Removal efficiency of pathogenic microorganisms in three different Palestinian wastewater treatment plants

Other Title(s)

كفاءة إزالة المجهريات الممرضة في ثلاث محطات معالجة للصرف الصحي في المناطق الحضرية الفلسطينية

Dissertant

Siyam, Fuhayd Fathi

Thesis advisor

al-Said, Rashid

University

Birzeit University

Faculty

Institute of Environmental and Water Studies

Department

Water and Environmental Engineering

University Country

Palestine (West Bank)

Degree

Master

Degree Date

2020

Arabic Abstract

ان تولید موارد المياه غير التقليدية تحت السيطرة الفلسطينية الكاملة، مثل مياه الصرف المعالجة يشكل وسيلة لاجتياز الوضع السياسي الراهن، وتخفيف حدة انعدام الأمن المائي وتوفير البدائل في مواجهة الجفاف.

غير أن جميع المحاولات الرامية الى اعادة استخدام مياه الصرف الصحي ذهبت سدى بسبب ممارسات الري غير المشروعة التي تلقى معالجة جزئية في مناطق معينة والتي تفرض مخاطر صحية و مشاكل بيئية خطيرة.

في الاونة الاخيرة كانت افضل طريقة مستخدمة وثبتت سرعة الكشف عن الفيروسات المعوية في مياه الصرف الصحي تفاعل البلمرة المتسلسل ( Real-time PCR )، و ذلك الحساسيته العالية و خصوصية هذه الطريقة.

يحتاج اكتشاف الفيروسات الى ادخال فيروسات محددة وفقا لتسلسلات الحمض النووي الحمض الرايبوزي ويمكن ان يتاثر وجود الفيروسات وتركيزها بعوامل كثيرة مثل استخدام المياه والموسم، وحدوث الاصابات بين السكان، و كانت الحاجة الى الكشف عن الفيروسات مهمة لانها قد تسبب مخاطر صحية عامة، 4 فانتيرو فيروس يسبب التهابات في المسالك التنفسية و التهاب السحايا، روتافيروس ادينوفيروس وونوروفيروس تسبب التهاب المعدة والامعاء والادينوفيروس يسبب أمراض الجهاز التنفسي و امراض في العين و احيانا يسبب التهاب السحايا.

الهدف من رسالتي هو كفاءة ازالة المجهريات الممرضة في ثلات محطات تنقية مختلفة وعلى وجه التحديد ازالة الفيروسات الممرضة في المياه العادمة المعالجة.

كما تهدف الى معرفة اذا كان هناك ارتباط بين ازالة الفيروسات المعوية في مياه المجاري وازالة الكائنات المجهرية الأخرى مثل البكتيريا و الأوليات باستخدام بكتيريا قولونية برازية كمؤشر، و تركزت الدراسة في محافظة رام الله في محطة التنقية في البيرة باستخدام تكنولوجيا الحماة المنشطة )، في محطة التنقية في الطيرة مفاعل الاغشية الحيوية( MB Membrane ) و محطة تنقية روابي مفاعل السرير الحيوي المتحرك ( Moving Bed Bioreactor ( MBBR، وهل المياه المعالجة آمنة للاستخدام كمياه غير تقليدية لري المزروعات.

تم جمع 72 عينة عشوائية بحجم 0.5 ليتر وكان مجموع العينات في النهاية 24 عينة مركبة للثلات اوقات و كان هناك ثلاث خطوات للعمل الخطوة الأولى تركيز و ترسيب العينة باستخدام مركب بولي ايتيلين جلايجول و كلوريد الصوديوم والخطوة الثانية استخراج الاحماض النووية باستخدام جهاز NucliSens و الخطوة الثالثة استخدام نظام تفاعل البلمرة المتسلسل الالي للكشف عن الفيروس -real ( Time PCR ) دورات تضخيم متعددة من خلالها تم تغيير طبيعة الحمض النووي للقالب يليه تضخيم بادئات التكليوتيد المستهدفة بالتسلسلات المحددة.

