海水淡化反渗透膜微生物污染及防控研究进展

北极星环保网讯:随着反渗透技术在海水淡化及废水处理等方面的应用推广，反渗透膜污染问题显得越来越突出，尤其是不可逆的微生物污染，现已成为一个世界性难题．本文基于反渗透膜微生物污染的研究现状及进展，总结归纳微生物污染过程中三个关键阶段包括微生物粘附、生长和扩散的形成特点，发生机制及其影响因素；全面论述微生物污染膜的表面评价方法及膜性能评价方法如水利参数评价等的优缺点；针对微生物污染膜形成的不同生长阶段分别提出相应的防控策略如预处理、水利运行参数调控、反渗透膜的改性及清洗等；最后提出分离膜微生物污染研究的发展方向．

关键词：海水淡化；反渗透膜；微生物污染；表征手段；防控方法

当今海水淡化已成为解决全球淡水危机的战略性选择。据统计，全球已建成和在建的海水淡化工厂有15000多个，淡水产量总计7170m3/d，而膜法海水淡化占总产量的60%，其中反渗透技术以其工艺简单、操作方便、运行成本低、易于自动化控制等优点得到了广泛的应用。

然而，膜污染是一直困扰膜法海水淡化应用的首要问题.它不仅导致操作压力和能耗增加，而且加速膜材料老化，从而缩短反渗透膜的使用寿命.膜污染主要分为有机物污染、无机物污染和微生物污染等.由于微生物污染使得膜水通量不可逆地迅速下降、分离性能恶化，而且微生物污染层一旦形成便很难清洗，从而受到广泛关注.

全球每年用于处理反渗透膜微生物污染的费用高达150亿，占膜应用成本的30%[1].在中东地区，每年约有70%的反渗透膜遭受微生物污染[2].为此，科学家们相继开展了大量膜微生物污染的研究工作，以期更好地防控分离膜的微生物污染.

本文围绕海水淡化反渗透膜的微生物污染进行全面阐述，首先分析膜微生物污染的形成机理及其关键影响因素，随后综合评价膜微生物污染的常用表征手段和防控方法，针对性地提出控制膜污染的可行性方案，为反渗透膜污染的研究提供借鉴.

1膜微生物污染的特点

造成海水淡化反渗透膜污染的海洋微生物主要包括细菌、藻类、真菌及其芽孢、孢子和病毒等，它们大多分布在水深1000m以内的表层海水或港口、河口等富含营养盐的水域[3].海水淡化预处理通过消毒杀菌和过滤等手段能去除大部分微生物，但很难完全根除.

微生物甚至以孢子的形式透过精密过滤的超滤膜，进而粘附到反渗透膜表面.一但膜上出现细菌群落，微生物污染发展迅速，数天就会生成生物膜.生物膜的粘附力极强，几乎不受水流剪切力的影响，即使频繁冲洗和消毒杀菌也难以彻底清除粘泥.从而微生物膜污染对反渗透膜造成永久不可逆损害，使得反渗透膜水通量下降，膜清洗和更换频繁，寿命降低，运行成本增加.反渗透膜的微生物污染具有以下特点：

(1)微生物污染普遍存在.首先，绝大多数水体都含有微生物，虽然预处理能去除大部分的微生物，但彻底清除却十分困难.其次，微生物具有可驯化性，对环境的适应性强，水体中的微生物一旦粘附于膜表面，便能迅速适应膜表面水环境，造成不可逆粘附.最后，微生物繁殖速度呈指数增长，能够在短时间内迅速繁殖遍布整个膜表面.因此，在反渗透膜海水淡化应用中，人们虽然在防治微生物污染方面做了很多工作(包括预处理、杀菌剂、膜改性等)，但膜微生物污染依然伴随膜应用而存在.

(2)微生物污染不可逆.膜污染一旦形成，其膜表面便会形成一层生物膜.生物膜主要由胞外聚合物(EPS)(包括多糖、蛋白质等)包裹菌体而成.生物膜与反渗透膜主要以氢键等连接，大量的结合位点及EPS包裹菌体结构，使得生物膜与反渗透膜结合非常牢固，一般的反冲洗及杀菌剂很难将其去除干净.

(3)微生物污染危害性强.微生物污染危害主要包括对水力运行的影响和对反渗透膜的损害两方面.一方面，生物膜的存在将增大膜外浓差极化，堵塞膜孔道，加剧其它污染(包括有机污染、无机污染)，从而降低水通量，减小膜两侧的有效压差，增加膜应用成本.另一方面，膜生物污染能破坏膜的内部结构，导致膜的永久性损坏.微生物在膜表面大量繁殖，侵蚀反渗透膜，并使膜结构遭到破坏，从而使得膜寿命缩短(尤其是醋酸纤维素膜)，甚至造成重大的海水淡化系统故障.

(4)微生物污染复杂多样.生物膜的形成与水体中微生物的种类、含量、水体基质成分、水力运行参数、膜材料的种类以及外界环境等有关，没有防控膜微生物污染的简单统一方法.

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