Le rétrolavage affecte l'élimination des micropolluants et les changements dynamiques de la communauté microbienne dans les filtres à sable

Dec 13, 2023

26 avril 2023

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par Higher Education Press

Les filtres à sable sont couramment utilisés dans le traitement de l’eau potable et peuvent éliminer efficacement les solides en suspension, les matières organiques et les micro-organismes de la source d’eau. Au cours du processus, les particules et les microbes peuvent se fixer aux sables filtrants et développer un biofilm épais dans des filtres à sable rapides et lents. Pour éviter le colmatage et restaurer l’efficacité de l’élimination des polluants, le lavage à contre-courant à l’air, à l’eau ou une combinaison des deux est généralement nécessaire pour les filtres à sable.

Cependant, le lavage à contre-courant peut induire une perte de biomasse, diminuant ainsi l’efficacité d’élimination des polluants des filtres à sable. Les filtres à sable lents, dont les temps de contact en lit vide (TCFV) sont généralement supérieurs à une heure, ont une efficacité d’élimination des micropolluants plus élevée que les filtres à sable rapides, mais leurs problèmes de colmatage sont plus graves.

Les filtres à sable lents peuvent éliminer une fraction du carbone organique dissous, de l’ammonium et du manganèse par transformation et dégradation microbiennes. De plus, des preuves récentes suggèrent que certains micropolluants organiques peuvent être éliminés par des filtres à sable, ce qui est au moins en partie attribué au biofilm formé dans les sables filtrants.

En raison de l’adsorption limitée des micropolluants sur les matériaux sablonneux, la biodégradation des micropolluants par les populations microbiennes indigènes est le mécanisme d’élimination le plus crucial des micropolluants dans les filtres à sable lents. Lors du lavage à contre-courant, l’eau et l’air utilisés peuvent augmenter le volume du média filtrant, et ainsi dépouiller et éliminer le biofilm des sables filtrants. Par conséquent, la formation de biofilm se produit périodiquement dans le filtre à sable lent, et la dynamique de la communauté microbienne est cruciale pour l’élimination des polluants dans le filtre à sable après le lavage à contre-courant. Cependant, peu d’études se sont concentrées sur la dynamique de la communauté du biofilm microbien après le lavage à contre-courant.

Pour résoudre ce problème, le Dr Yaohui Bai de l’Académie chinoise des sciences et les membres de son équipe ont travaillé ensemble pour révéler la dynamique temporelle de la concentration de micropolluants et de la communauté microbienne après le lavage à contre-courant et pour indiquer les intervalles optimaux pour le lavage à contre-courant des filtres à sable lents pour l’élimination des micropolluants. Ils ont mené une expérience de colonne de laboratoire pour suivre la dynamique et la résilience de la communauté de biofilm microbien et l’élimination correspondante des micropolluants après un lavage à contre-courant avec des filtres à sable lents.

Deux types de matériaux filtrants, les filtres à sable au manganèse et à quartz, ont été utilisés pour comparer pleinement l’influence du lavage à contre-courant sur la communauté microbienne dans les filtres à sable lents sous deux temps de contact en lit vide (TCFV) différents. L’étude de l’équipe de recherche, intitulée « Impacts of backwashing on micropollutant removal and associated microbial assembly processes in sand filters », est publiée en ligne dans Frontiers of Environmental Science & Engineering.

Dans cette étude, la dynamique temporelle de l’élimination des micropolluants et la composition de la communauté microbienne après le lavage à contre-courant ont été suivies, et les efficacités d’élimination de la caféine, du sulfaméthoxazole, de la sulfadiazine, du triméthoprime et de l’atrazine se sont progressivement rétablies en deux jours dans les deux filtres à sable à deux heures de TCF, tandis que des tendances à la baisse de la dégradation de la sulfadiazine et du triméthoprime ont été observées à quatre heures de TCF. Après lavage à contre-courant, l’efficacité d’élimination de l’aténolol dans le filtre à sable au manganèse a augmenté rapidement, mais est restée à un niveau élevé (près de 100%) dans le filtre à sable de quartz pour les deux TCFV.

En conséquence, la biomasse active a récupéré en deux jours dans toutes les conditions. La composition de la communauté microbienne est progressivement revenue au niveau d’avant le lavage à contre-courant à deux heures de TCF, et les microbes récupérés représentaient 82,76 % ± 0,43 % et 46,82 % ± 4,34 % dans les filtres à sable au manganèse et à quartz, respectivement, à deux heures de TCFB. En revanche, à quatre heures de TCFV, la composition de la communauté dans les filtres à sable n’a pas retrouvé le niveau d’avant le lavage à contre-courant (R < 0,25), et les microbes appauvris constituaient le groupe principal dans les deux types de filtres à sable.

Cette étude a exploré les variations de la dégradation des micropolluants et de la dynamique temporelle de la communauté microbienne après le lavage à contre-courant pour la première fois. Il est indiqué qu’un intervalle optimal de deux jours pour la récupération de l’élimination des micropolluants après le lavage à contre-courant ne devrait pas affecter le fonctionnement des filtres à sable lents avec un TCFV court. Il a approfondi notre compréhension de l’effet de la communauté de biofilms microbiens sur l’élimination des polluants dans les filtres à sable et offre une nouvelle perspective pour l’élimination des polluants dans l’eau potable.

Pour plus d’informations : Donglin Wang et al, Impacts of backwashing on micropollutant removal and associated microbial assembly processes in sand filters, Frontiers of Environmental Science & Engineering (2022). DOI: 10.1007/s11783-023-1634-z

Fourni par Higher Education Press