反滲透水處理系統(tǒng)的微生物污染與防治研究

1、<p>　　反滲透水處理系統(tǒng)的微生物污染與防治研究</p><p>　　摘 要：針對反滲透水處理系統(tǒng)運行中出現的微生物污染情況，分析了反滲透膜微生物污染產生的原因及危害，給出了微生物污染預測和簡易辨別的方法，提供了微生物污染防治的措施與方法。 </p><p>　　關鍵詞：反滲透膜；微生物污染；防治 </p><p>　　從1953年提出用反滲透技術淡

2、化海水，到二十世紀60年代的商業(yè)化運營，時至今日經過50多年的發(fā)展，反滲透水處理技術成功地運用于許多領域。從反滲透技術最初只用于海水淡化，后來逐步擴大到苦咸水淡化、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、飲料凈化、超純水制備等方面，產生了很高的經濟效益。 </p><p>　　在反滲透水處理系統(tǒng)運行過程中，若系統(tǒng)設計不合理或運行控制不當，必然會出現膜污染的情況。在膜污染的幾種類型中（沉淀污染、微生物污染、膠體污染等），微生物污染具

3、有其特殊性，它在反滲透水處理中所造成的運行困難是最嚴重的一種。目前，國內在反滲透水處理系統(tǒng)運行中，膜的微生物污染問題日漸突出。 </p><p>　　1 微生物污染的產生和危害 </p><p>　　1.1 產生原因 </p><p>　　生物污染是指微生物在膜-水界面上積累從而影響系統(tǒng)性能的現象。微生物污染是膜材料、流動參數（如溶解物，流動速度，壓力等）和微

4、生物間復雜的相互作用的結果。微生物污染基本上是一個生物膜生長的問題。 </p><p>　　微生物污染的主要來源是RO進料水。由于地表水和淺層地下水中都存在著微生物，預處理系統(tǒng)未正常有效工作，微生物就會進RO組件，而RO組件內部潮濕陰暗可為微生物生長提供理想環(huán)境，若在進人反滲透系統(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養(yǎng)鹽而繁殖生長，在溫較熱的條件下，微生物的生長更是迅速，幾天之內便可在

5、反滲透膜表面形成生物膜層，導致反滲透系統(tǒng)進出水間壓差迅速增大，產水量與脫鹽率快速下降，同時污染產品水。另一方面預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量，給微生物提供了適宜的生長環(huán)境。 </p><p>　　在RO 系統(tǒng)中，主要存在的是好氧性細菌，一般未見真菌和霉菌，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菌的主要場所，其次RO處理器內部也有細菌的生長（由于膜的有機材料給細菌的生

6、長提供了一定的條件） </p><p><b>　　1.2 危害 </b></p><p>　　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。而醋酸纖維素膜裝置是目前超純水制造系統(tǒng)中常用且經濟的反滲透裝置。但其最大的缺點之一就是抗微生物的侵蝕能力較差。聚酰胺類膜盡管能抗微生物侵蝕，但污染問題仍然存在。 </p><p>　　大量微

7、生物在膜、組件內的大量繁殖.將造成三方面的不良后果，第一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，使膜結構的完整性遭到破壞，甚至造成重大系統(tǒng)故障(僅對CA膜);第二是微生物的大量繁殖和代謝，產生大量的膠體物質，致使膜被堵塞，會增大給水壓降，造成通水量下降;第三將造成產水中細菌總數的增加，使產品水質下降；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

8、粘泥徹底清除。 </p><p>　　微生物的一個重要特征是它們具有對營養(yǎng)水動力或其他條件變化作出迅速生化和基因調節(jié)的能力。因此，生物污染比非活性的膠體污染或礦物質結垢危害性更大。 </p><p>　　目前廣泛應用的TFC反滲透膜，它的關鍵材料是聚丙烯酰胺，它對氧化性物質不具備堅強的抵抗力，因此，用戶一般都控制了反滲透入口的氧化還原電位，使膜在無氧化劑的環(huán)境下工作，而細菌等微生物附在

9、膜的表面和通道網層上，憑借水中的營養(yǎng)成分大量繁殖。許多文獻都表明，這種污染似乎在膜的中部發(fā)生，但從實際看來，經常是整個系統(tǒng)一起泛濫。 </p><p>　　2 微生物污染的預測與簡易辨別方法 </p><p>　?。?）測定從原水入口、預處理各個環(huán)節(jié)反滲透給水、濃水以及反滲透產品水的細菌總數（TBC），計算細菌變化數值。若發(fā)現濃水中的TBC明顯增加，說明反滲透膜上可能有粘泥形成。 &

10、lt;/p><p>　　（2）給水中的有機物不僅自身可形成膜的污染，還可作為細菌滋生的營養(yǎng)物。所以可對有機物（以總有機碳表示，簡稱TOC）進行監(jiān)測，膜廠家提示控制TOC&lt;2mg/L(以C表示)。2mg/LTOC大致相當于5mg/L的總有機生物量此值在正常運行時，不會引起膜間有機物污堵。 </p><p>　?。?）檢驗是否為微生物污染的簡單方法是：從表面刮取一小部分污染物放在火焰

