反渗透水处理系统微生物污染特性分析及对策

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第３期　２００２年９月　武汉科技大学学报（自然科学版）　Ｊ．ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉ．ｏｆ　Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２００２　反渗透水处理系统微生物污染特性分析及对策　曹连城　（华中科技大学同济医学院，湖北武汉，４３００３０）　摘要：针对当前反渗透水处理系统运行中出现的许多微生物污染的事例，分析反渗透膜微生物污染的特点、形　成过程及其危害，并提出了控制和预防微生物污染的具体措施。　关键词：反渗透膜；微生物污染；控制　中图分类号：１１Ｕ９９１．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４９８５（２ｏｏ２）０３—０２５２－０３　在反渗透膜污染的几个类型（微生物污染、　化学污染、颗粒和胶体污染）中，微生物污染具有　物和无机物的营养环境下，在膜表面新陈代谢而　形成的。特别是在水通量过高或发生浓差极化　时，微生物以数倍的增速快速繁殖。微生物膜是　一它的特殊性，是造成反渗透水处理运行困难的重　要原因。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。通常认为，给水　污染指数（污泥密度指数，简称ＳＤＩ）具有包容微　种胶粘物，其粘附力很强，难以清除，可以保护　颗粒污染的综合特征，所以往往把预处理的重点　集中于ＳＤＩ上。国际上各膜生产厂家对给水微生　物也未规定具体指标。所以，无论是对地表水还　是地下水的处理，常常认为，只要ＳＤＩ合格，并采　微生物不会因水流剪切作用而被冲走，也不易受　化学清毒药剂的影响。由于不易彻底清除，因而　加速粘泥的再生。这些微生物属于附着细菌。　１．３反渗透膜面上微生物污染的特点　反渗透膜面上的微生物污染具有特殊性，其　特点如下：　取了防垢控制措施，反渗透给水处理就有了保障。　然而事实上，反渗透水处理系统投产后，不长的时　间内微生物污染就会出现，引起压差增大数倍、产　水量大幅度下降等严重危害。　（１）给水ＳＤＩ合格，并不能保证避免微生物　污染。给水ＳＤＩ＜４，甚至ＳＤＩ＜３时，仍然可能在　膜表面出现大量粘泥状生物膜，它取决于水中细　菌的繁殖状况和水通量的大小。　（２）微生物污染发展迅速。一旦膜上出现细　菌群落，特别是在出现浓差极化的情况下，在一二　１微生物污染　１．１反渗透给水中的微生物　微生物包括细菌、藻类、真菌及其芽孢、孢子　和病毒。细菌颗粒极小，粒径一般为ｌ～３ｐ．ｍ，病　个月内，甚至数天内，就会生成粘泥膜，出现过高　的给水压降，为保持反渗透的产水量，给水泵的压　力就需提高，增大电力消耗。　（３）生物膜在造成膜污染的同时，增大膜的　透水阻力，使产水量下降，并可能使产品水质下　降。膜污染促使隔网污染，造成给水压降上升。　（４）生物膜不溶于酸，难溶于碱，几乎不受水　流剪切力的影响，即使频繁冲洗，也不能被冲掉。　消毒杀菌也很难把它彻底清除。　毒则更小，粒径为０．０１～０．２　，藻类、真菌比细　菌大很多。细菌的含量通常很大，含量大时，一滴　水中可含有几千万个细菌；含量少时，ｌｍＬ水中也　含有几个细菌。地表水含微生物较多。近年来在　地下水中也常发现细菌繁衍的事例。微生物可视　为胶体，带有负电荷，通过凝聚、过滤可除去大部　分．但彻底除去，则十分困难，尽管采用氯化消毒、　氧化等手段，仍会有少数存在，甚至以孢子的形式　暂时隐蔽起来。有事例证明，即使采取精密过滤、　超滤，有时也不尽人意。　１．２反渗透给水系统中的微生物粘泥　微生物粘泥（生物膜）是微生物在具有有机　收稿日期：２００２—０５—０９　２微生物粘泥在反渗透膜上的形成　过程及原因　２．１生物膜形成过程　生物膜的形成可分为４个阶段。第一阶段，　水中有机物（腐殖质、聚粘酯等）大分子物质被膜　基金项目：湖北省科委科技攻关项目（９９—２Ｐ一１２０２）　作者简介：曹连城（１９５ｌ一），男，华中科技大学同济医学院去离子水室，副主任技师．　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第３期　曹连城：反渗透水处理系统微生物污染特性分析及对策　２５３　表面吸附，成为微生物生存的条件；第二阶段，反　渗透进水中的微生物细胞迁移至膜上，在水流中　处于非稳定的可逆附着物状态，如果水流速度快，　则可能被冲入水中。