反渗透膜的微生物污染防治措施的探讨

覃　娟　李　巍　邵嘉慧

（1上海交通大学环境科学与工程学院上海2002402上海助邦环境工程有限公司北京100101）

反渗透膜的微生物污染防治措施的探讨

覃娟1李巍2邵嘉慧1

（1上海交通大学环境科学与工程学院上海2002402上海助邦环境工程有限公司北京100101）

反渗透技术在海水淡化、各类水处理及水回用方面有着广泛的应用，但膜污染严重影响其更广泛的应用。反渗透膜污染主要包括无机盐结垢、有机物污染和微生物污染，其中微生物污染对膜的破坏性最为严重且最难控制。本文介绍了反渗透膜的微生物污染产生原因及防治措施，并对防治措施进行探讨，最后预测了主要防治措施的应用前景。

反渗透；微生物污染；生物吸附及抑制工艺；杀生剂；化学清洗

反渗透技术是主要的脱盐技术，它具有脱盐率高、无需酸碱、设备占地面积小、不产生二次污染等优点，随着技术日益成熟，在水处理领域得到广泛应用。反渗透技术能有效去除原水中的无机盐、胶体、微生物和有机物等，而这些被截留在膜的浓水一侧的污染物，在反渗透系统运行一段时间后，会造成无机盐结垢、有机物污染和微生物污染等膜污染。膜污染不仅影响反渗透系统的正常运行，还会增加系统的运行费用，因此，需要采取有效的污染防治措施来降低膜污染，避免反渗透系统频繁停机清洗。降低膜污染的措施包括预处理、膜清洗、膜表面改性、优化组件结构、微生物群体感应控制[1~3]等。有关研究表明，微生物污染是造成反渗透水处理系统运行困难的重要原因[4]。因此，介绍膜的微生物污染及防治措施，并进行防治措施的探讨，对防治反渗透膜污染的研究和应用具有重要的指导意义。

1　微生物污染产生原因

原水中的微生物往往附着在悬浮颗粒上，反渗透装置经过混凝、沉淀和过滤等预处理系统去除悬浮物、降低原水中的浊度的同时，也去除了大部分的微生物。然而，仍有少量微生物滞留在原水中，滤后水经过反渗透装置时，被反渗透膜截留下来的微生物会粘附在膜表面，消耗浓水中的营养物质，大量繁殖，降低膜的通量，导致产品水产量和质量下降。

2　微生物污染防治措施

反渗透膜的微生物污染可以通过合适的预处理方法得到有效的预防，但微生物污染到了一定程度之后仍需要通过化学清洗使膜的性能得到不同程度的恢复。

2.1预处理方法

预处理方法包括调整预处理系统和投加杀生剂。

2.1.1调整预处理系统

调整预处理系统包括增加微滤、超滤或纳滤装置、增设具有生物吸附及抑制功能的砂滤装置、将传统的过滤器改造成生物过滤器等。

将预处理系统中的滤池进行技术创新，使其具备生物滤池的功能，可同时有效防治反渗透膜的微生物污染问题。下面着重介绍德国BHU公司与德国EVONIK公司合作开发的BiosS-Treat技术，包括其原理、装置及工程应用实例。

BiosS-Treat技术是一种生物吸附及抑制工艺，具有适于微生物生长栖息、繁衍的稳定环境，有利于微生物的生长繁殖，并能够抑制微生物在反渗透膜表面大量繁殖，避免生物污堵。该技术具有特殊的过滤装置形式、滤料、滤速、反冲洗程序及生物抑制剂，这些工艺特点能够保证出水水质符合设计要求。

BiosS-Treat过滤装置的基本形式是V型滤池，滤料层厚度为1500mm~1800mm，与生物滤池要求的厚度基本一致；滤料粒径为0.7mm~1.2mm，与常规V型滤池要求的粒径基本一致。滤料由特殊矿物破碎而成，具有较高的比表面积与适当的空隙率，有利于生物膜形成、固着，有利于好氧菌与空气充分接触，去除原水中的BOD、N、P等营养物质。滤速为6m/h~8m/h，略低于常规V型滤池要求的滤速，较低的滤速有利于微生物在滤池内生长繁殖。反冲洗基本模式可采用气冲—气水同时冲—水冲的程序，但冲洗强度、时间及频率要避免滤池内形成的生物膜被过多的洗掉，影响新的生物膜充分发挥其净化功能。生物抑制剂投加在滤池后，通过滤池的部分微生物在生物抑制剂的抑制作用下，在缺乏营养物质的环境中不易在反渗透膜表面形成生物污堵，从而在浓水一侧被去除。

BiosS-Treat技术的工程实例：

（1）某电力公司的制水厂，原水为海水，为余热锅炉提供软化水，采用的净水工艺流程为格栅除渣—过滤—2级反渗透—电脱盐，采用常规手段防止反渗透系统产生生物污堵，每年反渗透系统的化学清洗次数约8次。应用BiosS-Treat技术后，节约运行成本45%。

（2）某炼油厂的脱盐水站，原水为河水，采用的净水工艺流程为混凝—沉淀—超滤—反渗透—离子交换—除氧，应用BiosSTreat技术的前后运行状况对比如表1所示。

表1　运行状况对比

由表1可知，应用BiosS-Treat技术前，采用常规手段防止反渗透系统产生生物污堵，每年反渗透系统的化学清洗次数约17次，保安过滤器更换频繁，反渗透膜使用寿命短。采用BiosS-Treat技术后每年反渗透系统的化学清洗次数约1次，保安过滤器更换次数少了很多，反渗透膜使用寿命变长，节约运行成本70%。

