在反滲透膜污染的幾個類型中(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行困難是*嚴(yán)重的一種。目前,國內(nèi)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。通常認(rèn)為,給水污染指數(shù)(污泥密度指數(shù),簡稱ＳＤＩ)具有包容微顆粒污染的綜合特征,所以往往把預(yù)處理的重點集中于ＳＤＩ上。國際上各膜生產(chǎn)廠家對給水微生物也未規(guī)定具體指標(biāo)。所以,無論是對地表水還是地下水的處理,常常認(rèn)為只要ＳＤＩ合格,并采取了防垢控制措施,反滲透給水處理就有了保障。然而,事實并非如此。據(jù)粗略統(tǒng)計,國內(nèi)近年來出現(xiàn)的反滲透膜的微生物污染事例令人們深省?！ ∈聦嵣?反滲透水處理系統(tǒng)在投產(chǎn)后不長的時間內(nèi)微生物污染就會出現(xiàn),引起壓差增大數(shù)倍、產(chǎn)水量大幅度下降等嚴(yán)重危害。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、真菌及其芽孢、孢子和病毒。細(xì)菌顆粒極小,一般為1～3μｍ,病毒則更小,約為0.01～0.2μｍ,藻類、真菌比細(xì)菌大很多。而細(xì)菌的數(shù)量通常很大,一滴水多時可含有幾千萬個,極少時1ｍＬ水中也會含有幾個、幾十個。地表水含微生物較多,近年來在地下水中也常發(fā)現(xiàn)細(xì)菌繁衍的事例。微生物可視為膠體,帶有負(fù)電荷,通過凝聚、過濾可除去大部分,但徹底除去則十分困難而復(fù)雜,盡管采用氯化消毒、氧化等手段,仍會有少數(shù)存在,甚至以孢子的形式暫時隱蔽起來。有事例證明,即使采取精密過濾、超濾,有時也是不盡人意的。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物和無機物的營養(yǎng)環(huán)境下,在膜表面新陳代謝而形成的。特別是在水通量過高或發(fā)生濃差極化時,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,難以清除,可以保護(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 反滲透膜的微生物污染具有它的特殊性,其特點如下: (1)給水ＳＤＩ合格,并不能保證避免微生物污染。給水ＳＤＩ<4、甚至ＳＤＩ<3時,仍然可能在膜表面出現(xiàn)大量粘泥狀生物膜,它取決于水中細(xì)菌的繁殖狀況和水通量的大小?！ ?2)微生物污染發(fā)展迅速,一旦膜上出現(xiàn)細(xì)菌群落,特別是在出現(xiàn)濃差極化的情況下,將會在1、2個月內(nèi),甚至數(shù)天就會生成粘泥膜,出現(xiàn)過高的給水壓降,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,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程 生物膜的形成可分為4個階段。*階段,水中有機物(腐殖質(zhì)、聚糖酯)等大分子物質(zhì)被膜表面吸附,成為微生物生存的條件;第二階段,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),如果水流速度快則可能被沖入水中。因而運行中保證膜間隔網(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)量和膜表面具有的營養(yǎng)狀態(tài)對后續(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可逆的附著和阻塞,膜的產(chǎn)水阻力增大,產(chǎn)水量下降,隔網(wǎng)壓差升高?！ ∫鸱礉B透膜生物污染的因素和污染源。幾乎所有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)成微生物污染的威脅。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)、處理方式、運行條件、膜的化學(xué)成分、膜的表面狀態(tài)、隔網(wǎng)尺寸、形狀、預(yù)處理、管路設(shè)備連接結(jié)構(gòu)等?！ ∫缘叵滤疄樗吹姆礉B透系統(tǒng)在膜表面產(chǎn)生微生物是近來出現(xiàn)的一個新問題,通常認(rèn)為反滲透給水處理只對地表水才需采取生物殺菌處理。但近來頻頻出現(xiàn)來自地下水的原水對膜的污染,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之無影響?！ ☆A(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,又會被來自預(yù)處理的污染物所污染,甚至2～3ｄ就要清洗一次?！ 》礉B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,細(xì)菌群落棲息于隔網(wǎng)上形成粘泥,隔網(wǎng)阻力便會增大,使細(xì)菌進(jìn)一步在膜表面上發(fā)展。當(dāng)膜的水通量過高時,細(xì)菌群落便會沉落于膜上,菌落也會逐漸沉積于隔網(wǎng)上。兩種情況均會使給水通路減小,壓降升高,產(chǎn)水量下降。3 反滲透給水微生物的控制3.1 微生物粘泥的預(yù)測 生物粘泥的預(yù)測有以下幾個方面: (1)測定從原水入口、預(yù)處理各個環(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),計算細(xì)菌變化數(shù)值。