تم استخدام تحقيقات Tag-Man التي أعطت الفلورسنت المسمى في نهاية "5 .

كانت نتائج الكفاءة الفيزيائية ازالة المواد العالقة %99 و 98% لمحطة البيرة وروابي على التوالي.

اما بالنسبة للخصائص الكيميائية الاكسجين الممتص حيويا فكانت النتائج 97%،96%، و 95% للبيرة والطيرة وروابي على التوالي، اما بالنسبة للخصائص البيولوجية بكتيريا قولونية برازية فكانت كفاءة الازالة ( 2.65log ) للطيرة ( log ) 1.75 ) للبيرة و ( 2.9210 ) لروابي.

اما بالنسبة لنتائج الكشف عن الفيروسات المعوية كانت كفاءة ازالة الاربع انواع الانتير وفيروس ادينوفيروس روتافيروس ونوروفيروس %100 من محطة الطيرة، أما بالنسبة للمياه المعالجة في البيرة كانت كفاءة ازالتها 33% بالادينوفيروس و 33% بروتافيروس واخير المياه المعالجة في روابي كانت %100% ملوثة بالادينوفيروس وكفاءة ازالة %33 و 66 بنوروفيروس وروتافيروس على التوالي.

هذا يدل انه لا يوجد ارتباط بين مؤشر البكتيريا القولونية البرازية ومؤشر ازالة الفيروسات فلا بد من اتخاذ الاجراءات المناسبة كمعالجة مستوى الثالث المحطة البيرة وروابي لمنع المخاطر الصحية التي تسببها هذه الفيروسات والتي ذكرت سابقا.

لم يكن التطهير بمفرده باستخدام الأشعة فوق البنفسجية والكلور كافياً وهذا ما تم تأكيده من الدراسات السابقة، على سبيل المثال كان الفيروس الغدي ( ادينوفيروس ) مقاوما للكلور، و هذا يعني أن كفاءة الإزالة كانت من نوع العلاج و ليس من التطهير بالكلور، ولم يكن هناك في البيرة تطهير بالكلور أو ضوء الأشعة فوق البنفسجية، و كان هناك إزالة بنسبة 100٪ انتير وفيروس و 100 ازالة لنوروفيروس 33 % إزالة لادينوفيروس وروتافيروس على التوالي.

مسام الغشاء في تقنية مفاعل الغشاء الحيوي في آل بيته في محطة الطيرة صغيرة جدا ( حجم المسام الاسمي للألياف المجوفة المغمورة كان 0.04 ميكرون ) و لا يسمح للفيروسات الصغيرة ( 0.01-0.3 ) ميكروميتر بالمرور من خلاله، في محطة الطيرة لا تتطابق المعايير الفيزيائية والكيميائية مع المواصفات فحسب بل يتم استيفاء المعايير البيولوجية أيضا أخيرا، يتعين على سلطة المياه الفلسطينية ، أن تتحمل مسؤولية التغييرات في المواصفة الخاصة بالمياه العادمة المعالجة الخارجة من محطات التنقية، حفاظا على المياه الجوفية والبيئة من التلوث لأننا كما رأينا من نتائج هذه الأطروحة، فإن الفيروسات المعوية في المياه المعالجة الخارجة من المحطة و المعالجة جزئيا قد تهدد الصحة العامة.

English Abstract

Generating unconventional water resources under full Palestinian control, such as treated wastewater, is a way of by-passing the political status quo, alleviating water insecurity as well as providing alternatives to farmers in the face of growing aridity.

However, all attempts on wastewater reuse were in vain due to many reasons and illegal irrigation practices with partially treated influent in certain areas still impose serious health hazards and environmental problems.

Recently the best method used and proved rapid detection of enteric viruses in wastewater was qualitative real time PCR and (qPCR), for its high sensitivity and specificity.

