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细菌,真菌和其它微生物组成的生物膜,可直接(通过酶作用)或间接(通过局部pH或还原电势作用)降解膜聚合物或其它RO单元组件,结果造成膜寿命缩短,膜结构完整性被破坏,甚至造成重大系统故障。
可同化性有机碳(AOC)被认为是生物膜的生长潜势。因此,AOC指标可以表征生物膜形成的可能性及其程度。研究证实,细菌对不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纤维素膜更易受细菌污染。所以,生物亲和性被降低和易清洗的聚合物为材质的分离膜,会阻碍生物膜的生长。为了发展膜的生物污染防治技术,研究者必须首先理解分离膜聚合物的表面分子结构和粘附生物细胞与膜作用的机理。为了更好控制膜的生物污染所必需的基础研究包括以下六个方面。
(1)了解生物膜中的微生物菌落,以识别出合适的有机体用于试验模拟和粘附生物测定。非生长基的分子基因测定是值得推荐的方法,例如核蛋白体RNA基因片段分析,基因试样生物检定,荧光现场杂化作用等。
(2)粘附过程必须在分子和原子一级的水平上研究,以更好地理解细胞粘附时物化作用力的影响。
(3)被改性的膜对细菌粘附和初期生物膜形成的影响需进一步研究。总衰减反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)测定有助于分析问题。
(4)在生物污染过程中,细菌外聚合物(如藻朊酸盐)与膜材料之间的作用尚未被充分认识到。理论上,分子模拟可以快速和低成本地预测膜生物污染。同时,可用模拟技术识别干扰细胞粘附的新的化学物质。
(5)生物膜本身的结构完整性依靠细胞之间的分子力,该种作用力和细胞与相邻的胞外聚合物(EPS)之间的相互作用有关。到目前为止,生物膜中细胞之间作用力的大小和本质还不清楚。分子模拟技术与适当的试验方法(如X光衍射)结合有助于分析问题
(6)目前尚缺乏对生物膜生理生态性的了解。有研究指出溴化呋喃(来自海底藻类)可阻碍细菌的粘附,削弱生物膜母体溶液的污染影响。
生物污染可通过对进水进行连续或间歇的消毒来控制。但必须考虑该消毒剂对膜的降解性。研究表明,一氯化胺是一种优于氯消毒的生物膜消毒剂,可大大减少微量有机氧化物,抑制细菌生长。废水中连续投入3~5mg/L一氯化胺可抑制生物膜生长(对膜无氧化损害),延长运行周期。
另外,在膜的脱盐系统中,低浓度(0.5~1.0mg/L)硫酸铜的添加可抑制藻类生长。一些表面活性剂和其它化学试剂可干扰细菌在膜聚合物上的粘附。另外,可通过物理手段:如加强横向流速,增加气体反冲,来阻止微生物的粘附。
上述三种污染即沉淀污染、吸附污染、生物污染,有时会同时发生,而且发生一种污染又可能加速另一种污染。进行膜处理时,应对原水组分进行分析,识别造成膜污染的主要原因,以便更好地消除影响,延长膜的使用寿命。
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