污水深度回用反渗透膜面微生物污染机理试验研究-北极星水处理网

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污水深度回用膜集成工程中反渗透膜污染始终是制约膜分离技术发展的瓶颈，是反渗透技术应用过程中关注的重点。反渗透膜污染的类型主要有生物污染、有机污染、无机污染及颗粒杂质污染，而微生物污染是众所周知的最难预防和消除的污染。由于预处理不能完全去除细菌，加上水中有机物成为微生物生长的碳源，所以反渗透膜上微生物污染普遍存在，Vrouwenvelder等通过对中东地区海水淡化厂的反渗透设备调研，发现其中70%遭受微生物污染，所以认为微生物污染是NF、RO应用过程中最严重的问题之一。由于污水含氮、磷等富营养物质多，TOC、COD、BOD值较高，水温较高等，所以污水回用RO膜微生物污染相对发生的几率更高些。一旦出现生物污染，反渗透会马上出现渗透通量下降的表现，生物污染对通量降低的影响比非生物污染大，所以微生物污染问题日渐突出。污染最直接的影响是导致运行成本增加、寿命降低、膜清洗和更换频繁。有证据表明微生物污染对膜性能的影响是其污染影响的数倍，生物膜的存在会加重其它污染的发生，称之为生物膜强化污染，主要是由于生物污垢造成压差升高，在膜表面形成低流速状态，在生物及其分泌物的黏附作用下进一步加剧了胶体、有机污染、无机结垢和微生物的污染。膜面微生物污染的复杂性主要表现在它的存在性、生长性、环境适宜性和与膜面的黏附性、难于彻底去除性上。预处理不能完全消除微生物，加氯消毒的反渗透工厂也发现有微生物污染问题。脱氯后微生物存在再生问题，Mohamed等研究发现，反渗透系统在经过SBS脱氯后出现大量微生物再生，使得微生物污染加重。

本文通过对反渗透膜微生物污染的试验研究，期望能够很好地掌握污染的机理与特性，同时能够帮助我们更好地解决膜微生物污染问题，对膜的清洗也有重要的指导作用。

1微生物污染试验方法

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。试验研究内容主要考察中水水质对微生物污染和生物膜形成的影响，考察主要的微生物种类和生长状态，通过杀菌处理考察杀菌预处理对反渗透入口水微生物存在和生长的影响。试验研究以静态试验和错流过滤动态试验相结合的方式进行。试验材料和药品：除盐水、牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂、中水、反渗透膜(洁净和已污染的2种)。静态试验装置：试验采用静态膜污染模拟器进行污染研究，如图1所示。

膜片处理：将大片(张)膜用除盐水润湿透水侧，轻轻地平整固定在玻璃板上，使用特制的裁剪装置(一端软固定、一端锋利刀片)将膜裁剪成需要的尺寸，切忌刮伤膜片或重压膜片。将裁剪好的膜片在灭菌的除盐水中浸泡24h，其间换水3次。静态试验的膜片需要事先固定在支撑的圆环上，再进行灭菌处理。试验菌液(中水中微生物菌种)培养和配制：取中水放于事先经过灭菌处理的洁净烧杯中;取2个已经杀菌的培养皿，利用移液管从烧杯中分别取1mL中水置于培养皿中。用洁净烧杯称取牛肉膏0.5g，蛋白胨1g，氯化钠0.5g，琼脂2g，加除盐水溶于100mL锥形瓶中，搅拌并调节pH 至7.2～7.4，塞紧瓶口，放于灭菌锅中灭菌，4h后，取出锥形瓶冷却至50℃左右，倒入培养皿，以刚好覆盖培养皿底部为宜;盖好培养皿，置于37℃恒温箱中培养24h;24h后，取出培养皿，用玻璃棒挑出菌落置于装有除盐水的烧杯中，搅拌待用。

2试验内容及结果分析

2.1反渗透产品水(即除盐水)中微生物生长性研究:取6个500mL的事先灭菌处理的洁净烧杯，分别加入200mL的除盐水;在1、2、3号烧杯中分别加入1mL配置的菌液;将6个烧杯上口盖紧，置于室温下静置，5h后分别取1mL水样培养，观察培养皿表面菌落生长情况;同时另取一个培养皿(7号)，取1mL原菌液模拟中水条件，进行对比培养。试验结果见表1。