2.1.2投加杀生剂

杀生剂分为氧化型杀生剂和非氧化型杀生剂。杀生剂投加方式可分为连续性和冲击式，连续性杀生一般投加的是氧化型杀生剂或高剂量的亚硫酸氢钠，冲击式杀生的杀生剂可选用亚硫酸氢钠，也可选用非氧化型杀生剂。

氧化型杀生剂主要有次氯酸钠、无机溴化物、液氯、有机氯、臭氧等。氧化型杀生剂通过氧化等多种途径对微生物产生灭活作用。反渗透膜材质多为聚酰胺复合膜，为避免强氧化型杀生剂对反渗透膜及元件的损坏作用，还需向原水中投加还原剂（如亚硫酸氢钠）来与氧化型杀生剂进行反应。中国石化燕山分公司[5]东区污水回用装置，采用超滤与反渗透技术处理牛口峪污水处理场氧化沟出水，反渗透系统受到微生物污染，运行初期，清洗周期不到20d。为控制微生物污染，投加杀生剂试验步骤如表2所示，结果表明，第四步骤的杀菌效果明显，反渗透系统的清洗周期延长到35d。

表2　杀生剂投加试验

非氧化型杀生剂主要有2,2-二溴-3-氰基丙酰胺等DPNBA系列、二甲基二硫代氨基甲酸钠、异噻唑啉酮（Kathon）及其衍生物、EDTA钠盐、十二烷基苯磺酸钠等。京丰热电厂[6]采用的循环冷却水排污水处理流程为过滤—超滤—反渗透，采用专用的非氧化型杀生剂，控制反渗透膜微生物污染问题。

2.2反渗透膜的化学清洗

反渗透系统运行一段时间后，仍会面临微生物污染问题，为了恢复系统性能，需对反渗透系统进行化学清洗。化学清洗剂主要有EDTA钠盐、甲醛、戊二醛、十二烷基苯磺酸钠、乙二胺四乙酸钠等。

中国长城铝业公司热力厂锅炉补充水系统[7]采用的杀灭微生物的化学清洗方案为0.2%的EDTA二钠盐，加0.1%的氢氧化钠将溶液调节pH值至12，对反渗透系统进行化学清洗，再用0.1%的甲醛溶液进行清洗，再经过有机物污染、无机盐结垢的化学清洗程序后，反渗透系统性能恢复到运行初期水平。

某电厂[8]使用1%的EDTA四钠盐与0.05%的十二烷基苯磺酸钠，加碱调节pH值至12左右，对反渗透系统进行循环清洗，然后经过较长时间的浸泡，能够有效清除反渗透膜的有机物及微生物污染。

3　微生物污染防治措施探讨

以BiosS-Treat技术为代表的生物吸附及抑制工艺与传统的预防反渗透微生物污染的手段不同，它不是建立在杀死微生物的基础上，而是在滤池内建立一个适合微生物生长繁殖的理想环境，不需要投加氧化型杀生剂来灭活微生物，因而也不需要投加还原剂来还原氧化型杀生剂，能有效防止反渗透膜频繁的化学清洗，节约运行成本。

氧化型杀生剂具有杀生能力强、杀生作用快、药剂持续时间长、pH值适用范围广的优点，缺点是氯消毒对反渗透膜有破坏作用，还需投加还原剂或设置活性炭过滤器来消除它的破坏作用。设置活性炭过滤器后，保安过滤器和反渗透装置虽没有余氯，但又会导致比较严重的微生物污染问题，还需要在保安滤池后投加非氧化型杀生剂，运行费用高。专用的非氧化型杀生剂具有杀生能力强、使用方便、毒性小等优点，对反渗透膜没有破坏作用，缺点是价格昂贵。

反渗透膜的化学清洗可以恢复比较高的膜通量，仍有污染物残留在膜表面，造成反渗透膜不可逆转的损伤，且操作不当或不及时，仍会导致膜元件遭受损坏，很难完全恢复系统性能，频繁的化学清洗会还会严重缩短反渗透膜的使用寿命，导致脱盐处理费用增加。

4　微生物污染防治措施展望

反渗透膜的化学清洗属于末端治理手段，是在微生物污染预处理系统选择不当或在长期的运行中使用的恢复反渗透系统性能的措施，应尽量避免进行频繁的化学清洗，延长反渗透膜的使用寿命。在实际应用中，尽可能加强预处理来降低反渗透膜的微生物污染。预处理措施中，投加杀生剂仍是预防微生物污染的主要措施。非氧化型杀生剂成本降低后，将逐步取代氧化型杀生剂，成为聚酰胺复合膜的主要杀生剂，而氧化型杀生剂与非氧化型杀生剂的综合应用将是主要的杀生剂投加方式。随着人们认识的提高，生物吸附及抑制工艺的工程应用呈快速增长趋势，有望成为主要的防治反渗透膜的微生物污染的技术措施。

[1]李毓亮,金焱,张兴文.反渗透膜污染过程与膜清洗的试验研究.水处理技术,2010,36(3):46-48.

[2]姜宝鑫,杨庆峰.反渗透膜生物污染的研究进展.化工进展, 2010,29(8):1554-1560.

[3]郑猛,吴青芸,周浩媛,等.海水淡化反渗透膜微生物污染及防控研究进展.膜科学与技术,2015,35(1):123-130.

[4]李进,张葆宗.反渗透水处理系统微生物污染特性分析及对策.工业水处理,2000,20(5):10-12.

[5]赵辉.石化污水回用中反渗透膜的微生物污染.化工环保, 2009,29:123-125.

[6]梁建瑞.超滤-反渗透膜组合工艺处理电厂循环排污水.水处理技术,2006,32(6):79-81.

[7]何建军.反渗透系统的污染及清洗.水处理技术,2002,28(5):299-301.

[8]周波.循环排污水回用作锅炉补给水系统的优化运行.火电行业化学专业技术交流会,2013:225-228.