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反渗透水处理系统的微生物污染与防治研究
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内容提示：针对反渗透水处理系统运行中出现的微生物污染情况，分析了反渗透膜微生物污染产生的原因及危害，给出了微生物污染预测和简易辨别的方法，提供了微生物污染防治的措施与方法。
摘 要：针对反渗透水处理系统运行中出现的微生物污染情况，分析了反渗透膜微生物污染产生的原因及危害，给出了微生物污染预测和简易辨别的方法，提供了微生物污染防治的措施与方法。
关键词：反渗透膜；微生物污染；防治
从1953年提出用反渗透技术淡化海水，到二十世纪60年代的商业化运营，时至今日经过50多年的发展，反渗透水处理技术成功地运用于许多领域。从反渗透技术最初只用于海水淡化，后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面，产生了很高的经济效益。
在反渗透水处理系统运行过程中，若系统设计不合理或运行控制不当，必然会出现膜污染的情况。在膜污染的几种类型中（沉淀污染、微生物污染、胶体污染等），微生物污染具有其特殊性，它在反渗透水处理中所造成的运行困难是最严重的一种。目前，国内在反渗透水处理系统运行中，膜的微生物污染问题日渐突出。
1 微生物污染的产生和危害
1.1 产生原因
生物污染是指微生物在膜-水界面上积累从而影响系统性能的现象。微生物污染是膜材料、流动参数（如溶解物，流动速度，压力等）和微生物间复杂的相互作用的结果。微生物污染基本上是一个生物膜生长的问题。
微生物污染的主要来源是RO进料水。由于地表水和浅层地下水中都存在着微生物，预处理系统未正常有效工作，微生物就会进RO组件，而RO组件内部潮湿阴暗可为微生物生长提供理想环境，若在进人反渗透系统前不加以杀灭，这些微生物将以反渗透膜为载体借助反渗透浓水段的营养盐而繁殖生长，在温较热的条件下，微生物的生长更是迅速，几天之内便可在反渗透膜表面形成生物膜层，导致反渗透系统进出水间压差迅速增大，产水量与脱盐率快速下降，同时污染产品水。另一方面预处理也可能是微生物污染源，如辅助除去悬浮物体的絮凝剂过量，给微生物提供了适宜的生长环境。
在RO 系统中，主要存在的是好氧性细菌，一般未见真菌和霉菌，好氧菌在系统不同阶段分布不同，如表1可以看出原水罐是滋生细菌的主要场所，其次RO处理器内部也有细菌的生长（由于膜的有机材料给细菌的生长提供了一定的条件）
1.2 危害
目前商品化的反渗透膜材料主要有醋酸纤维和聚酰胺两大类。而醋酸纤维素膜装置是目前超纯水制造系统中常用且经济的反渗透装置。但其最大的缺点之一就是抗微生物的侵蚀能力较差。聚酰胺类膜尽管能抗微生物侵蚀，但污染问题仍然存在。
大量微生物在膜、组件内的大量繁殖.将造成三方面的不良后果，第一是微生物要吞食反渗透膜，脱盐层被侵蚀而使脱盐率下降，并造成膜寿命缩短，使膜结构的完整性遭到破坏，甚至造成重大系统故障(仅对CA膜);第二是微生物的大量繁殖和代谢，产生大量的胶体物质，致使膜被堵塞，会增大给水压降，造成通水量下降;第三将造成产水中细菌总数的增加，使产品水质下降；第四是生物膜（粘泥）不溶于酸，难溶于碱，几乎不受水流剪切力的影响，即使频繁冲洗，也不能冲掉。消毒杀菌也难于使粘泥彻底清除。
微生物的一个重要特征是它们具有对营养水动力或其他条件变化作出迅速生化和基因调节的能力。因此，生物污染比非活性的胶体污染或矿物质结垢危害性更大。
目前广泛应用的TFC反渗透膜，它的关键材料是聚丙烯酰胺，它对氧化性物质不具备坚强的抵抗力，因此，用户一般都控制了反渗透入口的氧化还原电位，使膜在无氧化剂的环境下工作，而细菌等微生物附在膜的表面和通道网层上，凭借水中的营养成分大量繁殖。许多文献都表明，这种污染似乎在膜的中部发生，但从实际看来，经常是整个系统一起泛滥。 2 微生物污染的预测与简易辨别方法
（1）测定从原水入口、预处理各个环节反渗透给水、浓水以及反渗透产品水的细菌总数（TBC），计算细菌变化数值。若发现浓水中的TBC明显增加，说明反渗透膜上可能有粘泥形成。