因而运行中必须保证膜间隔　网和膜表面的流速；第三阶段，膜表面粘附微生物　后，给水中的细菌数量和膜表面具有的营养状态　对后续的大量不同菌种的粘附和形成细菌群落起　着重要作用；第四阶段，反渗透膜上形成了不可逆　的附着和阻塞，膜的产水阻力增大，产水量下降，　隔网压差升高。　２．２　引起反渗透膜生物污染的因素和污染源　几乎所有的原水都含有微生物，但零星的微　生物未形成菌落，并不构成微生物污染的威胁。　引起反渗透膜的生物污染的因素不是孤立的，涉　及因素很多，如水源、温度、季节、处理方式、运行　条件、膜的化学成分、膜的表面状态以及隔网尺　寸、形状、预处理、管路设备连接结构等。　以地下水为水源的反渗透系统在膜表面产生　微生物是近来出现的一个新问题。通常认为，就　反渗透给水处理而言，只对地表水才需采取生物　杀菌处理。但近来频频发现来自地下的原水对膜　的污染，甚至在含有游离氯的条件下还存在生物　膜，即使增大余氯量，也对之无影响。　预处理系统被污染后往往成为反渗透膜生物　污染源之一。预处理系统被微生物污染后，不易　得到彻底、有效的清洗，即使反渗透膜经清洗后，　又会被来自预处理的污染物所污染，甚至２—３ｄ　就要清洗一次。　反渗透膜表面和给水流通隔网上的污染相互　影响。当膜的水通量不是很高，给水流速较低时，　细菌群落栖息于隔网上而形成粘泥，隔网阻力便　会增大，使细菌进一步在膜表面发展。当膜的水　通量过高时，细菌群落便会沉落于膜上，菌落也会　逐渐沉积于隔网上。两种情况均会使给水通路减　小，压降升高，产水量下降。　３反渗透给水中微生物的控制　３．１微生物粘泥的预测　预测微生物粘泥有以下几种方法：　（１）测定从原水人口、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（简　称ＴＢＣ。指１　ｍＬ水样经一定时间培养所生成的细　菌群落的总数，ｅｆｕ／ｍＬ），计算细菌变化数值。若　发现浓水中的ＴＢＣ明显增加，则说明反渗透膜上　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的质量浓度小于２ｍｇ／Ｌ（以Ｃ表　示）。２ｍｇ／Ｌ的ＴＯＣ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　污染堵塞。　（３）定期细致地检查反渗透前的滤芯过滤器　及给水管、浓水管内部的清洁，若发现有粘状物或　臭味，则可判断为产生生物粘泥的征兆。　３．２微生物污染的控制　防止反渗透膜微生物污染，目前通常是采取　宏观的杀菌措施，尚无生产厂家和用户对微生物　的数量提出具体的控制指标。控制其污染的困难　在于微生物的生长繁殖快，在适宜条件下通常，２０　—３０ｍｉｎ即分裂１倍，且影响因素多，难于控制。　但通过测定反渗透系统各个环节水中细菌总数　ＴＢＣ，即可预测微生物膜污染并控制其发展。　当原水受到污染，或地下水中菌群数达到　１．０×１０　ｅｆｕ／ｍＬ　时，应引起重视，及时采取杀菌　措施，避免在膜上发展为生物膜。由于环境条件　千差万别，该值难于严格统一。但是，及早采取措　施，可控制细菌繁殖为群落，避免发展为粘泥。　４反渗透给水中微生物的消毒与　氽菌　采用氯及次氯酸盐、二氧化氯、臭氧及紫外线　照射、消毒的常规方式，已为大家所熟悉。根据我　们的实践，这里推荐三种防止微生物污染的特殊　消毒、杀菌方式。　４．１冲击性杀菌处理　在正常过程中，采取定期短暂地加杀生剂于　给水中。最常用的药剂为ＮａＨＳＯ，。　亚硫酸盐对好氧菌比厌氧菌更有效。使用时　可检测细菌总数以观察效果。除了ＮａＨＳＯ，杀生　剂外，还可加入非氧化性杀生剂二甲基二硫代氨　基甲酸钠。　近年来，非氧化性杀菌剂导噻唑啉酮引起人　们的重视，它具有广谱、高效、低毒等特点，能够杀　死水中的细菌、真菌、藻类以及粘液膜下的微生　物。其使用剂量为０．５ｍｇ／Ｌ，即可抑制细菌生长，　且不污染环境。目前常使用的杀生剂为异噻唑啉　酮的衍生物，如２．甲基４．异噻唑啉．３一酮，其结构　式如下：　ＨＣ——Ｃ—Ｏ　Ｉ　ＩＩ　ＨＣＮ—ＣＨ３　、＼／　，Ｓ　维普资讯 http://www.cqvip.com 武汉科技大学学报（自然科学版）　２００２年第３期　异噻唑啉酮的杀菌原理是，由于它的分子中　是最严重的。其污染特点是：①污染发展迅速，反　含有氮一硫键，能使细菌细胞的蛋白质的键断开而　渗透膜上一旦出现积聚的细菌群落，就会在短时　起杀菌作用。