若發(fā)現(xiàn)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(xì)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(jìn)行監(jiān)測,膜廠家提示控制ＴＯＣ<2ｍｇ/Ｌ(以Ｃ表示)。2ｍｇ/ＬＴＯＣ大致相當(dāng)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)定期細(xì)致地檢查反滲透前的濾芯過濾器及給水管、濃水管內(nèi)部的清潔程度,若發(fā)現(xiàn)有粘狀物或臭味則為產(chǎn)生生物粘泥的征兆。3.2 微生物污染的控制 至今防止反滲透膜微生物污染,均靠采取宏觀的殺菌措施,尚無生產(chǎn)廠家和用戶對微生物的數(shù)量提出具體的控制指標(biāo),其困難在于微生物的生長繁殖快,通常適宜條件下20～30ｍｉｎ即分裂一倍,且影響因素多,難于用數(shù)量控制。但通過測定反滲透系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)水中細(xì)菌總數(shù)(ＴＢＣ指1ｍＬ水樣在培養(yǎng)基中經(jīng)一定時間培養(yǎng)所生成的細(xì)菌群落的總數(shù)ｃｆｕ/ｍＬ),對預(yù)測微生物膜污染并控制其發(fā)展可起重要作用?！ ‘?dāng)原水受到污染,或地下水中菌群數(shù)達(dá)到10000ｃｆｕ/ｍＬ時應(yīng)引起重視,及時采取殺菌措施,避免在膜上發(fā)展為生物膜。由于環(huán)境條件千差萬別,該值難于嚴(yán)格劃一,但及早采取措施,可控制細(xì)菌繁殖為群落,避免發(fā)展為粘泥。4 反滲透給水中微生物的消毒與殺菌 采用氯及次氯酸鹽、二氧化氯、臭氧及紫外線照射、消毒的常規(guī)方式已為大家所熟悉,這里推薦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 在正常過程中,采取定期短暫地加殺生劑于給水中。*常用的藥劑為ＮａＨＳＯ3,劑量為500～1000ｍｇ/Ｌ,每次持續(xù)30ｍｉｎ,每天一次。在5μｍ過濾之前加入Ｎａ2Ｓ2Ｏ5(食品級)。 亞硫酸鹽對好氧菌比厭氧菌更有效。使用時可檢測細(xì)菌總數(shù)以觀察效果。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,非氧化性殺菌劑異噻唑啉酮引起人們的重視,它具有廣譜、*、低毒等特點,能夠殺死水中的細(xì)菌、真菌、藻類,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,對環(huán)境*。用昆明種小鼠試驗的ＬＤ50為2.723ｇ/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)的鍵斷開而起殺菌作用。當(dāng)與微生物接觸后,不可逆地抑制其生長,直至微生物細(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?！ ‘愢邕蜻唐访耍幔簦瑁铮?。市售溶液含1.5%活性成分。Ｋａｔｈｏｎ用于沖擊性殺菌和停運保養(yǎng)建議濃度為15～25ｍｇ/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,避免造成膜受氧化而破壞。而采用高劑量ＮａＨＳＯ3處理是為了消毒殺菌,此方式類似于停用時膜的保護(hù),此法常用于海水的給水處理,加入量大于50ｍｇ/Ｌ,補償了無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 采取“定期殺菌”可預(yù)防中等程度的污染。定期殺菌是在運行過程中進(jìn)行的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)反滲透膜已有被生物污染的征兆時,可以停運,進(jìn)行短期加藥殺菌。具體措施是將準(zhǔn)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10～15ｍｉｎ至出水水質(zhì)合格即可投入運行。 定期殺菌的藥劑除采用甲醛外,尚可選用0.2%的Ｈ2Ｏ2或Ｈ2Ｏ2與過氧乙酸兩者濃度為0.2%的殺菌液。凡氧化性藥劑均會對反滲透膜造成一定的破壞,特別是濃度超過0.2%的殺菌液*好節(jié)制使用?！ ∫话?ldquo;定期消毒”可每隔1個月一次,也可每天一次。這樣做在一定程度上會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*嚴(yán)重的。其污染特點:1)污染發(fā)展迅速,反滲透膜上一旦出現(xiàn)積聚的細(xì)菌群落,就會在短時間內(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,國內(nèi)外膜的生產(chǎn)廠家及用戶對給水微生物的控制尚沒有具體指標(biāo),但測定反滲透系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的水中細(xì)菌總數(shù),對預(yù)防和防止微生物污染具有實際意義。試驗認(rèn)為,當(dāng)水中菌群數(shù)達(dá)到10000ｃｆｕ/ｍＬ時,并視ＴＢＣ的變化趨勢及時采取殺菌措施,以避免在膜上發(fā)展成為生物膜?！ ?3)除常規(guī)的消毒殺菌外,可結(jié)合實際情況采用沖擊性殺菌,高劑量膜前消毒,甲醛等溶液定期殺菌措施,以便有效地控制微生物的發(fā)展?！ ?4)發(fā)現(xiàn)微生物膜污染的征狀(壓差升高10%,產(chǎn)水量降低10%),應(yīng)及時采取清洗措施,不可延誤,以免污染嚴(yán)重時難以處理。預(yù)處理系統(tǒng)清洗也應(yīng)得到重視。 (5)不僅以地表水為水源的反滲透給水系統(tǒng)要重視預(yù)處理的消毒殺菌,而且以地下水作為原水,預(yù)處理的消毒殺菌也應(yīng)給予足夠的重視。