氯化水处理会导致更严重的膜污染吗？中国科学院研究为你揭示 | Engineering

在世界上，特别是发展中国家的偏远地区，安全而充足的饮用水供应越来越缺乏。距离远、社区分散和交通基础设施落后，使得人们难以提供和保证足够的安全供水。在这些偏远地区，包括河流和湖泊在内的地表水受到的污染较轻，因此，可以通过较简单的方法将其处理后作为饮用水的水源。膜过滤技术，特别是超滤膜过滤技术，是一种成熟的、通用的水质净化和饮用水生产方法。由于超滤膜的孔径（大约100 kDa）小于悬浮的固体、胶体和细菌，因此其可通过尺寸排阻效应将它们截留。此外，水可以在较低的跨膜压力下通过超滤膜，这可以通过重力驱动装置实现。在进水的影响中，溶解性有机物浓度起着重要的作用，而且其与膜滤系统的渗透通量呈负相关，然而，该方面仍需进一步的探究。

中国科学院徐磊、俞文正研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年8月刊发表了题目为《氯化水与地表水导致的膜污染对比解析——生物污染特性和微生物探究》的研究性文章，探究了自来水在重力驱动膜过滤系统中对生物膜的形成及生物污染的影响。此外，文章对未处理的地表水（湖水）所形成的生物膜/生物污染也进行了对比研究。文章表明，自来水过滤系统产生了比湖水更严重的膜污染，而且多糖和eDNA的含量更高。其生物膜形态致密，但是湖水形成的生物膜是多孔、类似蜘蛛网状的结构，猜测可能与生物膜中的细菌有关。文章的16S rRNA测序结果表明， Xanthobacter 在自来水形成的生物膜中占据优势地位。文章发现膜的亲、疏水性对膜污染特性和微生物群落的影响较小。文章揭示了耐氯细菌在膜污染形成中的重要作用，更深入地认识了膜污染，可为寻求有效的膜污染控制方法提供帮助。

值得注意的是，自来水所形成的生物膜结构密实，这与添加叠氮化钠抑制生物活性的研究结果一致，表明虽然大部分细菌已被杀死，但残余的细菌可能会分泌更多的胞外聚合物，从而形成更密实的结构和更严重的膜污染。然而，湖水所形成的生物膜是多孔的，类似蜘蛛网。这种迥异的结果可以解释为以下两点：首先，每种微生物分泌的胞外聚合物不同，产生的膜污染不同。不同的微生物群落可能会形成不同结构的生物膜。其次，胞外聚合物的分布模式会改变生物膜的结构。尽管从傅里叶变换红外光谱上可以看出，蛋白质、多糖和eDNA是主要的成分，但是其不同的分布模式可能会导致不同的生物膜形态。从激光共聚焦显微图像上可以看出，自来水和湖水所形成的生物膜中主要组分的形状和尺寸均存在显著差异，从而形成不同的生物污染层。

文章发现氯化水（自来水）在过滤过程中比未经处理的地表水（湖水）产生了更严重的膜污染，这表现为更低的渗透通量和更厚的生物膜。对于自来水形成的生物膜来讲，其呈现出密实的形态，而湖水所形成的生物膜是多孔的，类似于蜘蛛网；这与微生物的群落结构密切相关。文章发现膜的亲、疏水性对膜污染特性和微生物群落的影响很小。文章首次揭示了基质的主要成分在垂直方向上的分布规律，蛋白质主要位于生物膜的下部，多糖和eDNA位于生物膜的上部，这对于探究它们在生物膜中所发挥的作用具有重要的意义。

以上内容来自：Li Zhang, Lei Xu, Nigel Graham, Wenzheng Yu. Unraveling Membrane Fouling Induced by Chlorinated Water Versus Surface Water: Biofouling Properties and Microbiological Investigation [J]. Engineering, 2022, 15(8): 154-164.