反滲透膜微生物的污染與防治

1、反滲透膜微生物的污染與防治在反滲透膜污染的幾個(gè)類(lèi)型中（微生物污染、化學(xué)污染、顆粒和膠體污染），微生物污染具有它的特殊性，它在反滲透水處理中所造成的運(yùn)行困難是最嚴(yán)峻的一種。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。通常認(rèn)為，給水污染指數(shù)（污泥密度指數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)SDI）具有包涵微顆粒污染的綜合特征，所以往往把預(yù)處理的重點(diǎn)集中于SDI上。國(guó)際上各膜生產(chǎn)廠家對(duì)給水微生物也未規(guī)定具體指標(biāo)。所以，無(wú)論是對(duì)地表水還是地下水的處理，經(jīng)常認(rèn)為只要SDI合格，并實(shí)行了防垢把握措施，反滲透給水處理就有了保障。然而，事實(shí)并非如此。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)近年來(lái)消滅的反滲透膜的微生物污染事例令人們深省。事實(shí)上

2、，反滲透水處理系統(tǒng)在投產(chǎn)后不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)微生物污染就會(huì)消滅，引起壓差增大數(shù)倍、產(chǎn)水量大幅度下降等嚴(yán)峻危害。1、微生物污染1.1反滲透給水中的微生物。微生物包括細(xì)菌、藻類(lèi)、真菌及其芽孢、孢子和病毒。細(xì)菌顆粒微小，一般為13m，病毒則更小，約為0.010.2m，藻類(lèi)、真菌比細(xì)菌大很多。而細(xì)菌的數(shù)量通常很大，一滴水多時(shí)可含有幾千萬(wàn)個(gè)，極少時(shí)1mL水中也會(huì)含有幾個(gè)、幾十個(gè)。地表水含微生物較多，近年來(lái)在地下水中也常發(fā)覺(jué)細(xì)菌繁衍的事例。微生物可視為膠體，帶有負(fù)電荷，通過(guò)分散、過(guò)濾可除去大部分，但徹底除去則格外困難而簡(jiǎn)單，盡管接受氯化消毒、氧化等手段，仍會(huì)有少數(shù)存在，甚至以孢子的形式臨時(shí)隱蔽起來(lái)。有事例證明，

3、即使實(shí)行精密過(guò)濾、超濾，有時(shí)也是不盡人意的。1.2反滲透給水系統(tǒng)中的微生物粘泥。微生物膜是微生物在具有有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的養(yǎng)分環(huán)境下，在膜表面新陳代謝而形成的。特殊是在水通量過(guò)高或發(fā)生濃差極化時(shí)，微生物呈數(shù)倍的快速繁殖。這是一種膠粘物，其粘附力很強(qiáng)，難以清除，可以愛(ài)護(hù)微生物不受水流剪切作用而沖走，也不易受化學(xué)消毒藥劑的影響，由于不易徹底清除，因而加速粘泥的再生。這些微生物屬于附著細(xì)菌。1.3反滲透膜面上微生物污染的特點(diǎn)。反滲透膜的微生物污染具有它的特殊性，其特點(diǎn)如下：（1）給水SDI合格，并不能保證避開(kāi)微生物污染。給水SDI4、甚至SDI3時(shí)，仍舊可能在膜表面消滅大量粘泥狀生物膜，它取決于水中細(xì)菌

4、的繁殖狀況和水通量的大小。（2）微生物污染進(jìn)展快速，一旦膜上消滅細(xì)菌群落，特殊是在消滅濃差極化的狀況下，將會(huì)在1、2個(gè)月內(nèi)，甚至數(shù)天就會(huì)生成粘泥膜，消滅過(guò)高的給水壓降，為保持反滲透的產(chǎn)水量，給水泵的壓力就須提高，增大電力消耗。（3）生物膜（生物粘泥）在造成膜污染的同時(shí)，增大膜的透水阻力，使產(chǎn)水量下降，并可能使產(chǎn)品水質(zhì)下降。膜污染促使隔網(wǎng)污染，造成給水壓降上升。（4）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，也不能被沖掉。消毒殺菌也難于使粘泥徹底清除。2、微生物粘泥在反滲透膜上的形成過(guò)程生物膜的形成可分為4個(gè)階段。第一階段，水中有機(jī)物（腐殖質(zhì)、聚糖酯）等大分子物質(zhì)