当与微生物接触后，不可逆地抑制　间内产生粘泥，增大给水压降，降低产水量；②清　其生长，直至微生物细胞死亡。异噻唑啉酮还能　洗困难，生物粘泥不溶于酸，难溶于碱，几乎不受　穿透粘附在管道、水箱、反渗透膜表面的生物粘液　水流剪切力影响，即使频繁冲洗，效果也甚微，消　膜，并予以抑制和杀灭。　毒杀菌也难以将粘泥彻底清除。　异噻唑啉酮商品名为Ｋａｔｈｏｎ。市售溶液中含　（２）目前，国内外膜生产厂家及用户对给水　１．５％活性成分。Ｋａｔｈｏｎ用于冲击性杀菌和停运　微生物的控制尚没有具体指标，但测定反渗透系　保养，建议浓度为１５—２５ｍｇ／Ｌ。　统各个环节的水中细菌总数，对预防微生物污染　４．２高剂量亚硫酸氢钠膜前消毒　具有实际操作意义。试验认为，当水中菌群效达　进入反渗透膜前的ＮａＨＳＯ　处理，作为一般　到１．０×１０‘ｃｆｕ／ｍＬ时　Ｊ，应视ＴＢＣ的变化趋势　的常规处理方式，是为了除去加氯消毒后的残余　及时采取杀菌措施，以避免在膜上发展成为生物　氯，避免造成膜被氧化而遭破坏。而采用高剂量　膜。　ＮａＨＳＯ　处理，是为了消毒杀菌。此方法类似于停　（３）除常规的消毒杀菌外，可结合实际情况，　用时膜的保护，常用于海水的给水处理，其加入量　采用冲击性杀菌、高剂量膜前消毒、甲醛等溶液定　大于５０ｍｇ／Ｌ，可补偿无Ｃｌ２的防菌缺陷，有效地防　期杀菌措施，以便有效地控制微生物的发展。　止进入膜的微生物繁殖。　（４）发现微生物膜污染的征状（压差升高　４．３定期杀菌　１０％，产水量降低１０％），应及时采取清洗措施，　采取“定期杀菌”，可预防中等程度的污染。　不可延误，以免污染加重而难以处理，同时还应重　定期杀菌是在运行过程中进行的。当发现反渗透　视预处理系统的清洗。　膜已有被生物污染的征兆时，可以停运，进行短期　（５）不仅应重视以地表水为水源的反渗透给　加药杀菌。具体措施，是将准备好的浓度为ｌ％　水系统预处理的消毒杀菌，而且应重视以地下水　一３％的甲醛溶液加入系统中，循环ｌｈ后排出，然　作为原水，预处理的消毒杀菌。　后给水冲洗１０—１５ｍｉｎ至出水水质合格，即可投　入运行。　参考文献　定期杀菌的药剂除采用甲醛外，尚可选用　［Ｉ］李基森．离子交换膜及其应用［Ｍ］．北京：科学出　浓度为０．２％的ａ２０２或浓度为０．２％的Ｈ：Ｏ　与　版社。１９９７．１５８一ｌ６３．　过氧乙酸的杀菌液。因为氧化性药剂均会对反渗　［２］周本省．工业水处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出　透膜造成一定的破坏，因此对于浓度大于０．２％　版社。１９９７．１０２－－１２６．　的杀菌液，最好节制使用。　［３］顾夏声，等．水处理微生物学基础［Ｍ］．北京：中国　建筑出版社，１９７９．　一般“定期消毒”可隔月一次，也可每日一　次。这样做，在一定程度上会影响反渗透膜的使　［４］许葆玖・水处理工程设计［Ｍ］．北京：它国建筑出　版社，ｌ９９２．３９１—３９３．　用寿命，但对综合效果是有益的。　　’［５］ＵＤＣ６１４（０８３－７５）ＧＢ３８３８－８３．地面水环境质量标准　５结论　［Ｓ］．　（１）在反渗透膜的诸种污染中，微生物污染　Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｏｎ　Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓ　Ｆｎ】ｌＩｌ　ａｎｄ　ｉｔｓ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ＣＡＯ　Ｌｉａｎ—ｃｈｅｎｇ　（Ｔｏ．ｓｉｌ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００３０，Ｃｌ１ｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｏｎ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｏｓｍｏｓｉｓ　ｉｆｌｍ　ａｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｉｓ．　ｃｕｓｓｅｄ．　’　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｅ　ｏｓｍｏｓｉｓ　ｆｉｌｍ；ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ　［责任编辑彭金旺】