監測膜分離系統中生物汙染的方法

2023-06-23 22:25:26

專利名稱：監測膜分離系統中生物汙染的方法
技術領域：
本發明主要涉及膜分離，更具體的說，涉及對膜分離系統中的生物汙染進行監測和/或控制的方法。
背景技術：
使用選擇性膜的膜分離是工業技術中用於例如水純化的液流處理的相當新的進展。在膜分離中，流入液中的成分通常在驅動力下通過膜形成一股流出流，這樣在第二液流中留下部分的初始成分。通常用於水的純化或其它液體處理的膜分離過程，包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析、電去離子、全蒸發、膜萃取、膜蒸餾、膜反萃、膜曝氣以及其它處理過程。分離過程的驅動力與膜分離過程的類型有關。壓力驅動膜過濾，也被稱為膜過濾，包括微濾、超濾、納濾，和反滲透，使用壓力作為驅動力，而在電滲析和電去離子中使用電驅動力。在歷史上，膜分離工藝或系統對於水處理來說不被認為是成本有效的，因為膜結垢、膜汙染、膜降解等在從含水液流中除溶質的效率上具有的反面影響。然而，現在技術的發展已經使膜分離過程成為在處理適用於工業過程的含水原料流方面商業上更加可行的技術。
此外，膜分離在工業應用中也更加普遍了，特別是對於原料和廢水的純化。這可以通過使用改進的對膜分離性能進行評價和監測的診斷工具和技術而達到。膜分離性能例如效率(例如流量，膜滲透性、滲透回收率、能量效率、膜兩次清理之間的時間或完成清潔循環的時間)和效果(例如拒斥或選擇性)典型地由於膜汙染而降低。
膜分離過程往往被微生物所汙染，也就是說生物汙染。膜分離中微生物的生長是常見的問題，特別是在為微生物生長提供最適宜的條件的含水液流中。生物汙染對膜分離系統的危害非常大，因為一旦它開始了，生長速率將加快而且生物汙染還能夠促進其它類型的汙染。例如，外聚合物質(「EPS」)或生物物質的粘液層能夠捕捉並保存操作過程中可以反相透過膜分離系統的汙垢沉積物和其它微粒。此外，厚的EPS層也能夠降低膜內的湍流。這能夠導致濃度極化層的增加，其中濃度極化層是公知的膜結垢現象的促進因素。
生物汙染的直接和最明顯的效果是膜滲透輸出量的減少和/或沿在膜的進料和濃縮側的膜部件的長度方向的壓降的升高，這裡稱為「壓差」。在恆定壓力下，這導致滲透量的損失。為維持恆定流量可以升高壓力，但是這增大了能耗並且進一步促進汙染。此外，在這些條件下(即，滲透量減少、壓差上升和壓力驅動力上升)的連續操作在貫穿膜的使用壽命中必需需要不斷增加的清理，從而降低膜壽命和潛在增加水的成本，如果清理需要大量的停機時間。不太明顯的效果包括降低溶質拒斥、滲透汙染和膜組件的惡化，例如膜膠層的生物降解。在此引入H.F.Ridgway H.Flemming撰寫的綜述論文作為參考，該綜述論文名為「Membrane Biofouling(膜的生物汙染)」，刊登於Water TreatmentMembrane Processes(水處理膜工程)，McGraw Hill，pp.6.1-6.62，1996。
通常，通過使用殺蟲劑和其它生物控制劑，也就是能夠通過破壞微生物的細胞壁或細胞組織來抑制微生物生長的化學品，控制生物汙染。另外可以用機械法和輻射法。通常提倡間斷使用殺蟲劑，因為殺蟲劑價格昂貴並且具有毒性。因此，為防止浪費，需要對水系統和膜工藝參數的進行持續監測和實驗來確定用於控制微生物生長的殺蟲劑的合適用量。
