純水系統(tǒng)的微生物控制和管理方法.doc

純水系統(tǒng)的微生物控制和管理方法摘要：銅箔在制成后需要用潔凈度較高的純水對其進(jìn)行清洗，而絕多數(shù)純水中都存在一定程度的微生物污染，尤其是氣溫較高的夏季，水體中細(xì)菌及微生物的滋生、繁殖非常嚴(yán)重，并且對設(shè)備和管路造成不可逆的污染，很難徹底清洗干凈。針對此問題，本文簡單介紹了水體中微生物的來源和幾種常見的控制、管理方法，希望可以對銅箔廠有所幫助。關(guān)鍵詞：銅箔；純水系統(tǒng)；微生物；控制方法0 引言洗箔是銅箔制成后用純水清洗銅箔表面的一道工序，目的是去除產(chǎn)品表面殘存的電解液，因此對洗箔時所用純水的潔凈度要求較高。目前，純水制造較多采用雙膜法工藝，所產(chǎn)出的純水在顆粒數(shù)量、有機(jī)物的含量（TOC）及電導(dǎo)率等指標(biāo)上，均可以滿足銅箔廠對純水潔凈度的要求，但制水膜組件之后仍有開放式的純水罐及長達(dá)幾十米甚至上百米的管路，水體中會進(jìn)入微生物如孢子、細(xì)菌等，并在存儲、輸送中迅速繁殖成水藻和菌落，因而會嚴(yán)重污染水體、管路及儲罐。被污染的純水用于清洗銅箔，這些微生物會附著于銅箔表面，導(dǎo)致銅箔表面出現(xiàn)不均勻的“白斑”，嚴(yán)重影響到銅箔的外觀。對此，科百特公司將介紹幾種在純水系統(tǒng)微生物控制方面的技術(shù)及經(jīng)驗，希望可以有助于銅箔廠純水系統(tǒng)及管路的潔凈控制及管理。1純水系統(tǒng)中微生物的來源目前銅箔廠的純水制造系統(tǒng)以反滲透裝置居多，而反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常會出現(xiàn)膜污染的情況，如沉淀污染、膠體污染、微生物污染等，其中微生物污染具有一定的特殊性，因為微生物對純水系統(tǒng)不但具有污染性，而且存在快速滋生和繁殖的現(xiàn)象，對整個水系統(tǒng)的儲罐、管路和用水端都會造成嚴(yán)重的“傳染”。經(jīng)研究證明，純水系統(tǒng)對微生物的繁殖具有眾多有利條件。1.1 原水中的微生物微生物污染的主要來源是反滲透的進(jìn)水。無論是自來水、地表水，或者是回用的中水，都存在著一定程度的微生物，包括水藻、芽孢、孢子、真菌、細(xì)菌和病毒等為主。雖然通過水體預(yù)氧化處理的方法可以去除一部分微生物，但微生物具有易滋生和繁殖的特性，所以很難完全根除，尤其是在氣溫較高的夏季，潮濕溫?zé)岬臈l件會促使微生物急劇生長。1.2 多介質(zhì)過濾器的影響多介質(zhì)過濾器是由砂濾層、活性炭層等組成，其主要作用是過濾掉水體中的沙石和絮凝物等肉眼可見污物，并去降低水中的氯離子含量，避免對反滲透膜組造成損傷。但同時，吸附有機(jī)物的活性炭層，會成為微生物繁殖的溫床，因此多介質(zhì)過濾器中會沉積大量的微生物并進(jìn)入后道系統(tǒng)。1.3 水處理藥劑的影響水處理藥劑主要包括緩蝕劑、絮凝劑、阻垢劑、軟化劑和PH調(diào)節(jié)劑等，其主要作用是控制水垢、污泥的形成，并去除水體中的懸浮物及有毒物質(zhì)，實現(xiàn)除臭、脫色、軟化和穩(wěn)定水質(zhì)等效果。其中，工業(yè)用阻垢劑主要以磷酸鹽及其化合物為主，這些磷系化合物是細(xì)菌和水藻營養(yǎng)源，會使水體富營養(yǎng)化而導(dǎo)致細(xì)菌和水藻的繁殖，并進(jìn)一步造成反滲透膜組的微生物污染1。1.4 反滲透膜組的影響采用雙膜法工藝制備純水的系統(tǒng)，在經(jīng)過超濾膜進(jìn)入反滲透膜組前，水體中的膠體、顆粒和微生物等已經(jīng)去除掉很多，僅有少部分殘留，但是反滲透膜組中由于濃水段的營養(yǎng)鹽豐富，這些殘留的微生物會借助反滲透膜組提供的環(huán)境迅速繁殖，幾天內(nèi)便可在膜組件表面形成生物膜層，進(jìn)而也降低了反滲透的脫鹽率和產(chǎn)水率2。