Evaluating Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR) as a step in drinking water treatment using flow cytometry (FCM)
(2024) MOBM02 20241Degree Projects in Molecular Biology
- Abstract
- At the drinking water treatment plant (DWTP) at Ringsjöverket (Sweden, Stehag), where this project is executed, a process of rapid sand filter (RSF) and slow sand filter (SSF) is used as a part in treating surface water into drinking water. The Moving bed biofilm reactor (MBBR) is a simple and strong biological process that has been shown to be effective in treating polluted raw water from nitrogen compounds in a wastewater context. But other than this, there are few studies of the MBBR's efficiency in removing of contaminants from drinking water resources. This is a pilot study investigating if MBBR can be used for treatment of water in the drinking water context, comparing it to the established full-scale sand filtration steps at... (More)
- At the drinking water treatment plant (DWTP) at Ringsjöverket (Sweden, Stehag), where this project is executed, a process of rapid sand filter (RSF) and slow sand filter (SSF) is used as a part in treating surface water into drinking water. The Moving bed biofilm reactor (MBBR) is a simple and strong biological process that has been shown to be effective in treating polluted raw water from nitrogen compounds in a wastewater context. But other than this, there are few studies of the MBBR's efficiency in removing of contaminants from drinking water resources. This is a pilot study investigating if MBBR can be used for treatment of water in the drinking water context, comparing it to the established full-scale sand filtration steps at Ringsjöverket. The ability of the MBBR to reduce bacterial and chemical load of the treated water, as well as how it affects the bacterial community composition of the effluent will be evaluated. During the project multiple limitations to the pilot setup were noticed, thought to be due to stagnation in pipes upstream of the MBBR. In the MBBR growth of biofilm could be observed, which was accompanied by a removal of intact cells from the water passing through during the first three weeks. After this, there was indications of no change in bacterial load, bacterial community composition, TOC, DOC, alkalinity, pH, conductivity or fDOM components over the MBBR. This suggests that additional studies, perhaps at larger scale to replicate realistic flows coming into the filters, or at different locations in the treatment process, might be necessary to show the if this technology may be effective for drinking water production. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Avloppsreningsmetod för att rena dricksvatten
Målet med dricksvattenrening är att bli av med oönskade ämnen i vattnet, så som sjukdomsframkallande bakterier och organiskt material. Detta säkerställer inte bara vattnets säkerhet utan också dess smak, lukt och utseende. Det finns flera olika metoder för att rena vatten, och vilken metod som används beror på vattnets kvalitet och ursprung, samt vilket resultat man vill uppnå.
Reningsprocessen på Ringsjöverket, som drivs av Sydvatten AB, består av flera steg, inklusive två olika typer av sandfiltrering – snabbfilter och långsamfilter. Långsamfilter använder (delvis) biologisk nedbrytning med hjälp av mikroorganismer i sanden för att rena vattnet. En annan metod som används för att rena... (More) - Avloppsreningsmetod för att rena dricksvatten
Målet med dricksvattenrening är att bli av med oönskade ämnen i vattnet, så som sjukdomsframkallande bakterier och organiskt material. Detta säkerställer inte bara vattnets säkerhet utan också dess smak, lukt och utseende. Det finns flera olika metoder för att rena vatten, och vilken metod som används beror på vattnets kvalitet och ursprung, samt vilket resultat man vill uppnå.
Reningsprocessen på Ringsjöverket, som drivs av Sydvatten AB, består av flera steg, inklusive två olika typer av sandfiltrering – snabbfilter och långsamfilter. Långsamfilter använder (delvis) biologisk nedbrytning med hjälp av mikroorganismer i sanden för att rena vattnet. En annan metod som används för att rena vatten, men i andra änden av vattnets kretslopp, på avloppsreningsverk, är Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). I en MBBR utnyttjas bakterier som växer i så kallade biofilmer på fritt rörliga plastbärare, som kan liknas till utseende vid pastahjul, för att rena vattnet. Biofilmer är benämningen på när bakterier växer tillsammans i grupp fästa på ytor i ett slemliknande lager. Precis som beläggningen som bildas på tänderna! Trots att långsamfilterna är en väletablerad metod inom dricksvattenrening, har den sina nackdelar. De är väldigt stora vilket försvårar placering i tätbebyggda områden, de kräver underhåll flera gånger om året genom att det översta lagret sand skrapas bort för att förhindra igensättning av filtret och de måste placeras utomhus (på grund av deras storlek), vilket gör dem känsliga för temperaturförändringar. En MBBR kan potentiellt vara mer kompakt, vilket skulle underlätta placeringen av dricksvattenverk i tätbebyggda områden och möjliggöra inomhusinstallationer.