然而，對於對膜分離中生物汙染的效果進行監測，已知的監測技術不能提供足夠的靈敏性、專一性和/或準確性的水平。典型的監測技術包括壓力和流量測量以及定時取樣測定微生物菌落。關於壓力測量，通常通過估算沿膜長度方向的壓差改變進行監測。對於流量測量，在這種系統中通常採用的流量表需要校準誤差，因此需要頻繁地校正。然而，壓力和流量的改變不一定僅限於生物汙染，因為它們可能受水垢(scalants)、汙染物(foulants)和/或膜分離過程中能夠在系統中積累和保留的類似組成物的任何合適的變化的影響。如前所述，微生物生長層能夠增強其它類型的汙染，因為它能夠捕捉或容納水垢和膜分離過程中可以以其它方式透過系統的其它微粒。
對於定時取樣，通常由原料流和出口流中提取水樣。也可以由滲透流提取樣品測定在該滲透流中是否存在任何汙染。典型技術包括抽取樣品，稀釋樣品，和將該樣品塗到營養瓊脂培養基的表面。在培養24至28小時後，檢查該樣品中微生物的存在，如果合適，以手工或攝像方法給生物體計數。該方法的變化包括取樣並對其進行預定時間的培養，然後通過濁度測量法或濁度計觀察培養基。換句話說，通過培養基上的濁斑展示微生物的存在。
與定時取樣相關的一個明顯的問題是取樣和完成對測定樣品中微生物活性水平的分析之間的時間滯後。因此，當該樣品不得不被送到廠區外進行分析而進一步延後獲得結果的時間時，能夠加劇時間滯後。
與定時取樣相關的另一個問題是，這種方法對工業用水體系中總的微生物活性可能估算過低，因為定時取樣僅僅足以提供浮遊微生物活性的指標，而非固著活性。浮遊微生物菌落是活的並且懸浮地在水系統的水中存在。這裡所使用的術語「固著」指的是活的但是固定的微生物菌落。通過定時取樣可以獲得工業可接受的浮遊菌落測量結果，因為浮遊微生物懸浮在被取出檢測微生物濃度的水樣中。相反，固著菌落牢固的附著在系統的結構中，因此不易通過由水中取樣並檢測該樣品中的微生物來測量它們的存在。因此，膜分離系統中浮遊細胞的水平不能與固著細胞的水平直接相關。
此外，存在一種對膜分離系統中生物汙染進行實時監測和/或控制的需要，因為傳統監測技術通常複雜和/或可能缺乏充分監測生物汙染所必需的靈敏性、專一性和/或準確性，因此膜分離性能能夠被優化。

發明內容
本發明提供對能夠處理適用於工業過程的原料流的膜分離系統進行監測和/或控制的方法。在此方面，能夠利用螢光劑的使用對膜分離過程中微生物的生長進行監測(也就是說，監測生物汙染)。申請人已經發現本發明的螢光監測技術能夠在生物汙染檢測方面以高度的靈敏性、專一性和/或準確性進行，因此膜分離性能和效率能夠可控地優化。
為此目的，在本發明的一個實施方案中，提供了一種對膜分離系統中的生物汙染進行監測的方法，該膜分離系統中包括能夠將原料流至少分離為第一液流和第二液流的膜。該方法包括以下步驟提供螢光劑；將該螢光劑加入到原料流中；提供螢光計以檢測原料流、第一液流和第二液流中的至少一項中螢光劑的螢光信號；使螢光劑與膜分離系統中的一種或多種微生物反應；形成已反應螢光劑；使用螢光計對第一液流和第二液流的至少一項中以及任選原料流中的螢光劑和已反應螢光劑中的至少一種的螢光信號進行測量；並且基於螢光劑或已反應螢光劑的信號或所測量的這兩種信號的組合的改變對膜分離系統中的生物汙染進行監測。
因此，本發明的一個優點是提供了利用螢光劑對膜分離系統中的生物汙染進行監測和/或控制的方法。本發明的另一個優點是提供了利用螢光劑的監測改進膜分離性能的方法。
本發明的又一個優點是提供了基於加入到膜分離系統中的螢光劑的監測的具有靈敏性、專一性和/或準確性的對微生物生長進行監測的方法。