5、被膜表面吸附，成為微生物生存的條件；其次階段，反滲透進(jìn)水中的微生物細(xì)胞遷移至膜上，在水流中處于非穩(wěn)定的可逆附著物狀態(tài)，假如水流速度快則可能被沖入水中。因而運(yùn)行中保證膜間隔網(wǎng)和膜表面的流速是重要的；第三階段，當(dāng)膜表面粘附微生物后，給水中的細(xì)菌數(shù)量和膜表面具有的養(yǎng)分狀態(tài)對(duì)后續(xù)的大量的不同菌種的粘附和形成細(xì)菌群落起著重要作用；第四階段，反滲透膜上形成了不行逆的附著和堵塞，膜的產(chǎn)水阻力增大，產(chǎn)水量下降，隔網(wǎng)壓差上升。引起反滲透膜生物污染的因素和污染源。幾乎全部的原水都含有微生物，但零星的微生物未形成菌落，并不構(gòu)成微生物污染的威逼。反滲透膜的生物污染不是孤立因素，涉及因素很多，如水源、溫度、季節(jié)、處理方

6、式、運(yùn)行條件、膜的化學(xué)成分、膜的表面狀態(tài)、隔網(wǎng)尺寸、外形、預(yù)處理、管路設(shè)備連接結(jié)構(gòu)等。以地下水為水源的反滲透系統(tǒng)在膜表面產(chǎn)生微生物是近來(lái)消滅的一個(gè)新問(wèn)題，通常認(rèn)為反滲透給水處理只對(duì)地表水才需實(shí)行生物殺菌處理。但近來(lái)頻頻消滅來(lái)自地下水的原水對(duì)膜的污染，甚至在含有游離氯的條件下還存在生物膜，即使增大余氯量也對(duì)之無(wú)影響。預(yù)處理系統(tǒng)被污染后往往成為反滲透膜生物污染源之一。預(yù)處理系統(tǒng)被微生物污染后，不易得到徹底、有效地清洗，即使反滲透膜經(jīng)清洗后，又會(huì)被來(lái)自預(yù)處理的污染物所污染，甚至23d就要清洗一次。反滲透膜表面和給水流通隔網(wǎng)上的污染相互影響。當(dāng)膜的水通量不是很高，給水流速較低時(shí)，細(xì)菌群落棲息于隔網(wǎng)上形

7、成粘泥，隔網(wǎng)阻力便會(huì)增大，使細(xì)菌進(jìn)一步在膜表面上進(jìn)展。當(dāng)膜的水通量過(guò)高時(shí)，細(xì)菌群落便會(huì)沉落于膜上，菌落也會(huì)漸漸沉積于隔網(wǎng)上。兩種狀況均會(huì)使給水通路減小，壓降上升，產(chǎn)水量下降。3、反滲透給水微生物的把握3.1微生物粘泥的猜測(cè)。生物粘泥的猜測(cè)有以下幾個(gè)方面：（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)覺(jué)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)菌滋生的養(yǎng)分物。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)，膜廠家提示把握TOC2mg/L（以C表示）。2mg/L

8、TOC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）定期細(xì)致地檢查反滲透前的濾芯過(guò)濾器及給水管、濃水管內(nèi)部的清潔程度，若發(fā)覺(jué)有粘狀物或臭味則為產(chǎn)生生物粘泥的征兆。3.2微生物污染的把握。至今防止反滲透膜微生物污染，均靠實(shí)行宏觀的殺菌措施，尚無(wú)生產(chǎn)廠家和用戶對(duì)微生物的數(shù)量提出具體的把握指標(biāo)，其困難在于微生物的生長(zhǎng)繁殖快，通常適宜條件下2030min即分裂一倍，且影響因素多，難于用數(shù)量把握。但通過(guò)測(cè)定反滲透系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)水中細(xì)菌總數(shù)（TBC指1mL水樣在培育基中經(jīng)肯定時(shí)間培育所生成的細(xì)菌群落的總數(shù)cfu/mL），對(duì)猜測(cè)微生物膜污染并把握其進(jìn)展可起重要作用。當(dāng)原水

9、受到污染，或地下水中菌群數(shù)達(dá)到10000cfu/mL時(shí)應(yīng)引起重視，準(zhǔn)時(shí)實(shí)行殺菌措施，避開(kāi)在膜上進(jìn)展為生物膜。由于環(huán)境條件千差萬(wàn)別，該值難于嚴(yán)格劃一，但及早實(shí)行措施，可把握細(xì)菌繁殖為群落，避開(kāi)進(jìn)展為粘泥。4、反滲透給水中微生物的消毒與殺菌接受氯及次氯酸鹽、二氧化氯、臭氧及紫外線照射、消毒的常規(guī)方式已為大家所生疏，這里推舉三種防止微生物污染的特殊消毒、殺菌方式。4.1沖擊性殺菌處理。在正常過(guò)程中，實(shí)行定期短暫地加殺生劑于給水中。最常用的藥劑為NaHSO3，劑量為5001000mg/L，每次持續(xù)30min，每天一次。在5m過(guò)濾之前加入Na2S2O5（食品級(jí)）。亞硫酸鹽對(duì)好氧菌比厭氧菌更有效。使用時(shí)可

