反滲透水處理系統(tǒng)的微生物污染與防治研究

從1953年提出用反滲透技術(shù)淡化海水，到二十世紀(jì)60年代的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，時(shí)至今日經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，反滲透水處理技術(shù)成功地運(yùn)用于許多領(lǐng)域。從反滲透技術(shù)剛開(kāi)始只用于海水淡化，后來(lái)逐步擴(kuò)大到苦咸水淡化、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、飲料凈化、超純水制備等方面，產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益。

在反滲透水處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或運(yùn)行控制不當(dāng)，必然會(huì)出現(xiàn)膜污染的情況。在膜污染的幾種類(lèi)型中（沉淀污染、微生物污染、膠體污染等），微生物污染具有其特殊性，它在反滲透水處理中所造成的運(yùn)行困難是較嚴(yán)重的一種。目前，國(guó)內(nèi)在反滲透水處理系統(tǒng)運(yùn)行中，膜的微生物污染問(wèn)題日漸突出。

1、微生物污染的產(chǎn)生和危害

  1.1 產(chǎn)生原因

  生物污染是指微生物在膜-水界面上積累從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。微生物污染是膜材料、流動(dòng)參數(shù)（如溶解物，流動(dòng)速度，壓力等）和微生物間復(fù)雜的相互作用的結(jié)果。微生物污染基本上是一個(gè)生物膜生長(zhǎng)的問(wèn)題。

微生物污染的主要來(lái)源是RO進(jìn)料水。由于地表水和淺層地下水中都存在著微生物，預(yù)處理系統(tǒng)未正常有效工作，微生物就會(huì)進(jìn)RO組件，而RO組件內(nèi)部潮濕陰暗可為微生物生長(zhǎng)提供理想環(huán)境，若在進(jìn)人反滲透系統(tǒng)前不加以殺滅，這些微生物將以反滲透膜為載體借助反滲透濃水段的營(yíng)養(yǎng)鹽而繁殖生長(zhǎng)，在溫較熱的條件下，微生物的生長(zhǎng)更是迅速，幾天之內(nèi)便可在反滲透膜表面形成生物膜層，導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)進(jìn)出水間壓差迅速增大，產(chǎn)水量與脫鹽率快速下降，同時(shí)污染產(chǎn)品水。另一方面預(yù)處理也可能是微生物污染源，如輔助除去懸浮物體的絮凝劑過(guò)量，給微生物提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

在RO 系統(tǒng)中，主要存在的是好氧性細(xì)菌，一般未見(jiàn)真菌和霉菌，好氧菌在系統(tǒng)不同階段分布不同，如表1可以看出原水罐是滋生細(xì)菌的主要場(chǎng)所，其次RO處理器內(nèi)部也有細(xì)菌的生長(zhǎng)（由于膜的有機(jī)材料給細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了一定的條件）

  1.2 危害

  目前商品化的反滲透膜材料主要有醋酸纖維和聚酰胺兩大類(lèi)。而醋酸纖維素膜裝置是目前超純水制造系統(tǒng)中常用且經(jīng)濟(jì)的反滲透裝置。但其較大的缺點(diǎn)之一就是抗微生物的侵蝕能力較差。聚酰胺類(lèi)膜盡管能抗微生物侵蝕，但污染問(wèn)題仍然存在。

大量微生物在膜、組件內(nèi)的大量繁殖.將造成三方面的不良后果，是微生物要吞食反滲透膜，脫鹽層被侵蝕而使脫鹽率下降，并造成膜壽命縮短，使膜結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞，甚至造成重大系統(tǒng)故障(僅對(duì)CA膜);第二是微生物的大量繁殖和代謝，產(chǎn)生大量的膠體物質(zhì)，致使膜被堵塞，會(huì)增大給水壓降，造成通水量下降;第三將造成產(chǎn)水中細(xì)菌總數(shù)的增加，使產(chǎn)品水質(zhì)下降；第四是生物膜（粘泥）不溶于酸，難溶于堿，幾乎不受水流剪切力的影響，即使頻繁沖洗，也不能沖掉。消毒殺菌也難于使粘泥徹底清除。

微生物的一個(gè)重要特征是它們具有對(duì)營(yíng)養(yǎng)水動(dòng)力或其他條件變化作出迅速生化和基因調(diào)節(jié)的能力。因此，生物污染比非活性的膠體污染或礦物質(zhì)結(jié)垢危害性更大。

  目前廣泛應(yīng)用的TFC反滲透膜，它的關(guān)鍵材料是聚丙烯酰胺，它對(duì)氧化性物質(zhì)不具備堅(jiān)強(qiáng)的抵抗力，因此，用戶(hù)一般都控制了反滲透入口的氧化還原電位，使膜在無(wú)氧化劑的環(huán)境下工作，而細(xì)菌等微生物附在膜的表面和通道網(wǎng)層上，憑借水中的營(yíng)養(yǎng)成分大量繁殖。許多文獻(xiàn)都表明，這種污染似乎在膜的中部發(fā)生，但從實(shí)際看來(lái)，經(jīng)常是整個(gè)系統(tǒng)一起泛濫。

2、微生物污染的預(yù)測(cè)與簡(jiǎn)易辨別方法

（1）測(cè)定從原水入口、預(yù)處理各個(gè)環(huán)節(jié)反滲透給水、濃水以及反滲透產(chǎn)品水的細(xì)菌總數(shù)（TBC），計(jì)算細(xì)菌變化數(shù)值。若發(fā)現(xiàn)濃水中的TBC明顯增加，說(shuō)明反滲透膜上可能有粘泥形成。