本發明的又一個優點是提供了一種加入殺蟲劑或生物控制劑從而減少膜分離系統中的生物汙染的控制信號。本發明的又一個優點是提供了對清潔劑、殺蟲劑和生物控制劑的效率進行監測從而減少清理時間並且延長兩次清理之間的時間的方法。
本發明另外的特徵和優點在以下優選實施方案中詳細說明，這些特徵和優點是顯而易見的。
具體實施例方式
本發明提供了對能夠從例如適用於許多不同工業應用的含水原料流的原料流中除去溶質和/或其它雜質的膜分離系統中的生物汙染進行監測和/或控制的方法。更具體的說，本發明的方法能夠基於監測加入到原料流中的螢光劑的活性對膜分離系統中的生物汙染進行監測和/或控制。因此，能夠高靈敏性、專一性和準確性地評估由於膜分離過程中的微生物生長導致的生物汙染，因此能夠有效地優化膜分離系統的性能。
為對膜分離系統中的生物汙染進行監測和/或控制，本發明的方法可以包括各種不同的合適組分、方法步驟、操作條件等。在一個實施方案中，本發明的膜分離系統包括錯流和終端流動系統。在錯流膜分離系統中，可以在基本上與分離系統的膜平行的流動方向上對原料流進行處理。對於終端流動系統，可以在基本上與分離系統的膜垂直的流動方向上對原料流進行處理。
通常，本發明的膜分離系統能夠通過將原料流分離為單獨液流而對原料流進行處理或純化。在一個實施方案中，原料流至少被分為第一和第二液流，例如滲透流和濃縮流。原料流可以含有各種溶質，例如溶解有機物、溶解無機物、溶解固體、懸浮固體、它們的類似物或組合。原料流在例如膜過濾器中分離為滲透流和濃縮流後，滲透流與含水原料流相比含有相當低濃度的溶解和/或懸浮溶質。在此方面，滲透流代表純化的原料流，例如純化的含水原料流。
應當意識到本發明能夠應用於許多不同類型的膜分離系統，包括，例如錯流系統、終端流動系統、反滲透、納濾、超濾、微濾、電滲析、電去離子、全蒸發、膜萃取、膜蒸餾、膜反萃、膜曝氣及類似系統或它們的組合。優選的膜分離系統為反滲透、納濾、超濾和微濾。
在反滲透中，通常在錯流條件下對原料流進行處理。在此方面，原料流基本上與膜表面平行流動，因此僅有一部分原料流作為滲透流擴散穿過膜。通常採用高錯流速率以提供降低膜表面汙染的衝刷作用。這也能夠降低濃度極化效果(例如膜表面的約化湍流邊界層中溶質的濃縮，它能夠提高膜的滲透壓，從而能夠減少滲透流)。濃度極化效果能夠抑制原料流的水作為滲透流穿透膜，從而降低回收率，例如滲透流對於使用的原料流的比率。
反滲透系統能夠採用各種不同類型的膜。這種商業的膜部件類型包括，但不限於，中空纖維膜部件、管狀膜部件、螺旋狀膜部件、平板和框架膜部件及類似物，其中部分在「The Nalco Water Handbook」第二版，Frank N.Kemmer編輯，McGraw-Hill Company，New York，N.Y.1988中，特別在名為「膜分離」的第15章中有詳細說明，其在此引入。應當意識到可以在給定的膜過濾系統中使用單個的膜部件，但也可以根據工業應用使用多個膜部件。
以典型的反滲透系統作為膜過濾和更普遍的膜分離的例子進行說明。反滲透主要使用螺旋狀部件或組件，其通過圍繞中心的多孔滲透收集管纏繞帶有進料室和滲透水載體的半滲透膜層而構造。通常，該組件用帶和/或玻璃纖維纏繞密封。得到的結構具有能夠接納輸入流的通道。該輸入流沿膜組件經度方向流動並且作為濃縮流在另一端排出。該組件中，水通過半透膜並被流入中心收集管的滲透通道捕獲。從這個管中它流出指定通道並被收集。