10、檢測(cè)細(xì)菌總數(shù)以觀看效果。除了NaHSO3殺生劑外，還可加入二甲基二硫代氨基甲酸鈉，屬非氧化性殺生劑，每星期沖擊一次，每次1h劑量為20mg/L。近年來(lái)，非氧化性殺菌劑異噻唑啉酮引起人們的重視，它具有廣譜、高效、低毒等特點(diǎn)，能夠殺死水中的細(xì)菌、真菌、藻類(lèi)，包括粘液膜下的微生物，使用劑量為0.5mg/L即可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境平安。用昆明種小鼠試驗(yàn)的LD50為2.723/kg。目前常使用殺生劑為異噻唑啉酮的衍生物，如2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮，其結(jié)構(gòu)式如下：異噻唑啉酮的殺菌原理是由于它的分子中含有氮硫鍵，能使細(xì)菌細(xì)胞的蛋白質(zhì)的鍵斷開(kāi)而起殺菌作用。當(dāng)與微生物接觸后，不行逆地抑制其生長(zhǎng)，直至微生物

11、細(xì)胞的死亡。異噻唑啉酮還能穿透粘附在管道、水箱、反滲透膜表面的生物粘液膜，抑制和殺滅粘膜。異噻唑啉酮商品名Kathon。市售溶液含1.5%活性成分。Kathon用于沖擊性殺菌和停運(yùn)保養(yǎng)建議濃度為1525mg/L。4.2高劑量亞硫酸氫鈉膜前消毒。進(jìn)入反滲透膜前給水的NaHSO3處理，常規(guī)處理方式是為了除去加氯消毒后的殘余氯，避開(kāi)造成膜受氧化而破壞。而接受高劑量NaHSO3處理是為了消毒殺菌，此方式類(lèi)似于停用時(shí)膜的愛(ài)護(hù)，此法常用于海水的給水處理，加入量大于50mg/L，補(bǔ)償了無(wú)Cl2的防菌缺陷，可有效地防止進(jìn)入膜的微生物繁殖。4.3定期殺菌。實(shí)行“定期殺菌”可預(yù)防中等程度的污染。定期殺菌是在運(yùn)行過(guò)

12、程中進(jìn)行的。當(dāng)發(fā)覺(jué)反滲透膜已有被生物污染的征兆時(shí)，可以停運(yùn)，進(jìn)行短期加藥殺菌。具體措施是將預(yù)備好的1%3%的甲醛溶液加入系統(tǒng)并循環(huán)1h，再排出。然后以給水沖洗約1015min至出水水質(zhì)合格即可投入運(yùn)行。定期殺菌的藥劑除接受甲醛外，尚可選用0.2%的H2O2或H2O2與過(guò)氧乙酸兩者濃度為0.2%的殺菌液。凡氧化性藥劑均會(huì)對(duì)反滲透膜造成肯定的破壞，特殊是濃度超過(guò)0.2%的殺菌液最好節(jié)制使用。一般“定期消毒”可每隔1個(gè)月一次，也可每天一次。這樣做在肯定程度上會(huì)影響反滲透膜的使用壽命，但綜合效果是有益的。5、結(jié)論（1）在反滲透膜的諸種污染中，微生物污染是最嚴(yán)峻的。其污染特點(diǎn)：1）污染進(jìn)展快速，反滲透膜上一旦消滅積聚的細(xì)菌群落，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生粘泥，增大給水壓降，降低產(chǎn)水量；2）清洗困難，生物粘泥不溶于酸，難溶于堿，幾乎不受水流剪切力影響，即使頻繁沖洗效果甚微。消毒殺菌也難以將粘泥徹底清除。（2）目前，國(guó)內(nèi)外膜的生產(chǎn)廠家及用戶對(duì)給水微生物的把握尚沒(méi)有具體指標(biāo)，但測(cè)定反滲透系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的水中細(xì)菌總數(shù)，對(duì)預(yù)防和防止微生物污染具有實(shí)際意義。試驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)水中菌群數(shù)達(dá)到10000cfu/mL時(shí)，并視TBC的變化趨勢(shì)準(zhǔn)時(shí)實(shí)行殺菌措施，以避開(kāi)在膜上進(jìn)展成為生物膜。（