11、上燃燒，其氣味與毛發(fā)燃燒的氣味相同。 </p><p>　　3 微生物污染防治 </p><p>　　對于RO水處理系統(tǒng),必須在RO工藝系統(tǒng)預處理中設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。 </p><p>　　關于防治微生物污染。傳統(tǒng)的觀點認為，RO膜元件的微生物污堵主要來自于地表水，來自地下水的污堵則較輕，同時認為在RO裝置進水中的微生物

12、含量&lt;10,000cfu/ml時，都是比較安全的，由此，應用者在選擇設計RO工藝系統(tǒng)時，給予的重視常常不足。國內實例表明，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，這是因為該系統(tǒng)中均設有原水池，其容積一般為1-2小時的貯水調節(jié)容量（如電力行業(yè)），易滋生微生物，在半年內受到微生物污堵需要清洗的膜元件中，污堵最嚴重的單只8英寸卷式膜元件濕重達35kg，正常濕重為16.4kg，污染物呈淺黃色透明狀，燃燒氣味呈

13、羊毛味。 </p><p>　　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，控制重點是選取合適的殺菌劑，足夠長的接觸時間。對于氯類殺菌劑，投加量一般以進水余氯含量&gt;1mg/L為準，根據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

14、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。再就是嚴格控制給水中的有機物含量(以總有機碳TOC表示不超過2mg/L)，抑制細菌的生長繁殖。最好同時注意監(jiān)測反滲透系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的水中細菌總數(TBC)以便有效的預防，當發(fā)現有徽生物污染的癥狀時(壓差升高10%，產水量降低10%)應及時采取清洗措施(包括對預處理系統(tǒng)和RO系統(tǒng)的清洗)，以免污染加重。 &

15、lt;/p><p>　　定期殺菌，一般采用1%-3%的甲醛溶液沖洗15min，殺死細菌。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進行殺菌。 </p><p>　　一般認為，經過活性炭處理過的水中會含有大量微生物。但對于活性炭處理工藝,只要調整好反洗頻率及更換頻次,也可以防止微生物污染。 </p><p>　　如：由外

16、國公司給中國華晶電子集團公司設計制造的250t/h前處理設備,其工藝流程為“沙濾-5μm過濾器-超濾-水箱-泵-5μm過濾器-高壓泵-RO-水箱”,其中,在水箱之后添加了亞硫酸氫鈉來還原水中的余氯。當初,設計人員普遍認為,采用了截留分子量為80000MWCO的UF系統(tǒng),完全可以保證RO的運行,但情況并不如此,自投加亞硫酸氫鈉后,所有的管壁、泵內腔、乃至膜面、濃水口均出現了糊膠狀物質,當水源發(fā)生季節(jié)性變換時,清洗的最高頻次達每周一次,反滲

17、透壽命只能維持一年左右(24小時運轉)。經過化驗,反滲透入口處的細菌總數超過2000個/ml。對水進行的有機物分子量分布實驗見表2,發(fā)現水中的低分子量物質占絕對優(yōu)勢,COD值為4.5左右,TOC值為4.3mg/l,254nm紫外吸光度=5OD/m,綜合各種數據表明,水中的富維酸、腐植酸的含量已經很高,促進了微生物的生長,鑒于這種情況,在工藝中加入了活性炭過濾器,用活性炭吸附水中的有機營養(yǎng)成分、控制水中溶氧含量、并且取代投加亞硫酸氫鈉,結

18、果表明,RO及各段管道明顯好轉,改造后膜壽命延長到三年(24小時運轉)。 </p><p><b>　　4 結語 </b></p><p>　　（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最嚴重的。它具有發(fā)展迅速，形成的生物膜難于徹底清除等特點，易堵塞膜，導致反滲透系統(tǒng)進出水間壓差迅速增大，產水量與脫鹽率快速下降，可能污染產品水，甚至損壞膜。

19、</p><p>　　（2）可以通過監(jiān)測濃水細菌總數（TBC）值的變化和給水的總有機碳（TOC）值來對微生物污染進行預測，并可以通過燃燒污染物來簡易判斷是否是微生物污染。 </p><p>　?。?）要加強對地下水作為原水時預處理消毒殺菌的重視，防止在RO裝置中出現微生物污染。 </p><p>　?。?）對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

20、性殺菌劑定期、交替沖擊性、大劑量殺菌。嚴格控制給水中的有機物含量(以總有機碳TOC表示不超過2mg/L)，抑制細菌的生長繁殖。對于活性炭處理工藝,只要調整好反洗頻率及更換頻次,也可以防止微生物污染。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　［1］張建國，羅凱.反滲透應用與研究現狀［J］.中國資源綜合利用，2004，（12）：6.

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