在實踐中，膜組件被堆疊在一起，首尾相連，以連接管路將第一組件的滲透管連接到第二組件的滲透管，依此類推。這些膜組件疊層位於壓力容器中。在壓力容器中原料水進入疊層中第一個組件內，該組件將部分水作為滲透水除去。由第一層膜中得到的濃縮流變為第二組件的原料流，依次沿疊層繼續。由疊層中所有膜中得到的滲透流被收集到相連的滲透管中。
在大多數反滲透系統中，壓力容器被設置為「分級式(stages)」或「通道式(passes)」。在分級式膜系統中，由壓力容器的一級中得到的合併濃縮流直接進入壓力容器的第二級中，在那裡它們成為第二級的原料流。通常系統具有2至3個級次，每個級次中壓力容器的數量連續變少。例如，系統的第一級次中可以含有4個壓力容器，其中的濃縮液供給第二級次的2個壓力容器，其中的濃縮液供給第三級次的1個壓力容器。這被稱為「4:2:1」排列。在分級式膜構造中，由所有級次的全部壓力容器中得到的合併滲透流被收集同時不進行進一步的膜處理而投入使用。當需要大體積純化水時使用多級系統，例如鍋爐給水。由該膜系統得到的滲透流可以通過離子交換或其它方式進一步純化。
在多通道系統中，由壓力容器的各個級次中得到的滲透流被收集並作為壓力容器下一個級次的原料使用。合併由全部壓力容器得到的濃縮流，無需對各單獨液流進行進一步的膜處理。當需要純度非常高的水時使用多通道系統，例如在微電子或藥物工業中。應當清楚以上例子中RO系統中一個級次的濃縮流可以作為另一個級次的原料流。同樣地，多通道系統的單個通道的滲透流可以作為下一個通道的原料流。對例如以上引用的反滲透例子的系統進行監測的一個挑戰是能夠進行取樣和監測的位置數量有限，即原料流、滲透流和濃縮流。在部分，但不是全部系統中，「中間級次」取樣點允許對第一級次濃縮流/第二級次原料流進行取樣/監測。類似的中間通道取樣點在多通道系統中也是可以的。
與錯流過濾膜分離系統相反，可以通過使原料流在基本上垂直的方向通過過濾介質或膜進行懸浮固體的常規過濾。這在服務周期中有效地產生一個流出液流。定期使清洗流體在與進料相反的方向穿過過濾器對過濾器進行反洗，產生含有已經被過濾器截留的物質的反洗流。因此常規過濾產生原料流、純化流和反洗流。這種類型的膜分離通常被稱為終端流分離並且典型地限制為對尺寸大於1微米的懸浮顆粒進行分離。
另一方面，錯流過濾技術能夠用於除去較小的顆粒(尺寸通常為大約1微米或更小)、膠體和溶解的溶質。這種類型的錯流膜分離系統能夠包括，例如，反滲透、納濾、超濾、微濾、電滲析及類似系統。反滲透能夠除去最小直徑至少為大約0.0001至大約0.001微米的更低分子量溶解物質，包括，例如，離子和非離子物質、低分子量分子、水溶性大分子或聚合物、懸浮固體、膠體和諸如細菌和病毒的物質。
在監測生物汙染的常規流動方法中，實際的滲透流動速率由流量計直接讀數。然而，實際的滲透流動速率會隨原料流溫度、壓力驅動力、原料流溶質和懸浮固體以及，當然包括生物汙染的各種汙染因素而發生改變。通常認為標準化滲透流動是膜分離系統中故障的更靈敏的預兆。通過消除了實際系統溫度和驅動力變化的作用的簡單計算而測定標準化滲透流動，並且將實際滲透流動溫度讀數轉化為如果系統在標準(正常)和恆定的壓力和溫度條件下操作時它應該是的讀數，通常是在起動驅動力和指定溫度下，例如25℃。因此對於給定的膜該計算包括溫度轉換因子和壓力轉換因子，這些因子通常根據新膜經驗地確定或由膜製造商提供。另一種稱為「清水流量法「的方法用於在標準壓力和溫度條件下使用乾淨的水測量實際滲透流動。這種方法需要停止操作並且使乾淨的水通過該系統以測量生物汙染，因此非常不方便而且耗時。在常規監測生物汙染的壓差法中，計算在進料/濃縮流中兩個位置上測量的壓力之間的差值。