（2）给水中的有机物不仅自身可形成膜的污染，还可作为细菌滋生的营养物。所以可对有机物（以总有机碳表示，简称TOC）进行监测，膜厂家提示控制TOC<2mg/L(以C表示)。2mg/LTOC大致相当于5mg/L的总有机生物量此值在正常运行时，不会引起膜间有机物污堵。
（3）检验是否为微生物污染的简单方法是：从表面刮取一小部分污染物放在火焰上燃烧，其气味与毛发燃烧的气味相同。
3 微生物污染防治
对于RO水处理系统,必须在RO工艺系统预处理中设置完善的杀灭微生物的措施,才能从根本上控制住微生物污染。
关于防治微生物污染。传统的观点认为，RO膜元件的微生物污堵主要来自于地表水，来自地下水的污堵则较轻，同时认为在RO装置进水中的微生物含量<10,000cfu/ml时，都是比较安全的，由此，应用者在选择设计RO工艺系统时，给予的重视常常不足。国内实例表明，某些地下水系统中的RO膜元件已受到不同程度上的微生物污堵，这是因为该系统中均设有原水池，其容积一般为1-2小时的贮水调节容量（如电力行业），易滋生微生物，在半年内受到微生物污堵需要清洗的膜元件中，污堵最严重的单只8英寸卷式膜元件湿重达35kg，正常湿重为16.4kg，污染物呈浅黄色透明状，燃烧气味呈羊毛味。
防止微生物污染的方法通常是采取有效的杀菌处理措施，有氯气及NaClO,ClO2,KMnO4,H22O2、O3、紫外线照射等常规方法，控制重点是选取合适的杀菌剂，足够长的接触时间。对于氯类杀菌剂，投加量一般以进水余氯含量>1mg/L为准，根据不同的反渗透膜控制合适的残余氯量。另外还可以采用氧化性和非氧化性杀菌剂(如Na2S2O5、NaHSO350mg/L，异噻唑啉酮15-25mg/L)定期、交替冲击性、大剂量杀菌，可杀灭系统中大部分微生物，甚至可以穿透粘附于系统中的生物粘泥膜，起到杀灭、剥离作用。再就是严格控制给水中的有机物含量(以总有机碳TOC表示不超过2mg/L)，抑制细菌的生长繁殖。最好同时注意监测反渗透系统各环节的水中细菌总数(TBC)以便有效的预防，当发现有徽生物污染的症状时(压差升高10%，产水量降低10%)应及时采取清洗措施(包括对预处理系统和RO系统的清洗)，以免污染加重。
定期杀菌，一般采用1%-3%的甲醛溶液冲洗15min，杀死细菌。在RO系统停用期间，要求用甲醛，每2天洗1次。除采用甲醛以外，还可采用0.2%的H22O2进行杀菌。
一般认为，经过活性炭处理过的水中会含有大量微生物。但对于活性炭处理工艺,只要调整好反洗频率及更换频次,也可以防止微生物污染。
如：由外国公司给中国华晶电子集团公司设计制造的250t/h前处理设备,其工艺流程为“沙滤-5μm过滤器-超滤-水箱-泵-5μm过滤器-高压泵-RO-水箱”,其中,在水箱之后添加了亚硫酸氢钠来还原水中的余氯。当初,设计人员普遍认为,采用了截留分子量为80000MWCO的UF系统,完全可以保证RO的运行,但情况并不如此,自投加亚硫酸氢钠后,所有的管壁、泵内腔、乃至膜面、浓水口均出现了糊胶状物质,当水源发生季节性变换时,清洗的最高频次达每周一次,反渗透寿命只能维持一年左右(24小时运转)。经过化验,反渗透入口处的细菌总数超过2000个/ml。对水进行的有机物分子量分布实验见表2,发现水中的低分子量物质占绝对优势,COD值为4.5左右,TOC值为4.3mg/l,254nm紫外吸光度=5OD/m,综合各种数据表明,水中的富维酸、腐植酸的含量已经很高,促进了微生物的生长,鉴于这种情况,在工艺中加入了活性炭过滤器,用活性炭吸附水中的有机营养成分、控制水中溶氧含量、并且取代投加亚硫酸氢钠,结果表明,RO及各段管道明显好转,改造后膜寿命延长到三年(24小时运转)。
4 结语
（1）在反渗透水处理系统中反渗透膜的微生物污染在各种膜污染中是最严重的。它具有发展迅速，形成的生物膜难于彻底清除等特点，易堵塞膜，导致反渗透系统进出水间压差迅速增大，产水量与脱盐率快速下降，可能污染产品水，甚至损坏膜。
（2）可以通过监测浓水细菌总数（TBC）值的变化和给水的总有机碳（TOC）值来对微生物污染进行预测，并可以通过燃烧污染物来简易判断是否是微生物污染。
（3）要加强对地下水作为原水时预处理消毒杀菌的重视，防止在RO装置中出现微生物污染。