Detection of enteroviruses needs specific virus strains depending on the chosen targeted DNA/RNA sequences using specific primers and probes.

Occurrence and concentration of viruses in sewage can be affected by many factors such as water usage, season and incidence of infection among the population.

Need for virus detection was important because they may cause public health hazards, enterovirus may cause respiratory tract infection and meningitis, rotavirus, adenovirus, and norovirus may cause gastroenteritis and adenovirus causes respiratory diseases, eye infection and sometimes causes meningitis.

The aim of my Thesis first to identify the efficiency of three different wastewater plants, particularly pathogen removal and specifically pathogenic human viral removal.

It also aims to see if there was any correlation between the removal of enteric viruses in sewage and the removal of other microorganisms like bacteria and protozoa using faecal coliform as an indicator.

The case study was concentrated mainly in Ramallah governorate, Al-Tireh Membrane Bioreactor (MBR), Al-Bireh Activated sludge (AS), and Moving Bed Bioreactor (MBBR) in Rawabi.

Second, was reclaimed effluent safe enough to be used as unconventional water source, for example agricultural irrigation.

The sampling was in march 2019 ,72 grab sample 0.5 liter collected at three different time intervals) and the sum of samples at the end was 24 composite samples procedure worked was polyethylene glycol (PEG) with NaCl for precipitation and concentration of influent and effluent samples, followed by extraction for both DNA and RNA nucleic acids using NucliSens system of all samples and lastly qualitative real Time qPCR (Taq-man) using the automated 7500 Real Time PCR system in Al-Caritas baby hospital in Bethlehem, using special primers and probes for the four mentioned viruses, (q PCR) Qualitative Polymerase Chain reaction method works as a multiple amplification cycles by which template DNA was first denatured followed by annealing of oligonucleotide primers target specific sequences.

Tag-Man probes were used which gave a fluorescent labelled at the 5’.

The main outcomes of the assessment made for physical parameters TSS removal efficiency was 99%, 98% for Al- Bireh and Rawabi WWTP’s respectively.

For BOD removal 97%, 96%, 95% for Al- Bireh, Al- Tireh, and Rawabi WWTP’s respectively.

For the biological parameters log removal of fecal coliform (FC) indicator,2.65 log removal of Al- Tireh, 1.75 log removal for Al- Bireh and 2.92 log for Rawabi.

Detection of enteric viruses in the three WWTP’s under investigation AlTireh effluent had 100% removal efficiency of the four different viruses enterovirus, adenovirus, norovirus and rotavirus, while Al-Bireh effluent was 33% and 33% removal adenovirus and rotavirus respectively.

Finally for Rawabi effluent 100% contamination with adenovirus, 33% removal efficiency of norovirus, and 66% removal of rotavirus.

That means there was no correlation between the fecal coliform indicator and virus removal indicator and to prevent public health hazards mentioned before further tertiary treatment should be added for Al- Bireh and Rawabi WWTP’s.

Disinfection alone with UV light and chlorine was not enough and this was confirmed from previous studies, for example adenovirus was resistant to chlorine, that means the removal efficiency was from the type of treatment and not from chlorine disinfection, in Al-Bireh there was no chlorine disinfection and the UV light not working and there was 100% removal of norovirus and 33% removal of adenovirus and rotavirus respectively.

The pores of the membrane in Al-Tireh membrane bioreactor technology are very small (nominal pore size of the immersed hollow fiber was 0.04 micron) and does not allow the tiny viruses (0.01-0.3um sizes) to pass through, the submerged membrane in Al-Tireh act as a tertiary treatment since not only the physical and chemical parameters match with the guidelines but also the biological parameters are also met.

Finally the Palestinian

Main Subjects

Civil Engineering

Topics

• Viruses
• Urban areas
• Waste treatment
• Palestine

No. of Pages

119

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-977547