通常的壓差是進料壓力和濃縮壓力之間的差值。它是通過在膜的進料和濃縮側以及相連的多叉管線上的膜分離膜部件的水壓損耗的量度。在反滲透中，例如，另一種常規優選方法是在生物汙染最容易發生的單個壓力容器中(也就是說進料水進入的前部膜中)測量壓降。當進料/濃縮流道阻塞，驅動力升高。壓降也與原料流流動速率和回收率有關。對不同時間下得到的壓降讀數之間進行精確比較要求膜過濾系統在各情況中相同的回收率和原料流動速率下進行操作。在實踐中，在一些恆定的生產參數下得到壓降讀數，例如恆定的滲透流量或恆定的壓力下。
另一種生物汙染檢測方法是膜解剖的破壞性方法。這種方法包括將從設備上除下的膜切開後，憑視覺檢查它的表面，通過擦抹膜的表面對膜表面進行微生物分析，並且通過SEM/EDS、IR、電子顯微鏡、ICP及類似表面分析技術對沉積物進行表面分析。通過對各種化合物、元素和活的有機體的性質和相對數量進行比較，能夠確定生物汙染和結垢相對於其它類型汙染的定性測定和比例。膜分離系統和對它的監測是唯一的，因為以下考慮。
1.根據可以進行監測的地方和/或可以收集樣品的地方，適當靈活地構建系統。此外，不同類型的汙染通常位於膜的特定端。例如，生物汙染通常主要在膜系統的前端。
2.膜分離系統包括濃度極化層，該濃度極化層由水滲透穿過邊界而形成。這種情況在其它水處理系統中並不存在，例如冷卻水系統。
3.因為基本上膜的表面保持乾淨，相對少量的生物汙染或細小沉澱能夠引起明顯的性能損耗。因此，膜中的性能損耗與冷卻水處理中的性能損耗相比更靈敏。因此，能夠在稍微低於冷卻水系統中發生的熱傳遞損耗所需厚度的膜厚度中發生膜性能損耗。此外，由於通道流量小，當不儘早控制或除去時，汙染將繼續加速並且將更難以(如果不是不可能)對膜進行清理並恢復到它的初始性能容量。這種汙染檢測中的延遲通常導致膜壽命變短。
4.薄半透膜(聚合、有機或無機的)對於化學物質的降解非常敏感，包括由細胞生長過程得到的化學品和清潔用化學品。接觸膜表面的產品必須與膜化學相容以避免損傷表面，從而降低性能。
5.在使用前必需證明膜系統中使用的化學處理與膜材料相容。由不相容化學品引起的損傷能夠導致性能的直接損耗，並且可能損傷膜表面。這種由化學處理引起的直接的、不可逆的損傷在冷卻水系統中非常罕見。
6.在膜分離系統中，存在連續原料流和至少一種連續排放流。膜分離系統的保持時間非常短，也就是說，大約幾秒到幾分鐘。
基於這些差別，與例如冷卻水處理過程的其它水處理過程相比當對生物汙染進行開發和/或執行程序時，許多不同的因素和考慮必需被納入考慮中。例如，對於膜分離系統的有效使用，相信螢光劑一定能夠對比包括冷卻水系統的其它工業水系統中低的多的有機體濃度作出響應。因此，當應用於膜分離系統時，需要低至104菌落形成單位/平方釐米(cfu/cm2)的檢測限。在這麼低的檢測限下，方法的準確性和重現性通常都很差。
與例如保留時間通常為幾小時的冷卻水系統的其它工業水系統相比，短保留時間要求螢光劑能夠與關於膜分離的有限保留時間內微生物生長過程迅速靈敏的發生反應。
由於膜分離系統中連續原料流保留時間短的性質，因為螢光劑引入後在系統中的保留時間只有幾分鐘，螢光劑的引入被限制在原料流中，並且對螢光劑的測量被限制在排放流中。因此，該膜分離系統提供一種在螢光劑引入後對生物汙染幾乎立即進行的測量方法。螢光劑幾乎不需要進一步加入，直到過一段時間看起來必需再一次進行測量。