（4）对微生物污染的防治除常规方法外，还可以采用氧化性和非氧化性杀菌剂定期、交替冲击性、大剂量杀菌。严格控制给水中的有机物含量(以总有机碳TOC表示不超过2mg/L)，抑制细菌的生长繁殖。对于活性炭处理工艺,只要调整好反洗频率及更换频次,也可以防止微生物污染。
关键词：反渗透膜；微生物污染；防治
从1953年提出用反渗透技术淡化海水，到二十世纪60年代的商业化运营，时至今日经过50多年的发展，反渗透水处理技术成功地运用于许多领域。从反渗透技术最初只用于海水淡化，后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面，产生了很高的经济效益。
在反渗透水处理系统运行过程中，若系统设计不合理或运行控制不当，必然会出现膜污染的情况。在膜污染的几种类型中（沉淀污染、微生物污染、胶体污染等），微生物污染具有其特殊性，它在反渗透水处理中所造成的运行困难是最严重的一种。目前，国内在反渗透水处理系统运行中，膜的微生物污染问题日渐突出。
1 微生物污染的产生和危害
1.1 产生原因
生物污染是指微生物在膜-水界面上积累从而影响系统性能的现象。微生物污染是膜材料、流动参数（如溶解物，流动速度，压力等）和微生物间复杂的相互作用的结果。微生物污染基本上是一个生物膜生长的问题。
微生物污染的主要来源是RO进料水。由于地表水和浅层地下水中都存在着微生物，预处理系统未正常有效工作，微生物就会进RO组件，而RO组件内部潮湿阴暗可为微生物生长提供理想环境，若在进人反渗透系统前不加以杀灭，这些微生物将以反渗透膜为载体借助反渗透浓水段的营养盐而繁殖生长，在温较热的条件下，微生物的生长更是迅速，几天之内便可在反渗透膜表面形成生物膜层，导致反渗透系统进出水间压差迅速增大，产水量与脱盐率快速下降，同时污染产品水。另一方面预处理也可能是微生物污染源，如辅助除去悬浮物体的絮凝剂过量，给微生物提供了适宜的生长环境。
在RO 系统中，主要存在的是好氧性细菌，一般未见真菌和霉菌，好氧菌在系统不同阶段分布不同，如表1可以看出原水罐是滋生细菌的主要场所，其次RO处理器内部也有细菌的生长（由于膜的有机材料给细菌的生长提供了一定的条件）
1.2 危害
目前商品化的反渗透膜材料主要有醋酸纤维和聚酰胺两大类。而醋酸纤维素膜装置是目前超纯水制造系统中常用且经济的反渗透装置。但其最大的缺点之一就是抗微生物的侵蚀能力较差。聚酰胺类膜尽管能抗微生物侵蚀，但污染问题仍然存在。
大量微生物在膜、组件内的大量繁殖.将造成三方面的不良后果，第一是微生物要吞食反渗透膜，脱盐层被侵蚀而使脱盐率下降，并造成膜寿命缩短，使膜结构的完整性遭到破坏，甚至造成重大系统故障(仅对CA膜);第二是微生物的大量繁殖和代谢，产生大量的胶体物质，致使膜被堵塞，会增大给水压降，造成通水量下降;第三将造成产水中细菌总数的增加，使产品水质下降；第四是生物膜（粘泥）不溶于酸，难溶于碱，几乎不受水流剪切力的影响，即使频繁冲洗，也不能冲掉。消毒杀菌也难于使粘泥彻底清除。
微生物的一个重要特征是它们具有对营养水动力或其他条件变化作出迅速生化和基因调节的能力。因此，生物污染比非活性的胶体污染或矿物质结垢危害性更大。
目前广泛应用的TFC反渗透膜，它的关键材料是聚丙烯酰胺，它对氧化性物质不具备坚强的抵抗力，因此，用户一般都控制了反渗透入口的氧化还原电位，使膜在无氧化剂的环境下工作，而细菌等微生物附在膜的表面和通道网层上，凭借水中的营养成分大量繁殖。许多文献都表明，这种污染似乎在膜的中部发生，但从实际看来，经常是整个系统一起泛滥。 2 微生物污染的预测与简易辨别方法
（1）测定从原水入口、预处理各个环节反渗透给水、浓水以及反渗透产品水的细菌总数（TBC），计算细菌变化数值。若发现浓水中的TBC明显增加，说明反渗透膜上可能有粘泥形成。
（2）给水中的有机物不仅自身可形成膜的污染，还可作为细菌滋生的营养物。所以可对有机物（以总有机碳表示，简称TOC）进行监测，膜厂家提示控制TOC<2mg/L(以C表示)。2mg/LTOC大致相当于5mg/L的总有机生物量此值在正常运行时，不会引起膜间有机物污堵。
（3）检验是否为微生物污染的简单方法是：从表面刮取一小部分污染物放在火焰上燃烧，其气味与毛发燃烧的气味相同。
3 微生物污染防治
对于RO水处理系统,必须在RO工艺系统预处理中设置完善的杀灭微生物的措施,才能从根本上控制住微生物污染。
