duì)數(shù)清除值（LRV），并建立監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證LRV的實(shí)用方法。測(cè)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(jìn)行的。

具體目標(biāo)如下：

A) 評(píng)估生物反應(yīng)器中高固含量基質(zhì)對(duì)污染物L(fēng)RV的影響。這是污染物吸附到固體上以及從膜上的固體層動(dòng)態(tài)過濾的綜合作用。

B) 評(píng)估膜壓力衰減測(cè)試和在線滲透物濁度監(jiān)控的有效性，以驗(yàn)證MBR系統(tǒng)中的污染物L(fēng)RV。

C) 在MBR系統(tǒng)中建立污染物L(fēng)RV概率。

實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試分兩個(gè)階段進(jìn)行。在階段1中，對(duì)中試膜組件（組件表面積為10 ft2)進(jìn)行測(cè)試。在階段2中，在典型的滿通量MBR設(shè)計(jì)條件下，對(duì)三個(gè)全規(guī)格的ZW500D?模塊（模塊總表面積1110 ft2）進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)于這兩個(gè)階段，膜的完整性都會(huì)受到針孔，磨損和纖維切割的影響。在整個(gè)測(cè)試過程中，使用Hach Filtertrak 660 sc激光濁度儀在線測(cè)量滲透濁度，并進(jìn)行了氣泡點(diǎn)測(cè)試和壓力衰減測(cè)試。

階段1

第1階段實(shí)驗(yàn)是序批式實(shí)驗(yàn)，其中污染物直接接種到生物反應(yīng)器中。接種和采樣遵循EPA膜過濾指導(dǎo)手冊(cè)中概述的程序。實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)生物是腸病毒和隱孢子蟲。根據(jù)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(biāo)生物的替代物。

第1階段的主要目標(biāo)是評(píng)估生物反應(yīng)器中固體對(duì)污染物L(fēng)RV的影響。因此，在三個(gè)子階段1a、1b和1c中測(cè)試了三個(gè)模型。對(duì)于階段1a，生物反應(yīng)器裝滿了清水（沒有固體）。對(duì)于階段1b，中試生物反應(yīng)器中裝滿了清水和膠體懸浮物（固體，但無生物活性）。對(duì)于階段1c，中試生物反應(yīng)器裝滿了來自相鄰運(yùn)行中的MBR系統(tǒng)的混合液。

編輯：徐冰冰