试验观察到1、2、3号培养皿中只有少数的菌落，而4、5、6号基本上没有菌落。在7号培养皿中长出了很多菌落。

实验结果表明：在除盐水中，由于没有微生物生长和繁殖的必须营养物质，所以膜面污染情况较轻，培养皿中的菌落数很少。反渗透出水本身几乎没有细菌，而且除盐水中缺乏细菌生长所必需的营养物质，即使在除盐水中加入菌液，也无法快速繁殖，甚至会因为缺乏营养而失活。在相同培养时间和温度条件下，中水中菌落数要比除盐水条件下培养生成的菌落多得多。说明反渗透出水侧或出水侧膜面通常没有微生物存在，但是有细菌介入的情况下，即有微生物源时会造成生长，尤其是水样中如果有足够的营养物质，就会在膜表面快速形成微生物粘泥，影响膜的正常运行。

2.2水温对微生物生长的影响:分别取6个事先灭菌处理的洁净500mL烧杯，分别加入200mL除盐水和1mL培养菌液;在1、3、5号烧杯中分别放入2片干净的反渗透膜片，在2、4、6号烧杯中分别放入2片污染的膜片;盖好杯口;将1、2号烧杯放入冷水浴中，维持温度在15 ℃左右，3、4号烧杯置于室温下，5、6号烧杯热水浴，维持温度30℃左右;隔0.5h测各个烧杯的水温;5h后，取出膜片，分别置于6个事先灭菌处理的干净烧杯中，用清洗剂清洗膜;分别从每个烧杯中取出1mL清洗液，用培养皿培养，观察菌落数的多少，1～6号烧杯中取出的清洗液中，培养菌落数分别为1、3、3、5、7、12个。试验温度见表2。

根据不同温度下微生物培养的表现可以看出，微生物在温度较高的情况下更易于在膜面繁殖、生存。除盐水中总体上膜面微生物生长或污染情况比较轻，但是同样在除盐水中，已经污染的膜片微生物的生长现象和污染比清洁膜严重。

2.3反渗透在中水环境中膜面微生物生长性能静态污染试验:静态模拟试验装置MFS中以中水为试验介质，放入膜片，利用磁力搅拌器模拟膜面流动状态，控制搅拌速度和时间，观察膜表面的微生物污染情况。经过一定时间取出膜片，通过培养来观察污染的微生物的特性。试验前将烧杯和搅拌磁子做灭菌处理。在500mL烧杯中分别加入同体积除盐水、中水，放入经过前处理的反渗透膜片(功能皮层朝下，直径50mm)，控制搅拌器转速，加热棒控制水样的温度，观察在不同条件下膜面的污染情况。以高温灭菌冷却后的除盐水淋洗取出的膜片，去除浮在上面的杂质，将膜片放在另外一套经过灭菌处理的MFS装置中，烧杯内加入200mL高温灭菌的除盐水，启动搅拌器(1500r/min)进行膜面微生物污染洗脱处理，取适量洗脱液进行微生物菌落培养，并将洗脱液放在显微镜下观察微生物的形态。

2.3.1微生物污染出现时间试验分别取6个洁净的500mL烧杯，编号后，分别加入200mL除盐水和1mL培养菌液，静置30min;同时向6个烧杯中加入2片洁净RO膜片，开始计时，以65r/min转速搅拌，分别在10、15、20、25、30、40min后，取出膜片，用清洗液清洗，再取其中的1mL清洗液进行微生物培养; 观察6个培养皿中的微生物生长情况。试验结果见表3。

试验结果分析：从表中可以看出，膜表面在膜浸入水样中15min后就开始出现微生物附着的现象，而之前基本上没有微生物污染出现。30min后，膜污染现象加重，膜表面微生物量增多。说明随着时间的延长，膜表面微生物繁殖越来越多，膜表面污染也就越来越严重，严重时可以堵塞膜孔，阻碍过水，使得系统产水量下降。

原标题：污水深度回用反渗透膜面微生物污染机理试验研究

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