污染膜

《冶金學(xué)名詞》第二版。 2100433B

塑性加工時(shí)，金屬和工具接觸面存在的非人工施加的氧化膜等膜狀物質(zhì)。

膜污染，是指在膜過(guò)濾過(guò)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(jī)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(guò)流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。 對(duì)于膜污染,應(yīng)當(dāng)說(shuō),一旦料液與膜接觸,膜污染即開(kāi)始。膜污染常發(fā)生在三種場(chǎng)合,即濃差極化、大溶質(zhì)的吸附和吸附層的聚合。

GE標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)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(wèn)題，污染的消除將使超濾過(guò)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(duì)膜污染種類(lèi)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。

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(gè)微生物生長(zhǎng)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(gè)階段：粘附和生長(zhǎng)。在溶液中沒(méi)有投入生物殺蟲(chóng)劑或投入量不足時(shí)，粘附細(xì)胞會(huì)在進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供養(yǎng)下成長(zhǎng)繁殖，形成生物膜。在一級(jí)生物膜上的二次粘附或卷吸進(jìn)一步發(fā)展了生物膜。老化的生物膜細(xì)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(qiáng)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(lèi)的微生物。微生物的一個(gè)重要特征是它們具有對(duì)變化營(yíng)養(yǎng)、水動(dòng)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(wèn)題比非活性的膠體污染或礦物質(zhì)結(jié)垢更為嚴(yán)重。

細(xì)菌，真菌和其它微生物組成的生物膜，可直接(通過(guò)酶作用)或間接(通過(guò)局部pH或還原電勢(shì)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)故障罰。

可同化性有機(jī)碳(AOC)被認(rèn)為是生物膜的生長(zhǎng)潛勢(shì)。因此，AOC指標(biāo)可以表征生物膜形成的可能性及其程度。研究證實(shí)，細(xì)菌對(duì)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(xì)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(huì)阻礙生物膜的生長(zhǎng)。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(xì)胞與膜作用的機(jī)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(gè)方面。

(1)了解生物膜中的微生物菌落，以識(shí)別出合適的有機(jī)體用于試驗(yàn)?zāi)M和粘附生物測(cè)定。非生長(zhǎng)基的分子基因測(cè)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(chǎng)雜化作用等。

(2)粘附過(guò)程必須在分子和原子一級(jí)的水平上研究，以更好地理解細(xì)胞粘附時(shí)物化作用力的影響。

(3)被改性的膜對(duì)細(xì)菌粘附和初期生物膜形成的影響需進(jìn)一步研究?？偹p反射-傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)測(cè)定有助于分析問(wèn)題。

(4)在生物污染過(guò)程中，細(xì)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(rèn)識(shí)到。理論上，分子模擬可以快速和低成本地預(yù)測(cè)膜生物污染。同時(shí)，可用模擬技術(shù)識(shí)別干擾細(xì)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(xì)胞之間的分子力，該種作用力和細(xì)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(xì)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(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法(如X光衍射)結(jié)合有助于分析問(wèn)題

(6)目前尚缺乏對(duì)生物膜生理生態(tài)性的了解。有研究指出溴化呋喃(來(lái)自海底藻類(lèi))可阻礙細(xì)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(guò)對(duì)進(jìn)水進(jìn)行連續(xù)或間歇的消毒來(lái)控制。但必須考慮該消毒劑對(duì)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(jī)氧化物，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。廢水中連續(xù)投入3～5mg/L一氯化胺可抑制生物膜生長(zhǎng)(對(duì)膜無(wú)氧化損害)，延長(zhǎng)運(yùn)行周期。

以壓力為推動(dòng)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(duì)RO和NF的影響尤為顯著。

當(dāng)原水中鹽的濃度超過(guò)了其溶解度，就會(huì)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。