表1. 反滲透系統(tǒng)細(xì)菌分布2取樣點(diǎn)反滲透裝置水樣超濾出水保安過濾器出水RO出水RO濃水細(xì)菌數(shù)量（個/ml）1.61034103.31021.61021.01052 純水系統(tǒng)中微生物的控制方法綜上所述的多種原因，微生物成為純水系統(tǒng)中最為嚴(yán)重的污染物，不僅對影響水質(zhì)，更是對系統(tǒng)和設(shè)備造成污染，各企業(yè)也在一直尋求更有效的解決方法，以下簡單介紹常見的幾種微生物控制手段。2.1 化學(xué)藥劑法化學(xué)藥劑法是采用甲醛或雙氧水配比成一定濃度的水溶液，加入純水管路系統(tǒng)，在封閉的管路中利用甲醛的烷化性或雙氧水的強(qiáng)氧化性，對水體及管路進(jìn)行殺菌、滅活的效用。此方法效果理想，但由于藥劑對人體具有較強(qiáng)的刺激性，因此僅適合對管路系統(tǒng)的初次殺菌及偶爾維護(hù)。對于長期性和較為頻繁的維護(hù)，通常采用PH=12的氫氧化鈉溶液來作為管路系統(tǒng)的維護(hù)液，強(qiáng)堿性液體對于微生物的蛋白質(zhì)及核酸分子造成變性、水解，進(jìn)而抑制甚至殺死微生物3。此方法適用于對于大型或復(fù)雜的管路系統(tǒng)，可以在產(chǎn)水間歇期對系統(tǒng)進(jìn)行良好的清理，預(yù)微生物膜的形成。圖1. 氫氧化鈉溶液維護(hù)法示意圖2.2 紫外線殺菌法紫外線是一種波長在136nm-390nm的電磁輻射線，而細(xì)菌的脫氧核糖核酸 (DNA) 和核蛋白最易吸收波長為200nm-300nm的紫外線，并會造成核酸和蛋白的交聯(lián)被破壞。因此，在波長此區(qū)段間的紫外線具有殺菌作用，尤其是253.7nm時殺菌作用最強(qiáng)4。紫外線的殺菌能力是由紫外線的照射量所決定，而照射量等于紫外線的強(qiáng)度（W/cm2）與照射時間（s）的乘積，換言之，紫外線殺菌需要同時具備照射強(qiáng)度和照射時間兩個條件。照射強(qiáng)度的影響因素除了燈管功率外，燈照的距離、水樣的深度、水樣的濁度和環(huán)境的溫度等客觀條件，也會很大程度影響紫外線的強(qiáng)度；照射時間的影響因素主要是水的流速。根據(jù)相關(guān)資料的試驗數(shù)據(jù)，紫外線殺死各種細(xì)菌的照射量是不同的，通常253.7nm的紫外線照射量在6000-13000Ws/cm2內(nèi)，而美國規(guī)定的紫外線純水殺菌的照射量是16000Ws/cm24。需要注意的是，紫外線是一種較為便捷的殺菌方法，但其殺菌的效果也有限，只可作為輔助式殺菌方法。2.3 除菌過濾器除菌過濾器和殺菌劑、紫外線的作用不同，屬于單純的物理方法，雖然不能殺死細(xì)菌，但可以通過過濾的方式對其進(jìn)行100%的去除。除菌過濾材料與銅箔廠常規(guī)所用的PP過濾材料具有本質(zhì)上的差別，前者具有絕對意義的精度，可以將目前最小的細(xì)菌（0.2um）進(jìn)行完全去除。a. 常規(guī)PP過濾材料的結(jié)構(gòu)（相對精度） b. 除菌過濾材料的結(jié)構(gòu)（絕對精度）圖2. 普通過濾材料和除菌過濾材料的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)別無論是化學(xué)試劑或紫外線的殺菌，還是除菌過濾器的攔截，對于純水系統(tǒng)的微生物而言都只起到治理的作用，而微生物具有非常強(qiáng)的繁殖能力，所以在經(jīng)過一次殺菌或除菌后會稍有成效，但經(jīng)過一段時間后仍會出現(xiàn)微生物滋生的情況。因此，微生物的控制，重在對溶液系統(tǒng)的潔凈管理，持續(xù)的、反復(fù)的進(jìn)行清理。3 純水系統(tǒng)的潔凈管理方法對于純水系統(tǒng)的潔凈管理，需要通過對儲罐、管路、閥門等進(jìn)行定期的清洗維護(hù)來實現(xiàn)。