Il controlavaggio influisce sulla rimozione dei microinquinanti e sui cambiamenti dinamici nella comunità microbica nei filtri a sabbia

Dec 13, 2023

26 aprile 2023

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I filtri a sabbia sono comunemente applicati nel trattamento dell'acqua potabile e possono rimuovere efficacemente solidi sospesi, materia organica e microrganismi dall'acqua di fonte. Durante il processo, il particolato e i microbi possono attaccarsi alle sabbie filtranti e sviluppare uno spesso biofilm sia nei filtri a sabbia rapidi che in quelli lenti. Per prevenire l’intasamento e ripristinare l’efficienza di rimozione degli inquinanti, di solito è necessario il controlavaggio dei filtri a sabbia utilizzando aria, acqua o una combinazione di entrambi.

Tuttavia, il controlavaggio può indurre una perdita di biomassa, diminuendo così l’efficienza di rimozione degli inquinanti dei filtri a sabbia. I filtri a sabbia lenti, i cui tempi di contatto con il letto vuoto (EBCT) sono in genere più lunghi di un’ora, hanno un’efficienza di rimozione dei microinquinanti maggiore rispetto ai filtri a sabbia rapidi, tuttavia, i loro problemi di intasamento sono più gravi.

I filtri a sabbia lenti possono rimuovere una frazione del carbonio organico, dell'ammonio e del manganese disciolti attraverso la trasformazione e la degradazione microbica. Inoltre, prove recenti suggeriscono che alcuni microinquinanti organici possono essere rimossi dai filtri a sabbia, il che è almeno in parte attribuito al biofilm formato nelle sabbie filtranti.

A causa del limitato adsorbimento dei microinquinanti sul materiale sabbioso, la biodegradazione dei microinquinanti da parte delle popolazioni microbiche indigene è il meccanismo di rimozione più cruciale dei microinquinanti nei filtri a sabbia lenti. Durante il controlavaggio, l'acqua e l'aria utilizzate possono espandere il volume del mezzo filtrante e quindi rimuovere il biofilm dalle sabbie filtranti. Pertanto, la formazione di biofilm avviene periodicamente nel filtro a sabbia lento e le dinamiche della comunità microbica sono cruciali per la rimozione degli inquinanti nel filtro a sabbia dopo il controlavaggio. Tuttavia, pochi studi si sono concentrati sulle dinamiche della comunità del biofilm microbico dopo il controlavaggio.

Per risolvere questo problema, il dottor Yaohui Bai dell'Accademia cinese delle scienze e i membri del suo team hanno lavorato insieme per rivelare le dinamiche temporali sia della concentrazione di microinquinanti che della comunità microbica dopo il controlavaggio e per indicare gli intervalli ottimali per il controlavaggio dei filtri a sabbia lenti per la rimozione dei microinquinanti. Hanno condotto un esperimento su colonna in laboratorio per monitorare la dinamica e la resilienza della comunità del biofilm microbico e la corrispondente rimozione dei microinquinanti dopo il controlavaggio con filtri a sabbia lenti.

Due tipi di materiali filtranti, filtri a sabbia di manganese e quarzo, sono stati utilizzati per confrontare completamente l'influenza del controlavaggio sulla comunità microbica nei filtri a sabbia lenti in due diversi tempi di contatto a letto vuoto (EBCT). Lo studio del gruppo di ricerca, intitolato “Impatti del controlavaggio sulla rimozione dei microinquinanti e sui processi di assemblaggio microbico associati nei filtri a sabbia”, è pubblicato online su Frontiers of Environmental Science & Engineering.

In questo studio, sono state monitorate le dinamiche temporali della rimozione dei microinquinanti e della composizione della comunità microbica dopo il controlavaggio, e l'efficienza di rimozione di caffeina, sulfametossazolo, sulfadiazina, trimetoprim e atrazina è stata gradualmente recuperata entro due giorni in entrambi i filtri a sabbia con EBCT a due ore, mentre All'EBCT a quattro ore sono state rilevate tendenze in diminuzione nella degradazione della sulfadiazina e del trimetoprim. Dopo il controlavaggio, l’efficienza di rimozione dell’atenololo nel filtro a sabbia di manganese è aumentata rapidamente ma è rimasta ad un livello elevato (quasi il 100%) nel filtro a sabbia di quarzo per entrambi gli EBCT.

Di conseguenza, la biomassa attiva si è ripresa entro due giorni in tutte le condizioni. La composizione della comunità microbica è gradualmente tornata al livello pre-controlavaggio con EBCT a due ore, e i microbi recuperati rappresentavano rispettivamente l’82,76% ± 0,43% e il 46,82% ± 4,34% nei filtri a sabbia di manganese e quarzo, con EBCT a due ore. Al contrario, con un EBCT di quattro ore, la composizione della comunità nei filtri a sabbia non è tornata al livello pre-controlavaggio (R < 0,25) e i microbi impoveriti costituivano il gruppo principale in entrambi i tipi di filtri a sabbia.