反冲洗影响微污染物去除及砂滤器微生物群落动态变化

砂滤器常用于饮用水处理，可有效去除水源水中的悬浮物、有机物和微生物。在此过程中，颗粒物和微生物会附着在滤砂上，并在快速和慢速砂滤器中形成厚厚的生物膜。为防止堵塞并恢复污染物去除效率，砂滤器通常需要使用空气、水或两者的组合进行反冲洗。然而，反冲洗会导致生物量损失，从而降低砂滤器的污染物去除效率。空床接触时间 (EBCT) 通常超过 1 小时的慢速砂滤器对微污染物的去除效率高于快速砂滤器，但堵塞问​​题更为严重。

慢砂过滤器可以通过微生物转化和降解去除一部分溶解的有机碳、铵和锰。此外，最近的证据表明，一些有机微污染物可以通过砂滤器去除，这至少部分归因于滤砂中形成的生物膜。由于沙子材料上的微污染物吸附有限，本地微生物种群对微污染物的生物降解是慢砂滤池中微污染物最重要的去除机制。在反洗过程中，使用的水和空气可以使过滤介质的体积膨胀，从而剥离和去除滤砂中的生物膜。因此，生物膜的形成在慢砂滤池中周期性发生，微生物群落动态对于反冲洗后砂滤器中污染物的去除至关重要。然而，很少有研究关注反洗后的微生物生物膜群落动态。

为了解决这个问题，中科院白耀辉博士及其团队成员共同揭示了反冲洗后微污染物浓度和微生物群落的时间动态，并指出了反冲洗慢砂滤池的最佳间隔时间。微污染物去除。他们进行了一项实验室柱实验，以跟踪微生物生物膜群落的动态和恢复力，以及在用慢砂过滤器反洗后相应的微污染物去除情况。使用两种类型的过滤材料，锰砂和石英砂过滤器，在两种不同的空床接触时间 (EBCT) 下，充分比较反冲洗对慢砂过滤器中微生物群落的影响。 2023 年环境科学与工程前沿。

在这项研究中，跟踪了反洗后微污染物去除和微生物群落组成的时间动态，在 2 小时 EBCT 的两个砂滤器中，咖啡因、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、甲氧苄氨嘧啶和阿特拉津的去除效率在 2 天内逐渐恢复，而在 4 小时 EBCT 时发现磺胺嘧啶和甲氧苄氨嘧啶降解呈下降趋势。反洗后，阿替洛尔在锰砂过滤器中的去除效率迅速提高，但在两种 EBCT 的石英砂过滤器中仍保持在较高水平(接近 100%)。相应地，在所有条件下，活性生物量都在 2 天内恢复。微生物群落组成在2 h EBCT时逐渐恢复到反洗前的水平，恢复的微生物占82.76 % ± 0.43 %和46.82 % ± 4。在 2 小时 EBCT 时，锰砂和石英砂过滤器分别为 34%。相比之下，在 4 小时 EBCT 时，砂滤器中的群落组成没有恢复到反冲洗前的水平(R < 0.25)，并且耗尽的微生物是两种类型砂滤器中的主要群体。

本研究首次探讨了反洗后微生物群落微污染物降解和时间动态的变化。这表明，反冲洗后恢复微污染物去除的 2 天最佳间隔不应影响具有较短 EBCT 的慢砂过滤器的运行。加深了我们对微生物生物膜群落对砂滤器污染物去除效果的认识，为饮用水中污染物的去除提供了新的视角。