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膜污染是指在膜過濾過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。
實際上，膜的可靠性是目前阻礙膜技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一，而污染問題又是影響其可靠性的決定性因素。據(jù)調(diào)查，就超濾而言，污染仍是其主要問題，污染的消除將使超濾過程效率提高30%以上，使投資減少15%，而且能提高分離效果，使超濾范圍拓寬。對膜污染種類及其成因的具體分析，將有助于采取合適的措施減弱 或消除它的不良影響。
1、生物污染
生物污染是指微生物在膜-水界面上積累，從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。膜組件內(nèi)部潮濕陰暗，是一個微生物生長的理想環(huán)境，所以一旦原水的生物活性水平較高，
則極易發(fā)生膜的生物污染。膜的生物污染分兩個階段：粘附和生長。在溶液中沒有投入生物殺蟲劑或投入量不足時，粘附細胞會在進水營養(yǎng)物質(zhì)的供養(yǎng)下成長繁殖，
形成生物膜。在一級生物膜上的二次粘附或卷吸進一步發(fā)展了生物膜。老化的生物膜細菌主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯和其它大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)強烈吸附在
膜面上引起膜表面改性。被改性的膜表面更容易吸引其它種類的微生物。微生物的一個重要特征是它們具有對變化營養(yǎng)、水動力或其它條件作出迅速生化和基因調(diào)節(jié)
的能力。因此，生物污染問題比非活性的膠體污染或礦物質(zhì)結(jié)垢更為嚴重。細菌，真菌和其它微生物組成的生物膜，可直接(通過酶作用)或間接(通過局部pH或
還原電勢作用)降解膜聚合物或其它RO單元組件，結(jié)果造成膜壽命縮短，膜結(jié)構(gòu)完整性被破壞，甚至造成重大系統(tǒng)故障
可同化性有機碳(AOC)被認為是生物膜的生長潛勢。因此，AOC指標可以表征生物膜形成的可能性及其程度。研究證實，細菌對不同聚合物粘附速率大不相
同。如聚酰胺膜比醋酸纖維素膜更易受細菌污染。所以，生物親和性被降低和易清洗的聚合物為材質(zhì)的分離膜，會阻礙生物膜的生長。
為了發(fā)展膜的生物污染防治技
術(shù)，研究者必須首先理解分離膜聚合物的表面分子結(jié)構(gòu)和粘附生物細胞與膜作用的機理。為了更好控制膜的生物污染所必需的基礎(chǔ)研究包括以下六個方面。
(1)了解生物膜中的微生物菌落，以識別出合適的有機體用于試驗?zāi)M和粘附生物測定。非生長基的分子基因測定是值得推薦的方法，例如核蛋白體RNA基因片段分析，基因試樣生物檢定，熒光現(xiàn)場雜化作用等。
(2)粘附過程必須在分子和原子一級的水平上研究，以更好地理解細胞粘附時物化作用力的影響。
(3)被改性的膜對細菌粘附和初期生物膜形成的影響需進一步研究?？偹p反射-傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)測定有助于分析問題。
(4)在生物污染過程中，細菌外聚合物(如藻朊酸鹽)與膜材料之間的作用尚未被充分認識到。理論上，分子模擬可以快速和低成本地預(yù)測膜生物污染。同時，可用模擬技術(shù)識別干擾細胞粘附的新的化學(xué)物質(zhì)。
(5)生物膜本身的結(jié)構(gòu)完整性依靠細胞之間的分子力，該種作用力和細胞與相鄰的胞外聚合物(EPS)之間的相互作用有關(guān)。到目前為止，生物膜中細胞之間作用力的大小和本質(zhì)還不清楚。分子模擬技術(shù)與適當?shù)脑囼灧椒?如X光衍射)結(jié)合有助于分析問題。
(6)目前尚缺乏對生物膜生理生態(tài)性的了解。有研究指出溴化呋喃(來自海底藻類)可阻礙細菌的粘附，削弱生物膜母體溶液的污染影響。
生物污染可通過對進水進行連續(xù)或間歇的消毒來控制。但必須考慮該消毒劑對膜的降解性。研究表明，一氯化胺是一種優(yōu)于氯消毒的生物膜消毒劑，可大大減少微量
有機氧化物，抑制細菌生長。廢水中連續(xù)投入3～5mg/L一氯化胺可抑制生物膜生長(對膜無氧化損害)，延長運行周期。
另外，在膜的脫鹽系統(tǒng)中，低濃度(0.5～1.0mg/L)硫酸銅的添加可抑制藻類生長。一些表面活性劑和其它化學(xué)試劑可干擾細菌在膜聚合物上的粘附。另外，可通過物理手段：如加強橫向流速，增加氣體反沖，來阻止微生物的粘附。
2、沉淀污染
以壓力為推動力的膜分離技術(shù)有反滲透(RO)，納濾(NF)，超濾(UF)和微濾(MF)。根據(jù)不同膜與水中微粒的相互關(guān)系，可知沉淀污染對RO和NF的影響尤為顯著。
當原水中鹽的濃度超過了其溶解度，就會在膜上形成沉淀或結(jié)垢。普遍受人們關(guān)注的污染物是鈣、鎂、鐵和其它金屬的沉淀物，如氫氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽等。
避免沉淀污染的方法主要是減少離子積中陽離子或陰離子的濃度。例如，添加酸可減少氫氧化物和碳酸鹽的濃度，使金屬離子沉淀難以生成。原水可通過石灰軟化沉淀或離子交換等預(yù)處理方法去除易結(jié)垢的金屬離子(如Ca 2＋、Mg 2＋等)。還可以加入阻垢劑，例如磷酸六甲基，以阻礙沉淀生成。
3、吸附污染
有機物在膜表面的吸附通常是影響膜性能的主要因素。隨時間的延長，污染物在膜孔內(nèi)的吸附或累積會導(dǎo)致孔徑減少和膜阻增大，這是難以恢復(fù)的。腐殖酸和其他天然有機物(NOM) 即使在較低濃度下，對滲透率的影響也大大超過了粘土或其它無機膠粒。
與膜污染相關(guān)的有機物特征包括它們對膜的親和性，分子量，功能團和構(gòu)型。帶負電荷功能團的有機聚合電解質(zhì)(如腐殖酸和富里酸)會與帶有負電荷的膜表面之間存在靜電斥力。用在水和廢水處理中的聚砜、醋酸纖維樹脂、陶瓷和薄表層復(fù)合膜表面都帶有一定程度的負電荷。一般來講，膜表面電荷密度越大，膜的親水性就越強。而疏水作用可增加NOM在膜上的積累，導(dǎo)致更嚴重的吸附污染。
上述的三種污染即生物污染、沉淀污染、吸附污染，有時會同時發(fā)生，而且發(fā)生一種污染又可能加速另一種污染。進行膜處理時，應(yīng)對原水組分進行分析，識別造成膜污染的主要原因，以便更好地消除影響，延長膜的使用壽命。
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