聚酰胺复合膜反渗透装置微生物污染的防治

聚酰胺复合膜反渗透装置微生物污染的防治

王龙

摘要：反渗透（RO）装置可去除水中绝大部分杂质，且具有节能、环保（无再生废液产生）、易于自动控制等优点，广泛应用于发电厂锅炉补给水、电子工业超纯水、制药工业及化妆品工业用纯水，以及近几年来蓬勃发展的饮用纯净水等行业。RO膜的微生物污染则是困扰其使用的主要问题之一。重点对如何防治低压聚酰胺复合膜（TFC膜）RO装置的微生物污染展开讨论。

关键词：低压聚酰胺复合膜（TFC膜）；反渗透（RO）装置；微生物污染

1反渗透装置微生物污染的成因及影响

反渗透（RO）装置可以去除水中的无机盐、有机物、胶体、微生物等绝大部分杂质，而且具有节能、环保（无再生废液产生）、易于自动控制等优点，因此广泛应用于发电厂锅炉补给水、电子工业超纯水、制药工业及化妆品工业用纯水，以及近几年来蓬勃发展的饮用纯净水等行业。RO膜的微生物污染则是困扰其使用的主要问题之一。在电子工业纯水站的RO出口水、生产饮用纯净水的小型RO制水设备及小型RO家用纯水机中常会检测到大量的细菌，危害企业的生产和人们的身体健康。

常规的地表水、浅层地下水及由它们制成的自来水（如在我国南方地区）中，溶解氧（DO）含量高，含磷、氮等富营养物质多，水的TOC、COD、BOD值较高，当气温、水温较高时，水中微生物便会较快繁殖，很易导致RO膜被微生物污染。这些微生物包括：热源、病毒、细菌（主要为粘泥细菌即粘泥异养菌，还有铁细菌等等）、真菌（主要为霉菌，即丝状菌）、藻类（主要为蓝藻、绿藻、硅藻等），还有其它高等生物。由于大多数膜都须运行在无活性氯的环境中，同时具有较大的膜表面积，若在进入RO系统前不加以杀灭，微生物污染常会发生于反渗透过程中。这些微生物将会停留在RO膜表面并以RO膜为载体，利用堆积在膜面上的污染物及水中的离子、有机物等作为营养物质而繁殖生长。在水温适宜的环境中，由于微生物繁殖生长迅速，几天之内便可在RO膜表面释放大量粘性代谢产物，形成生物膜层并堵塞膜组件，导致RO系统进出水间压差迅速加大，产水量与脱盐率快速下降，水质变差。

通常，RO膜被微生物污染是一个缓慢的过程。RO膜被微生物污染后，其产水中就会有大量细菌，影响了产水水质；同时微生物污染还会导致RO装置的产水量及脱盐率下降，使膜提前报废，增加了生产成本；由于水质不良及清洗维护，不仅造成直接经济损失，而且会导致更大的间接经济损失，如停工停产、影响产品质量及企业形象等等。

RO元件通常采用醋酸纤维素（CA）膜和聚酰胺复合（TFC）膜二类材料制成。CA膜易被细菌污染，并可成为细菌的营养源和繁殖地，但CA膜的耐氧化性能较好，可在RO进水中加入NaClO杀菌，不过使用过量的NaClO又会氧化腐蚀CA膜，因此必须控制好加药量。

目前普遍使用的RO元件是低压聚酰胺复合膜（TFC膜），它是在聚砜（PS）超滤膜上复合一层厚约0.2μm的芳香聚酰胺（CPA）超薄膜，具有产水通量大，脱盐率高等优点，耐细菌性能亦比CA膜好，因此一般认为无需在RO进口水中加杀菌剂。而且由于TFC膜耐氧化性差，对进水中含氯量有严格的要求（Cl2＜0.1ppm），非但不能在水中加NaClO，还必须把水中原有的余氯通过活性炭或加药（NaHSO3等还原剂）除去，因此细菌可在膜表面大量繁殖而造成微生物污染。

微生物滋长是RO系统在运行过程中普遍存在的问题。在COD/BOD越高的水质中，微生物滋长潜力越大；在水温越高（<40℃）的系统中，微生物滋长越快。因此，控制微生物的第一措施就是减少微生物赖以生存的营养源（COD/BOD），具体措施包括加氧化剂分解有机物、在预处理中增设去除微生物的设施等等。第二措施就是采用抑菌剂抑制微生物的生长。第三措施就是对微生物滋长严重的系统进行定期的酸、碱清洗及必要的消毒，以清理掉微生物形成的代谢产物、种群以及作为营养物质的污染物等等，并在停机时采用适当的措施防止微生物的滋生。接下来重点对如何防治TFC膜RO装置的微生物污染展开具体的讨论。

