Assessing Bacterial Growth Potential in Seawater Reverse Osmosis Pretreatment-Method Development and Applications

نمک زدایی از آب دریا به طور فزاینده ای به عنوان وسیله ای برای افزایش منابع آب شیرین در مناطقی با تنش آبی بالا استفاده می شود و اسمز معکوس به دلیل مصرف کم انرژی به طور فزاینده ای فناوری انتخابی است. با این حال، سیستم‌های اسمز معکوس آب دریا (SWRO) از انواع مختلفی از رسوب‌گیری رنج می‌برند که می‌تواند مصرف انرژی و استفاده از مواد شیمیایی را در طول عملیات SWRO افزایش دهد. در عمل، سیستم های پیش تصفیه برای کاهش پتانسیل رسوب ذرات و بیولوژیکی آب تغذیه SWRO در محل قرار می گیرند. با این حال، روش های ساده، قابل اعتماد و دقیق برای ارزیابی میزان کاهش پتانسیل رسوب بیولوژیکی در طول پیش تصفیه برای آب دریا در دسترس نیست.

این تحقیق روش جدیدی را برای اندازه گیری پتانسیل رشد باکتری (BGP) با استفاده از کنسرسیوم باکتریایی بومی در آب دریا ایجاد کرد. معرف های جدید برای استخراج و تشخیص ATP در سلول های میکروبی به طور خاص برای آب دریا ساخته شده اند. معرف های لیز و تشخیص جدید بر تداخل نمک در آب دریا غلبه کردند و امکان تشخیص کم ATP کل، ATP آزاد و ATP میکروبی در آب دریا را فراهم کردند. ترکیب یک مرحله فیلتر کردن، حساسیت روش را شش برابر افزایش داد و امکان تشخیص ATP سطوح بسیار پایین ATP میکروبی در آب دریا را فراهم کرد.

روش جدید BGP مبتنی بر ATP برای نظارت استفاده شد. و ارزیابی پیش تصفیه پنج کارخانه نمک‌زدایی آب دریا در مقیاس کامل در سراسر جهان. همبستگی خوبی بین BGP اندازه‌گیری‌شده در آب خوراک SWRO و افزایش افت فشار در سیستم‌های SWRO مشاهده شد، که نشان‌دهنده کاربرد روش BGP مبتنی بر ATP به‌عنوان شاخص رسوب زیستی در SWRO است. علاوه بر این، سطح ایمن BGP (<70 میکروگرم در لیتر) برای آب خوراک SWRO پیشنهاد شده است تا از فرکانس تمیز کردن شیمیایی یک بار در سال یا کمتر اطمینان حاصل شود. با این حال، برای تأیید این نتیجه‌گیری، تعداد بیشتری از گیاهان SWRO با سیستم‌های پیش تصفیه متفاوت باید پایش شوند.

در آینده، نظارت بر خط BGP در آب تغذیه SWRO ممکن است مصرف مواد شیمیایی و انرژی را بیشتر کاهش دهد و پایداری کلی نمک‌زدایی آب دریا را با اسمز معکوس بهبود بخشد.

Seawater desalination is increasingly being used as a means to augment freshwater supplies in regions with high water stress, and reverse osmosis is increasingly the technology of choice because of the low energy consumption. However, seawater reverse osmosis (SWRO) systems suffer from various types of fouling, which can increase energy consumption and the use of chemicals during SWRO operation. In practice, pre-treatment systems are put in place to reduce the particulate and biological fouling potential of SWRO feed water. However, simple, reliable and accurate methods to assess the extent to which biological fouling potential is reduced during pre-treatment are not available for seawater.

This research developed a new method to measure bacterial growth potential (BGP) using the native bacterial consortium in seawater. New reagents to extract and detect ATP in microbial cells were specifically developed for seawater. The new lysis and detection reagents overcame the salt interference in seawater and allow low detection of total ATP, free ATP and microbial ATP in seawater. Incorporating a filtration step further increased the sensitivity of the method six fold, enabling ATP detection of ultra-low levels of microbial ATP in seawater.

The newly developed ATP-based BGP method was applied to monitor and assess the pre-treatment of five full-scale seawater desalination plants around the world. A good correlation was observed between BGP measured in SWRO feed water and the pressure drop increase in the SWRO systems, suggesting the applicability of using the ATP-based BGP method as a biofouling indicator in SWRO. Furthermore, a safe level of BGP (<70 µg/L) is proposed for SWRO feed water in order to ensure a chemical cleaning frequency of once/year or lower. However, to validate this conclusion, more SWRO plants with different pre-treatment systems need to be monitored.　

In the future, on-line monitoring of BGP in SWRO feed water may further reduce the consumption of chemicals and energy and improve the overall sustainability of seawater desalination by reverse osmosis.