目前，CIP清洗系統(tǒng)（Clean In Place）是一種高效而方便的設(shè)備清洗方法，可以對溶液系統(tǒng)中的微生物進(jìn)行較為徹底的清理，同時在清洗時不需拆卸設(shè)備、管路及零部件等。CIP清洗系統(tǒng)具有清洗液配制、輸送、循環(huán)、排放和回收等作用，作業(yè)時連接在管路上即可，通常幾個小時便可完成清洗過程。同時，CIP清洗系統(tǒng)可集成在線電導(dǎo)率檢測和TOC檢測系統(tǒng)，將管路系統(tǒng)的潔凈度控制數(shù)據(jù)化和標(biāo)準(zhǔn)化，以現(xiàn)溶液系統(tǒng)潔凈度的規(guī)范化管理。 圖3. 模塊化在線清洗站-CIP清洗系統(tǒng)3.1 CIP模塊化清洗系統(tǒng)的特點(diǎn)CIP在線清洗系統(tǒng)引起模塊化和移動式的設(shè)計，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 清洗時間短，流程簡單，可通迅速實現(xiàn)對管路系統(tǒng)的有效清洗。2) 清洗方便，無需拆卸設(shè)備，清洗過程可選擇半自動或全自動控制，作業(yè)效率高。3) 清洗成本低，通過定量配制清洗液和封閉式循環(huán)的方式，實現(xiàn)清洗液的有效利用。4) 功能性集成式模塊，可通過增加不同檢測模塊，實現(xiàn)清洗效果的在線檢測及控制。3.2 CIP模塊化清洗系統(tǒng)的清洗流程對于設(shè)備和管路的清洗，通常需要先對系統(tǒng)的管路表面進(jìn)行預(yù)熱，再進(jìn)行化學(xué)試劑的清洗，其一般程序為：純水預(yù)沖洗約10min熱純水沖洗約10min熱堿液循環(huán)約30min熱純水沖洗約10min純酸液循環(huán)約30min熱純水沖洗約15min排液CIP清洗系統(tǒng)的清洗效率，受到系統(tǒng)中的清洗劑種類、清洗時間、清洗液溫度、清洗液濃度和流速等多個因素的影響5，因此清洗方案和模塊組件的配置，需要先檢測驗證出微生物的種類，然后根據(jù)其特性配制相應(yīng)的清洗劑及濃度，計算合適的流速和溫度，然后才能達(dá)到有效的清洗效果。銅箔廠的條件，雖然不具備對純水系統(tǒng)停機(jī)進(jìn)行全面維護(hù)，但如果通過對用水終端的管路進(jìn)行清洗來實現(xiàn)布局控制，并且對做到1-2個月的清洗頻率，相信設(shè)備和管路的微生物污染情況會有很大改善。4 其他注意事項對于純水系統(tǒng)的微生物污染控制，一方面建議采用相應(yīng)的殺菌、除菌，另一方面需要定期的清理維護(hù)，此外對純水儲罐的設(shè)計也應(yīng)加以重視。儲罐因為需要有液體進(jìn)出量差，因為頂部均設(shè)有空氣交換口（呼吸口），而通常這些呼吸口都是開放式的設(shè)計，即直接在大氣環(huán)境中敞開，而空氣中的粉塵、毛發(fā)以及微生物如孢子、細(xì)菌等可直接由此進(jìn)行溶液系統(tǒng)。進(jìn)入純水系統(tǒng)的微生物會逐漸生長繁殖成大型微生物膜或菌落，附著在罐體內(nèi)，而進(jìn)入硫酸銅溶液的則會以尸體狀體殘留于溶液中。對此，建議在儲罐設(shè)計時加入除菌呼吸器，其運(yùn)行周期通常為1年左右，成本較低，但卻對設(shè)備和系統(tǒng)起到很好的保護(hù)作用。 a. 苔孢在純水中生長為青苔 b. 硫酸銅中的微生物尸體圖4. 通過儲罐呼吸口進(jìn)入純水/溶液的微生物5 結(jié)語微生物會不斷產(chǎn)生并繁殖，一旦出現(xiàn)就具有不可逆性，因此對于純水系統(tǒng)的微生物控制，需要從儲罐和管路系統(tǒng)的殺菌、清洗及日常防護(hù)上綜合管理，并且需要持續(xù)進(jìn)行，尚可取得一定成效。參考文獻(xiàn)：1 張建國，羅凱.反滲透應(yīng)用及研究現(xiàn)狀J.中國資源