Detta projekt syftar till att undersöka om MBBR-metoden, som tidigare endast använts vid avloppsrening, kan använda som ett steg för att rena dricksvatten. För att undersöka detta installerades en småskalig MBBR på dricksvattenverket i Stehag. Idén var att jämföra denna med de fullskaliga snabb- och långsam-filterna i den traditionella processen. Målet var att utvärdera hur MBBR-metoden presterade i att minska antalet bakterier och organiskt material i vattnet, samt att utvärdera hur den bakteriella diversiteten förändrades när vattnet passerade igenom reaktorn.
Redan i starten av projektet kunde det visuellt noteras att biofilm började växa på bärarna i reaktorn. Med en metod för att räkna bakterier (flödescytometri) kunde det fastställas att antalet intakta (och därmed potentiellt levande) bakterier var högre i det inkommande vattnet än det utgående under de första tre veckorna, potentiellt för att de stannade kvar i reaktorn och etablerade en biofilm på bärarna. Själva projektet har kantats av flera svårigheter som gör det svårt att utvärdera MBBR-metoden under samma förhållanden som sandfiltreringen. Om man bortser att jämföra metoderna, och bara utvärderar reaktorn i sig självt, har det konstaterats att MBBR-metoden inte hade någon tydlig effekt på varken antal bakterier, organiskt material, bakteriell diversitet eller andra kemiska parametrar under de 11 veckor som metoden utvärderades.
Masterexamensprojekt i Molekylärbiologi, Mikrobiologi 30hp 2024
Biologiska institutionen, Lunds Universitet
Handledare:
Caroline Schleich – Avdelningen för tillämpad mikrobiologi, Institutionen för Kemi, Lunds Universitet
Catherine Paul - Avdelningen för tillämpad mikrobiologi, Institutionen för Kemi, Lunds Universitet Sandy Chan - Sydvatten AB (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9176737
- author
- Åkesson, Lina
- supervisor
- organization
- course
- MOBM02 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9176737
- date added to LUP
- 2024-10-18 10:50:11
- date last changed
- 2024-10-18 10:50:11
@misc{9176737,
abstract = {{At the drinking water treatment plant (DWTP) at Ringsjöverket (Sweden, Stehag), where this project is executed, a process of rapid sand filter (RSF) and slow sand filter (SSF) is used as a part in treating surface water into drinking water. The Moving bed biofilm reactor (MBBR) is a simple and strong biological process that has been shown to be effective in treating polluted raw water from nitrogen compounds in a wastewater context. But other than this, there are few studies of the MBBR's efficiency in removing of contaminants from drinking water resources. This is a pilot study investigating if MBBR can be used for treatment of water in the drinking water context, comparing it to the established full-scale sand filtration steps at Ringsjöverket. The ability of the MBBR to reduce bacterial and chemical load of the treated water, as well as how it affects the bacterial community composition of the effluent will be evaluated. During the project multiple limitations to the pilot setup were noticed, thought to be due to stagnation in pipes upstream of the MBBR. In the MBBR growth of biofilm could be observed, which was accompanied by a removal of intact cells from the water passing through during the first three weeks. After this, there was indications of no change in bacterial load, bacterial community composition, TOC, DOC, alkalinity, pH, conductivity or fDOM components over the MBBR. This suggests that additional studies, perhaps at larger scale to replicate realistic flows coming into the filters, or at different locations in the treatment process, might be necessary to show the if this technology may be effective for drinking water production.}},
author = {{Åkesson, Lina}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Evaluating Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR) as a step in drinking water treatment using flow cytometry (FCM)}},
year = {{2024}},
}