project

Natuurlijke virussen voor bewaking van de integriteit van membraaninstallaties

Expert(s):
dr.ir. Emile Cornelissen

  • Startdatum
    23 jul 2019
  • Einddatum
    31 dec 2022
  • Opdrachtgever
    TKI Watertechnologie
  • samenwerkingspartner(s)
    Evides, PWN, De Watergroep, Oasen, Pentair

Verstedelijking, industrialisatie, klimaatverandering en andere oorzaken zetten bronnen voor de productie van onberispelijk (drink)water onder druk. Voor uiteenlopende zuiveringsdoelen kunnen membraanprocessen meerdere – soms traditionele – waterzuiveringsprocessen aanvullen en/of vervangen. In de drinkwaterbehandeling kan dit positieve effecten teweegbrengen in het leveren van bacteriologisch veilig water en het verwijderen van schadelijke bestanddelen waaronder ijzer, mangaan, arseen, pesticiden, hormoonverstoorders, farmaceutische producten en persoonlijke verzorgingsproducten. Dit project onderzoekt hoe virussen zijn te gebruiken om de integriteit van membranen te bewaken.

Technologie

Steeds vaker en grootschaliger wordt membraantechnologie toegepast om uit verschillende bronnen, zoals grond-, oppervlakte-, afvalwater en zeewater, een hoge kwaliteit (drink)water te bereiden. Hierbij is het verwijderen van ziekteverwekkers, met name virussen, één van de belangrijke functies. In de waterbronnen zijn van nature veel virussen aanwezig, met concentraties van 1×108 tot 1×1010 virussen per liter. Dit is 10 tot 100 keer zoveel als bacteriën. Aangezien virussen op basis van hun afmeting door membranen kunnen worden verwijderd, en ze niet door de poriën gaan, is het technisch mogelijk om met membraanprocessen het water volledig virusvrij te maken. Intacte membranen hebben natuurlijke viruslogverwijderingswaarden (LRV) van 8-10. Of deze LRV kan worden gebruikt om met virussen aan te tonen of in membraaninstallaties lekkage optreedt, wordt hier onderzocht.

Uitdaging

Als gevolg van beschadigingen zijn membranen minder efficiënt in het verwijderen van virussen (en andere verontreinigingen in waterbronnen). Defecten kunnen bijvoorbeeld optreden in afdichtingen en o-ringen van membraanmodulen. Vezelbreuk kan zich voordoen bij holle vezels aan het membraanoppervlak of lijmlijnen raken beschadigd. Lekkage zorgt ervoor dat de viruslogverwijderingswaarden van membraanmodules aanzienlijk kunnen verminderen. In principe zou de LRV van virussen dus een potentiële kandidaat zijn om membranen te testen op lekkage.

De huidige methoden kunnen slechts een LRV van maximaal 3 bepalen, en in full-scale installaties kan een volledige virusverwijderingscapaciteit van membranen niet worden geverifieerd. Momenteel is dan ook onvoldoende bewaking van de membraanintegriteit met de LRV mogelijk.

Oplossing

Voor het controleren van de membraanintegriteit heeft KWR een nieuwe methode ontwikkeld: Natural Virus (NV). Deze maakt gebruik van virussen die van nature in het water aanwezig zijn. Met behulp van lage monstervolumes en zonder vooraf chemische of biologische virussurrogaten te hoeven toevoegen, is het met NV mogelijk om zeer gevoelig (LRV van 7 of meer) de virusverwijdering te controleren, en dus een vinger aan de pols te houden van de membraanintegriteit. Bovendien maakt de hoge virusconcentratie in het bronwater detectie mogelijk zonder omslachtige monsterconcentratieprocedures.

Dankzij de eenvoudige Natural Virus-methode kan met een veel hogere gevoeligheid dan gebruikelijk de integriteit van full-scale membraaninstallaties routinematig worden gecontroleerd. Dit betekent dat een belangrijk obstakel in het toepassen van hogedrukmembranen is weggenomen.

Onderzoek

Het TKI-onderzoek naar het bewaken van membraanintegriteit met natuurlijke virussen splitst zich op in een vijftal onderwerpen.

  1. (Door)ontwikkeling van de huidige test – gebaseerd op PCR – die de LRV van membraaninstallaties bewaakt. Ook worden nieuwe metagenomics benaderingen ontwikkeld voor het karakteriseren van de eigenschappen van nieuwe markervirussen.
  2. Testen en verder ontwikkelen van de NV-methode onder verschillende omstandigheden en methodeontwikkeling voor het bepalen van natuurlijke virussen in verschillende watertypen.
  3. Bepalen van de integriteit van intacte en beschadigde keramische microfiltratie- en ultrafiltratie-membranen op basis van virusverwijdering op laboratorium-, pilot- en praktijkschaal.
  4. Bepalen van de integriteit van intacte en beschadigde capillaire nanofiltratie- en omgekeerde osmose-membranen op basis van virusverwijdering op laboratorium-, pilot- en praktijkschaal.
  5. Onderzoek naar de ontwikkeling van een biosensor voor doelvirussen in watersystemen voor snelle metingen op locatie.