关于防治微生物污染。传统的观点认为，RO膜元件的微生物污堵主要来自于地表水，来自地下水的污堵则较轻，同时认为在RO装置进水中的微生物含量<10,000cfu/ml时，都是比较安全的，由此，应用者在选择设计RO工艺系统时，给予的重视常常不足。国内实例表明，某些地下水系统中的RO膜元件已受到不同程度上的微生物污堵，这是因为该系统中均设有原水池，其容积一般为1-2小时的贮水调节容量（如电力行业），易滋生微生物，在半年内受到微生物污堵需要清洗的膜元件中，污堵最严重的单只8英寸卷式膜元件湿重达35kg，正常湿重为16.4kg，污染物呈浅黄色透明状，燃烧气味呈羊毛味。
防止微生物污染的方法通常是采取有效的杀菌处理措施，有氯气及NaClO,ClO2,KMnO4,H22O2、O3、紫外线照射等常规方法，控制重点是选取合适的杀菌剂，足够长的接触时间。对于氯类杀菌剂，投加量一般以进水余氯含量>1mg/L为准，根据不同的反渗透膜控制合适的残余氯量。另外还可以采用氧化性和非氧化性杀菌剂(如Na2S2O5、NaHSO350mg/L，异噻唑啉酮15-25mg/L)定期、交替冲击性、大剂量杀菌，可杀灭系统中大部分微生物，甚至可以穿透粘附于系统中的生物粘泥膜，起到杀灭、剥离作用。再就是严格控制给水中的有机物含量(以总有机碳TOC表示不超过2mg/L)，抑制细菌的生长繁殖。最好同时注意监测反渗透系统各环节的水中细菌总数(TBC)以便有效的预防，当发现有徽生物污染的症状时(压差升高10%，产水量降低10%)应及时采取清洗措施(包括对预处理系统和RO系统的清洗)，以免污染加重。
定期杀菌，一般采用1%-3%的甲醛溶液冲洗15min，杀死细菌。在RO系统停用期间，要求用甲醛，每2天洗1次。除采用甲醛以外，还可采用0.2%的H22O2进行杀菌。
一般认为，经过活性炭处理过的水中会含有大量微生物。但对于活性炭处理工艺,只要调整好反洗频率及更换频次,也可以防止微生物污染。
如：由外国公司给中国华晶电子集团公司设计制造的250t/h前处理设备,其工艺流程为“沙滤-5μm过滤器-超滤-水箱-泵-5μm过滤器-高压泵-RO-水箱”,其中,在水箱之后添加了亚硫酸氢钠来还原水中的余氯。当初,设计人员普遍认为,采用了截留分子量为80000MWCO的UF系统,完全可以保证RO的运行,但情况并不如此,自投加亚硫酸氢钠后,所有的管壁、泵内腔、乃至膜面、浓水口均出现了糊胶状物质,当水源发生季节性变换时,清洗的最高频次达每周一次,反渗透寿命只能维持一年左右(24小时运转)。经过化验,反渗透入口处的细菌总数超过2000个/ml。对水进行的有机物分子量分布实验见表2,发现水中的低分子量物质占绝对优势,COD值为4.5左右,TOC值为4.3mg/l,254nm紫外吸光度=5OD/m,综合各种数据表明,水中的富维酸、腐植酸的含量已经很高,促进了微生物的生长,鉴于这种情况,在工艺中加入了活性炭过滤器,用活性炭吸附水中的有机营养成分、控制水中溶氧含量、并且取代投加亚硫酸氢钠,结果表明,RO及各段管道明显好转,改造后膜寿命延长到三年(24小时运转)。
4 结语
（1）在反渗透水处理系统中反渗透膜的微生物污染在各种膜污染中是最严重的。它具有发展迅速，形成的生物膜难于彻底清除等特点，易堵塞膜，导致反渗透系统进出水间压差迅速增大，产水量与脱盐率快速下降，可能污染产品水，甚至损坏膜。
（2）可以通过监测浓水细菌总数（TBC）值的变化和给水的总有机碳（TOC）值来对微生物污染进行预测，并可以通过燃烧污染物来简易判断是否是微生物污染。
（3）要加强对地下水作为原水时预处理消毒杀菌的重视，防止在RO装置中出现微生物污染。
（4）对微生物污染的防治除常规方法外，还可以采用氧化性和非氧化性杀菌剂定期、交替冲击性、大剂量杀菌。严格控制给水中的有机物含量(以总有机碳TOC表示不超过2mg/L)，抑制细菌的生长繁殖。对于活性炭处理工艺,只要调整好反洗频率及更换频次,也可以防止微生物污染。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200902/13923.htm
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