Borttagning av TEP vid dricksvattenproduktion Ofärgade exopolymera partiklar (eng. Transparent exopolymer particle, TEP) är en vanlig fraktion i organiskt material i vatten. De är klibbiga, gel-liknande mikroskopiska partiklar som består av sura polysackarider vilka utsöndras av bakterier och alger till omgivningen. Koncentrationen uttryckts vanligen i xantangummiekvivalenter per liter vatten (µg Xeq /L). Halterna kan vara riktigt höga i förhållande till totalhalter organiskt material och kan uppgå till hundratals och ibland tusentals µg Xeq /L i naturliga vatten. TEP bildas av alger eller utsöndrat slem från bakterier och förekommer särskilt frekvent på utsidan av växtplanktonceller och verkar bidra till att biofilmer utvecklas och ger förankring för mikroorganismer på ytor. TEP finns rikligt i hav, sötvatten och avloppsvatten. I takt med att membranteknik börjat användas allt mera frekvent för ytvatten, har förekomst av kolloidalt TEP också börjat dokumenteras. Kolloidalt TEP (cTEP) är den partikelfraktion som är mindre än 0,4 µm och kan räknas som löst organiskt kol (dissolved organic carbon, DOC) men hålls kvar av 50 nm membran. I de studier där fraktionering skett av TEP med avseende på storlek verkar cTEP svara för upp till 90% av den totala TEP- koncentrationen räknat på vikt. På grund av sin storlek är TEP kritiskt vid mikrofiltrering och cTEP en betydelsefull faktor vid ultrafiltrering. De polymera partiklarna kan sätta igen de porösa membranen snabbt om halterna är för höga vid membranytan. TEP verkar ha betydelse för hur väl membrandriften fungerar. TEP kan inducera påväxt på ytor, för när väl TEP fäst på membranytan kan levande celler lättare få fäste. På så sätt fungerar de exopolymera partiklarna både som bindningsställe och näringsrikt substrat för mikrobiell tillväxt.
Av: Kenneth M Persson
Som det mesta inom området organiskt material i dricksvatten är denna fraktion ganska dåligt känd och föga undersökt. Vilken inverkan TEP har på påväxt och mikrobiell kolonisation i ledningsnät är inte klarlagt, men eftersom polymererna inte avlägsnas fullständigt vid konventionell beredning kan man misstänka att polymererna bidrar till att biofilm kan etableras lättare och snabbare i ledningsnät.
Försöken
I en intressant artikel om ofärgade exopolymera partiklar i Water Research har Van Nevel och medarbetare (2012) försökt täppa igenom några kunskapsluckor. TEP mättes genom att vattenprov filtrerades genom polykarbonatmembran med porstorleken 0,4 och 0,05 μm. Membranen färgades därefter med ett specifikt färgämne Alcian blue, membranet sköljdes och det organiska material som avskiljts extraherades i 80% svavelsyra. Extraktets absorbans mättes vid 787 nm med en spektrofotometer. Absorbansen kalibrerades med en xantangummilösning med känd halt. Kalibreringsfaktorn var 235 μg Xeq per enhet absorbans vid 787 nm. Forskarna menar att färgningsmetoden särskilt kvantifierar mängden negativa laddningar närvarande på TEP-partiklarna. Alla resultat bör därför betraktas som relativa och själva måttet xantangummiekvivalenter illustrerar hur mycket negativt laddat polymert material som finns i vattnet.
De undersökte tre olika beredningsanläggningar för dricksvatten i Belgien, med respektive behandlat avloppsvatten, ytvatten och grundvatten som vattentäkt. I de tre verken undersöktes de enskilda beredningsstegen med avseende på hur väl TEP avskiljdes och hur ytterligare 13 andra kemiska och biologiska parametrar påverkades av beredningssteget. Med dessa data till hjälp kunde TEP-reningen korreleras med andra parametrar i en multivariat statistisk utvärdering. Man hittade en hög korrelation mellan TEP (> 0,4 µm) och antal levande celler i vattnen. Man såg också att kolloidal TEP (0,05-0,4 µm) korrelerade med COD, TOC, totalantalet celler eller levande celler i vattnen. TEP-koncentrationen berodde av råvatten.
Vid reningen kunde koagulering och sandfiltrering att minska TEP-halten med 67%, medan membranfiltrering i form av ultrafiltrering och omvänd osmos avskiljde TEP fullständigt. Det innebar att inget vattenverk distribuerade TEP i någon större omfattning i det beredda dricksvattnet.
Det vattenverk som hade berett avloppsvatten som råvatten hade högst TEP-halt. Partikulärt TEP förekom i halten 102 μg Xeq /L medan halten kolloidalt TEP var upp till 1470 μg Xeq /L, motsvarande 94% av totalhalten TEP. Deras resultat stödde uppfattningen att cTEP är en viktig fraktion för TEP. Förekomsten av TEP i behandlat avloppsvatten berodde på den bakteriella aktiviteten produktionen av polysackarider under det biologiska reningssteget. I ytvattnet in till Anläggning B förekom partikulärt TEP i halter omkring 14,8 μg Xeq /L vilket var lägre än tidigare redovisade halter från andra ytvatten. cTEP-halten var högre, med en uppmätt koncentration av 684 μg Xeq /L. Förklaringen till att TEP-halterna var lägre än förväntat förklarades med att ytvattnet hämtades från en sjö med ungefär ett års uppehållstid. Under denna tid förmodas självrening ske, vilket resulterar i en näringsfattig miljö med låga halter TEP. Grundvatten innehöll inget mätbart TEP. En uppföljande studie rekommenderas för att jämföra avloppsvatten- och ytvattenhalter med TEP-värden under en algblomningsperiod. Notabelt är att andelen cTEP i båda systemen var 94-98% av den totala TEP. Kolloidalt material har stor betydelse för organiskt material i vatten.
Statistiska analyser visade att särskilt rening av cTEP korrelerade med andra partikelfraktioner som levande och totalantal celler men även med Cod och TOC. Beredningsmetoder som förmår avskilja dessa fraktioner kommer också att kunna minska TEP-halterna.
Slutsatser
Artikeln ställer många intressanta frågor. Hur inverkar exopolymert material på etablering av biofilm i ledningsnät? Hur känsliga är membran för igensättning av exopolymert material? Bör TOC eller COD kompletteras med betydligt fler mätningar av olika fraktioner av organiskt material för att förbättra förståelsen av hur vattenkvaliteten inverkar på beredning, mikrobiell aktivitet, smak och lukt? Tja, nog måste vi undersöka detta mera. De olika organiska fraktionerna i vatten bidrar säkerligen till det välkända faktum att inget vatten är det andra likt. Vi måste lära oss mer om dessa skillnader!
Källa: Sam Van Nevel, Tom Hennebel, Kristof De Beuf, Gijs Du Laing, Willy Verstraete och Nico Boon. Sam Van Nevel, Tom Hennebel, Kristof De Beuf, Gijs Du Laing, Willy Verstraete och Nico Boon: Transparent exopolymer particle removal in different drinking water production centers. Water Research 46 (2012) 3603-3611
Artikeln finns att köpa hos utgivaren här.
