抗污染膜结合非氧化性杀菌剂消除生物污堵
Peter Sehn1 赵敏佳2 前田恭志3
1 陶氏化学德国股份有限公司
2 陶氏化学（中国）投资有限公司
3 陶氏化学日本有限公司御殿场实验室
1 前言
污堵向来都是影响反渗透用户的使用效率和运行成本的主要因素。污堵会使水流通过膜和膜元件给水通道的阻力增大而导致能源消耗的增加。尽管在反渗透系统中存在许多种类的污堵，但其中生物污染是最复杂和危害性最强的，使用地表水作为水源的反渗透用户通常更是深受其害。地表水中存活着的有机物会在系统中形成生物膜，成为抵抗水流剪切力和杀菌剂的屏障，这是微生物繁殖的最适宜的条件。而反渗透膜的表面对于细菌的生长来说正是一种非常理想的地方——既有浓缩的营养物连续不断输送，在生物膜屏蔽下，膜元件内水流的剪切力又非常低。
过去，为了控制反渗透系统中的生物污染，人们尝试了许多的方法。在这里，我们向大家介绍的是使用一种膜表面能降低细菌附着力的膜元件，结合间歇式非氧化性杀菌剂的使用来消除生物污染的方法。这种协同作用早已被证明非常有效[1]，并且在新加坡得以成功使用，该项目是目前世界上最大的废水改造项目之一[2]。本文的案例无需在预处理系统中投加氯或使用其他氧化剂来分解有机物，是一种较新的处理方法。
2 抗污染反渗透膜元件
目前，陶氏化学FilmTec 公司已向市场上推出了两种型号的抗污染反渗透膜元件：
（1）FILMTEC™ BW30-365FR 是在标准的BW30-365 膜元件的基础上发展而成的，这种抗污染膜元件的有效膜面积为365 ft2 (34m2)，进水流道宽度为34mil (0.86mm)，膜袋数量多、长度短。这种设计和最佳的进水流道宽度对减少给水通道的堵塞和提高膜元件的易清洗性极为有效。膜袋数量增加、膜片长度减少有助于减少膜袋内的阻力，最大程度保持了通量的均匀。特别值得一提的是，这种膜元件能够避免过中心管附近过高的通量和高污染度。这样优化设计的膜元件在FilmTec 全自动化的精密生产线上得以实现。
（2）FILMTECTM BW30-400FR 反渗透膜元件设计用来净化预处理性能良好（如用超滤或微滤）的有潜在微生物或有机物有污染可能的系统。
（3）FILMTEC™ BW30-400/34i FR 是在BW30-365FR 和FILMTECTM BW30-400FR膜元件的基础上发展而成的，这种抗污染膜元件的有效膜面积为400 ft2 (37m2)，而进水流道宽度仍然保留目前反渗透膜元件中最宽为34mil (0.86mm)，膜袋数量多于BW30-365FR、长度短于BW30-365FR。这种设计基于BW30-365FR 抗污染性较强的同时，还选用了目前陶氏FILMTEC™制造的最新技术――iLEC 自锁连接方式，是系统泄漏和能耗降到最低，并大大提高了安装便利度和保证了最好的产水。
这三种抗污染膜元件的膜片本身是采用经过化学改良后的FT30 聚酰胺复合反渗透膜片，这种膜片能很好削弱微生物细菌对膜表面的附着和生长。抗污染膜片具有更光滑的表面，它是亲水性且保持较强的负电荷。经过改良后的膜片仍然保持和标准膜片一样稳定的性能，可以在 pH 1 和 pH 13（<25℃）之间进行清洗。BW30-365FR 的性能是产水量9500 GPD（36m3/d）, BW30-400FR 和FILMTEC™ BW30-400/34i FR 的性能是：10500 GPD （40m3/d），它们的脱盐率均为99.5%（测试条件NaCl 溶液2000mg/l，压力15.5 bar，25 ℃）。

上述测试值是基于如下测试条件：2000 ppm NaCl，225 psi （15.5 bar），77°F（25°C），pH 8，15% 回收率。
单支元件的产水量可能不同，但不会低于所列出的数值的7%。
单支元件的最小脱盐率98%。
34mil 的给水通道更有利于元件的彻底清洗。
上述膜元件已经在地表水处理、市政和工业废水回用等众多领域得到广泛应用并被用户所接受。而且在中国电力行业也得到总多应用。位于巴西Bahia 州南部Mucuri 市的Bahia Sul Celulose 造纸厂有4 套反渗透装置[3]，系统于1991 年安装。由于严重的生物污染造成系统压降很高，反渗透系统不得不频繁清洗，这使整个造纸厂的无法连续生产。Bahia Sul 厂决定在其中一套装置使用新型抗污染反渗透膜元件，并结合特殊的运行和清洗方式。1999 年3月，在该系统中的两套反渗透装置中同时重新安装了反渗透膜元件（A 列使用标准膜元件，C 列使用抗污染膜元件）。经过一年的运行，C 列（使用抗污染膜元件）第一段压降仅从初期的1.0 bar 升高到 1.5 bar，这表明使用抗污染膜元件能够延长使用寿命。在同样的给水情况下，C 列产水量比使用普通膜元件的A 列多20%，而脱盐率和产水水质与标准膜相同。
抗污染膜元件的另一个重要的应用是市政污水回用[4]，表2 列出了亚太地区部分市政污水回用工程。从这些实例可见，抗污染膜元件已经在亚太地区的市政污水回用中显示出重要的作用。

3 非氧化性杀菌剂
DBNPA (2,2–双溴代-3-次氮基-丙酰胺) 是一种在低浓度下能够非常有效的快速杀菌的非氧化杀菌剂。微生物一旦接触到DBNPA，其细胞膜上的蛋白质就会与DBNPA 反应而消除其酶系统的活性，最终被消除。大多数的微生物能够在5min-10min 以内被杀死，在水中，DBNPA 会迅速分解成二氧化碳、氨和溴化物，因而对环境来说也是安全的。

DBNPA 已被广泛应用于冷却水系统和废水处理过程中，但是用于反渗透系统还很少。