如前面所討論的，本發明的方法採用螢光劑高選擇性、靈敏性和/或準確性地對由於微生物生長導致的生物汙染進行監測，從而能夠優化膜分離的性能。迄今可被本發明的檢測方法檢測到並響應本發明的檢測方法的經常在工業水系統中發現的微生物有機體包括但不限於假單孢菌屬(Pseudomonas)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、克雷伯氏菌屬(Klebsiella)、腸桿菌屬(Enterobac)、埃希氏桿菌屬(Escherichia)、球衣菌屬(Sphaerotilus)和Haliscomenobacter。
應當意識到膜分離過程中微生物活性水平是包括原料流中微生物有機體的數目、溶解氧量、溫度、水流動、微生物營養素的存在和微生物廢物的去除的不同因素的函數。甚至在生物膜的單一部分中，例如，固著微生物的活性能夠隨這些因素穿過和沿橫截面而發生變化。相信所測量的螢光劑響應能夠提供與含有螢光劑的膜分離原料流相接觸的整個系統中的浮遊和固著的微生物有機體響應的總和。因此，即使微生物活性水平在膜分離系統的一小部分異乎尋常地高，但是其它的所有部分都低，螢光劑的響應也可以是低的。因此，相信本發明的方法能夠檢測系統的平均微生物有機體活性。
通常，被加入到膜系統中的螢光劑必需是經過與大量微生物有機體的相互作用它的螢光信號發生變化的分子或物質。本領域普通技術人員應當意識到例如pH和溫度的環境因素，可以影響螢光信號並且應當說明和據此修正。合適的螢光劑包括但不限於芘3，6，8-三磺酸的乙酸酯；羧基螢光素二乙酸酯；3-羧基傘形基(umbelliferyl)β-D-吡喃半乳糖(galactopyranoside)；3-羧基傘形基(umbelliferyl)β-D-葡萄糖苷酶；9H-(1，3-二氯-9，0-二甲基吖啶-2-酮-7-基)，D-葡萄糖苷酶；9H-(1，3-二氯-9，0-二甲基吖啶-2-酮-7-基)；試滷靈(resorufin)β-D-吡喃半乳糖；螢光素二β-D-吡喃半乳糖；螢光素二β-D-葡萄糖苷酶；試滷靈β-D-葡萄糖苷酶；螢光素二磷酸酯；7-羥基-3H-吩噁嗪-3-酮-10-氧化物(下文中稱為「刃天青」(resazurin))；7-羥基-3H-吩噁嗪-3-酮-10-氧化物鈉鹽(下文中稱為「刃天青鈉鹽」)；4-甲基傘形醇磷酸鹽(「4MUP」)；4-甲基傘形基β-D-葡萄糖苷酶；螢光黃(pyranine)磷酸酯；芘3，6，8-三磺酸1-磷酸酯；和所有類似的螢光劑、它們的衍生物以及它們的組合。
優選的螢光劑包括刃天青、4MUP、pyranine磷酸酯和它們的組合。刃天青是最優選的螢光劑。
本領域普通技術人員應當意識到該螢光劑或者是商業上可得到的(例如，刃天青、刃天青鈉鹽可由威斯康星州密爾沃基市的ALDRICH得到)或能夠使用文獻中報導過的程序合成(例如，如pyranine磷酸酯的情況)。
向原料流中加入能夠測定微生物活性的劑量。在一個實施方案中，螢光劑的有效劑量範圍在大約5ppt至大約500ppm之間，優選大約0.5ppb至大約5ppm，更優選大約5ppb至大約500ppb。當向工業水系統中加入鹽形式的藥劑時(例如刃天青的鈉鹽)，ppm的計算基於存在的螢光劑的活性劑量。
螢光劑的成本也為被加入到系統中的螢光劑量設置了實際應用上限。影響被加入到系統中的螢光劑的另外的因素包括螢光劑類型、膜分離系統中連續損失和補充的液體量以及膜分離系統中含有的流體的類型。