2RO前的预处理

RO前的预处理，常见工艺为石英砂过滤、活性炭过滤、精密过滤，有时还有软化器，均对细菌的去除效果较差，不能确保RO进水无菌。因此应设置杀菌加药装置，投加氯类杀菌剂即可。加药点应设于预处理系统出水口，需要特别注意的是，在进入RO前须用过量亚硫酸氢钠（NaHSO3）去除余氯，否则，TFC膜会很快因氧化而被破坏。

另外采用UF作RO前的预处理，去除微生物的效果更佳。UF对水中细菌的去除率可达到99.999%。此外，UF必须定期进行清洗。

3在预处理中采用紫外线杀菌器或电子除菌器杀菌

由于常见的预处理工艺去除细菌效果较差，因此可在RO前的预处理中增加紫外线杀菌器或电子除菌器，去除水中的细菌。

3.1紫外线杀菌器：

当紫外线照射细菌后，细菌细胞核中的脱氧核糖核酸（DNA）和细胞质中的核糖核酸（RNA）吸收紫外线的能量，可以杀死细菌细胞，或阻滞它的生长，或通过遗传因子的突变而改变细胞的遗传特性，从而达到杀菌的目的。此外，UV照射在水内也会产生少数H2O2，它可破坏细菌细胞并起一定的辅助杀菌作用。

3.2电子除菌器

电子除菌器实际上是一个低压电解槽，电极构造体是由多层电极（石墨和钛的多孔电极）组合而成。通过在二端的正负电极加上电压，使每一层电极带正负电压，从而在电解槽中形成多个电解单元体，被处理水通过电解槽，与电解单元体多次接触后由于电化学反应而杀死微生物。电子除菌器构造简单，效率高，其杀菌灭藻效率可达90%以上，同时还能杀死水中的假单孢菌、霉菌等。

4选择适当的阻垢剂

目前RO常用的阻垢剂六偏磷酸钠等因易成为细菌的营养源，正逐渐被新型阻垢剂所取代，如有机膦酸类和聚羧酸类阻垢剂。这些新型阻垢剂阻垢效果好，而且不会使水富营养化，对抑制细菌在RO系统的繁殖有一定的效果。

5抑菌剂的选择

对水中微生物多的RO进水及已遭微生物污染的RO系统，应在RO进口水中添加抑菌剂。由于TFC膜易被氧化腐蚀，因此不能使用氧化性杀菌剂，而只能采用非氧化性杀菌剂，如异噻唑啉酮。

6RO膜微生物污染的清洗

当RO膜被微生物污染后，RO系统的压差增大，RO进水流量及透过水流量减小，脱盐率下降，RO出水（包括透过水和浓缩水）中可检测到大量细菌，有时还可见精密滤芯内有粘性胶体状物。此时应考虑用药液对RO膜进行化学清洗。清洗程序如下：

先用RO透过水冲洗15min，再用碱清洗剂（0.1%NaOH+0.2%EDTA-Na2，PH=12）清洗以剥离除去RO系统中的粘泥、粘液等沉积物，最后再用杀菌清洗剂（1%甲醛溶液）清洗。

清洗时配制的清洗液（包括碱性清洗剂和甲醛溶液二种），均应使用纯水或RO透过水配制，溶解完全并混合均匀，清洗液应澄清透明，进入RO前应经3~5μm过滤器过滤。清洗时应采用低压、低速、小流量清洗，所用压力基本上不产生透过水。每种清洗液清洗开始时从RO浓水出口排出的水浑浊变色时排放，直至排出的水澄清透明时排放至清洗液贮箱中。多段RO系统每一段的清洗必须分别进行，即第一段RO的排出液不能直接进入第二段，而应回到清洗液贮箱。

清洗时，一般先循环清洗30min，再浸泡2小时，再循环清洗15min，排出RO系统中的清洗液，再用RO透过水低压、低速冲洗残留的清洗液并排放20min，如果循环清洗液浑浊变色再适当延长时间，直至清洗液澄清透明为止。全部清洗结束后，再按RO系统正常的运行条件（压力、流量）启动RO系统运行，并先将透过水排放一小时后再接入系统内。

杀菌清洗剂除甲醛溶液外，还可用0.2%过乙酸，0.2%H2O2（HCl调节pH=3），70%乙醇等。

如果RO膜产生了微生物污染，最好每周用杀菌剂进行杀菌，配合清洗剂进行定期清洗。

7RO系统停运时的控制

当RO系统短期（一周内）停用时，可每24小时常规冲洗一次。

停用超过一周，可如上述化学清洗的方法，依次用RO出口水、碱清洗剂、1%甲醛清洗液，酸清洗剂冲洗RO系统各30min，排去清洗液后用1%的亚硫酸氢钠NaHSO3溶液充满RO系统并密闭封存，该保存液每月应更换一次。