（2）給水中的有機(jī)物不僅自身可形成膜的污染，還可作為細(xì)菌滋生的營(yíng)養(yǎng)物。所以可對(duì)有機(jī)物（以總有機(jī)碳表示，簡(jiǎn)稱(chēng)TOC）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，膜廠家提示控制TOC<2mg/L(以C表示)。2mg/LTOC大致相當(dāng)于5mg/L的總有機(jī)生物量此值在正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)引起膜間有機(jī)物污堵。

（3）檢驗(yàn)是否為微生物污染的簡(jiǎn)單方法是：從表面刮取一小部分污染物放在火焰上燃燒，其氣味與毛發(fā)燃燒的氣味相同。

3、微生物污染防治

對(duì)于RO水處理系統(tǒng),必須在RO工藝系統(tǒng)預(yù)處理中設(shè)置完善的殺滅微生物的措施,才能從根本上控制住微生物污染。

關(guān)于防治微生物污染。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，RO膜元件的微生物污堵主要來(lái)自于地表水，來(lái)自地下水的污堵則較輕，同時(shí)認(rèn)為在RO裝置進(jìn)水中的微生物含量<10,000cfu/ml時(shí)，都是比較安全的，由此，應(yīng)用者在選擇設(shè)計(jì)RO工藝系統(tǒng)時(shí)，給予的重視常常不足。國(guó)內(nèi)實(shí)例表明，某些地下水系統(tǒng)中的RO膜元件已受到不同程度上的微生物污堵，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)中均設(shè)有原水池，其容積一般為1-2小時(shí)的貯水調(diào)節(jié)容量（如電力行業(yè)），易滋生微生物，在半年內(nèi)受到微生物污堵需要清洗的膜元件中，污堵較嚴(yán)重的單只8英寸卷式膜元件濕重達(dá)35kg，正常濕重為16.4kg，污染物呈淺黃色透明狀，燃燒氣味呈羊毛味。

防止微生物污染的方法通常是采取有效的殺菌處理措施，有氯氣及NaClO,ClO2,KMnO4,H22O2、O3、紫外線照射等常規(guī)方法，控制重點(diǎn)是選取合適的殺菌劑，足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間。對(duì)于氯類(lèi)殺菌劑，投加量一般以進(jìn)水余氯含量>1mg/L為準(zhǔn)，根據(jù)不同的反滲透膜控制合適的殘余氯量。另外還可以采用氧化性和非氧化性殺菌劑(如Na2S2O5、NaHSO350mg/L，異噻唑啉酮15-25mg/L)定期、交替沖擊性、大劑量殺菌，可殺滅系統(tǒng)中大部分微生物，甚至可以穿透粘附于系統(tǒng)中的生物粘泥膜，起到殺滅、剝離作用。再就是嚴(yán)格控制給水中的有機(jī)物含量(以總有機(jī)碳TOC表示不超過(guò)2mg/L)，不讓細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。較好同時(shí)注意監(jiān)測(cè)反滲透系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的水中細(xì)菌總數(shù)(TBC)以便有效的預(yù)防，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有徽生物污染的癥狀時(shí)(壓差升高10%，產(chǎn)水量降低10%)應(yīng)及時(shí)采取清洗措施(包括對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)和RO系統(tǒng)的清洗)，以免污染加重。

定期殺菌，一般采用1%-3%的甲醛溶液沖洗15min，殺死細(xì)菌。在RO系統(tǒng)停用期間，要求用甲醛，每2天洗1次。除采用甲醛以外，還可采用0.2%的H22O2進(jìn)行殺菌。

一般認(rèn)為，經(jīng)過(guò)活性炭處理過(guò)的水中會(huì)含有大量微生物。但對(duì)于活性炭處理工藝,只要調(diào)整好反洗頻率及更換頻次,也可以防止微生物污染

4、結(jié)語(yǔ)

（1）在反滲透水處理系統(tǒng)中反滲透膜的微生物污染在各種膜污染中是較嚴(yán)重的。它具有發(fā)展迅速，形成的生物膜難于徹底清除等特點(diǎn)，易堵塞膜，導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)進(jìn)出水間壓差迅速增大，產(chǎn)水量與脫鹽率快速下降，可能污染產(chǎn)品水，甚至損壞膜。

（2）可以通過(guò)監(jiān)測(cè)濃水細(xì)菌總數(shù)（TBC）值的變化和給水的總有機(jī)碳（TOC）值來(lái)對(duì)微生物污染進(jìn)行預(yù)測(cè)，并可以通過(guò)燃燒污染物來(lái)簡(jiǎn)易判斷是否是微生物污染。

（3）要加強(qiáng)對(duì)地下水作為原水時(shí)預(yù)處理消毒殺菌的重視，防止在RO裝置中出現(xiàn)微生物污染。

（4）對(duì)微生物污染的防治除常規(guī)方法外，還可以采用氧化性和非氧化性殺菌劑定期、交替沖擊性、大劑量殺菌。嚴(yán)格控制給水中的有機(jī)物含量(以總有機(jī)碳TOC表示不超過(guò)2mg/L)，不讓細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。對(duì)于活性炭處理工藝,只要調(diào)整好反洗頻率及更換頻次,也可以防止微生物污染。

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