反滲透水處理系統的微生物污染與防治研究

從1953年提出用反滲透技術淡化海水，到二十世紀60年代的商業化運營，時至今日經過50多年的發展，反滲透水處理技術成功地運用于許多領域。從反滲透技術剛開始只用于海水淡化，后來逐步擴大到苦咸水淡化、食品加工、醫藥衛生、飲料凈化、超純水制備等方面，產生了很高的經濟效益。

在反滲透水處理系統運行過程中，若系統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），微生物污染具有其特殊性，它在反滲透水處理中所造成的運行困難是較嚴重的一種。目前，國內在反滲透水處理系統運行中，膜的微生物污染問題日漸突出。

1、微生物污染的產生和危害

  1.1 產生原因

  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。

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境，若在進人反滲透系統前不加以殺滅，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，幾天之內便可在反滲透膜表面形成生物膜層，導致反滲透系統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境。

在RO 系統中，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長提供了一定的條件）

  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。而醋酸纖維素膜裝置是目前超純水制造系統中常用且經濟的反滲透裝置。但其較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。

大量微生物在膜、組件內的大量繁殖.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，使膜結構的完整性遭到破壞，甚至造成重大系統故障(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。消毒殺菌也難于使粘泥徹底清除。

微生物的一個重要特征是它們具有對營養水動力或其他條件變化作出迅速生化和基因調節的能力。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。

  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境下工作，而細菌等微生物附在膜的表面和通道網層上，憑借水中的營養成分大量繁殖。許多文獻都表明，這種污染似乎在膜的中部發生，但從實際看來，經常是整個系統一起泛濫。

2、微生物污染的預測與簡易辨別方法

（1）測定從原水入口、預處理各個環節反滲透給水、濃水以及反滲透產品水的細菌總數（TBC），計算細菌變化數值。若發現濃水中的TBC明顯增加，說明反滲透膜上可能有粘泥形成。

（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物。所以可對有機物（以總有機碳表示，簡稱TOC）進行監測，膜廠家提示控制TOC<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。

（3）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上燃燒，其氣味與毛發燃燒的氣味相同。

3、微生物污染防治

對于RO水處理系統,必須在RO工藝系統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。

關于防治微生物污染。傳統的觀點認為，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含量<10,000cfu/ml時，都是比較安全的，由此，應用者在選擇設計RO工藝系統時，給予的重視常常不足。國內實例表明，某些地下水系統中的RO膜元件已受到不同程度上的微生物污堵，這是因為該系統中均設有原水池，其容積一般為1-2小時的貯水調節容量（如電力行業），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，污堵較嚴重的單只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>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，異噻唑啉酮15-25mg/L)定期、交替沖擊性、大劑量殺菌，可殺滅系統中大部分微生物，甚至可以穿透粘附于系統中的生物粘泥膜，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)，不讓細菌的生長繁殖。較好同時注意監測反滲透系統各環節的水中細菌總數(TBC)以便有效的預防，當發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(包括對預處理系統和RO系統的清洗)，以免污染加重。

定期殺菌，一般采用1%-3%的甲醛溶液沖洗15min，殺死細菌。在RO系統停用期間，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。

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

4、結語

（1）在反滲透水處理系統中反滲透膜的微生物污染在各種膜污染中是較嚴重的。它具有發展迅速，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。

（2）可以通過監測濃水細菌總數（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。

（3）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。

（4）對微生物污染的防治除常規方法外，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)，不讓細菌的生長繁殖。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。

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