在一個實施方案中，優選本發明的螢光劑符合以下標準1.不被膜吸收任何輕微劑量；2.不降解膜或妨礙其性能或替換其組成；3.可以連續或半連續檢測，並且對於濃度測量敏感，這種濃度測量是準確的、可重複的並且能夠在進料水、濃縮水、滲透水或其它合適的介質或它們的混合物上進行；4.基本上與通常存在於膜分離系統中的水中的化學物質無關，其中該膜分離系統的水中可以使用示蹤劑；5.基本上不受由通常存在於膜分離系統中的化學物質的幹擾或偏好的影響，其中該膜分離系統的水中可以使用示蹤劑；6.基本上不受任何由膜分離系統中的水引起的其自身潛在的特殊或選擇性損耗的影響，包括膜的選擇性滲透；7.與膜分離系統中的水中使用的所有處理劑相容，其中該膜分離系統的水中可以使用示蹤劑，因此決不會降低它的功效；8.與它的配方的全部組分相容；和9.相對無毒和環保，不僅對於水環境或使用該水的膜分離系統，還對於它們的排放。
應當意識到本發明僅需要單一螢光物質與引入的螢光劑一起存在，只要該物質是反應的並且能夠在引入點和測量點之間對它進行測量。
在一個實施方案中，適用於立即響應方法的螢光劑在它們與微生物反應之前必需具有可檢測的螢光信號，並且在它們與微生物反應後也必需具有不同的螢光信號。
相信但不表示對它的限制，膜分離中活的微生物有機體所合成的酶能夠與該螢光劑反應。這種活性引起螢光劑的螢光信號的變化。通過對螢光信號進行監測，能夠對膜分離過程中的微生物活性進行監測。如前面所討論的，與本領域公知的方法相反，本發明的方法能夠通過浮遊和固著的種群兩者對微生物的活性進行監測。
在一個實施方案中，螢光劑可以單獨加入或與另一種膜分離劑一起，例如惰性螢光示蹤劑，諸如結垢和腐蝕抑制劑的處理劑，類似作用物和它們的組合。「處理用化學品和/或作用物」表示但不限於提高膜分離方法性能的處理用化學品、妨礙/防止膜汙垢沉積的防垢劑、妨礙/防止膜汙染的防汙染劑、生物分散劑和微生物生長抑制劑，例如殺蟲劑和除去膜沉積物的清理用化學品。
能夠使用多種不同的合適方式測量螢光劑的螢光信號，已反應的螢光劑和惰性螢光示蹤劑，例如通過商業可得到的螢光計。帶有合適的濾波器的螢光計可以用來對螢光信號或由螢光劑、已反應螢光劑和/或惰性螢光示蹤劑產生的信號進行測量。
測量螢光劑和已反應螢光劑的螢光信號是螢光學領域普通技術人員公知的程序。例如，螢光劑刃天青的螢光性質在它的未反應和已反應「試滷靈」狀態均廣為人知。在優選實施方案中，膜分離系統在多個位置取樣，因此不必為經螢光計進行的測量進行定時取樣。當螢光計的取樣組分位於膜分離系統中時，這種類型的取樣通常指在線測量。
在線測量是在不中斷所測量的系統的流動下進行的測量。因為當進行在線測量時，螢光計的樣品組分在線放置，它們所監測的樣品準確地反應了整個膜分離系統，並且，同樣地，由執行該方法所收集的信息準確的反映了浮遊的和固著的微生物有機體種群。在線測量克服了與定時取樣相關的問題以及從水流中取出樣品用於後期測試的需要。同時，已反應和未反應形式的螢光劑在實時的基礎上測試，其中兩種螢光劑的幾乎立即的螢光讀數將提供微生物活性的指示。
儘管在線測量是執行本發明的方法的優選方式，可以使用適合保護工業水系統的樣品的定時取樣技術執行本發明的方法。如果使用定時取樣技術，應當必需提供一種機械裝置以在合理的時間長度內將定時取樣樣品運送到螢光計中，以使由螢光計接收到的數據準確的反映膜分離系統中當前的微生物生長狀況。
可以在本發明的實踐中使用的螢光計的例子包括TRASAR350和TRASAR8000螢光計(可由伊利諾斯州內珀維爾市(Naperville)的Ondeo Nalco Company得到)；Hitachi(日立)F-4500螢光計(可通過加利福尼亞州聖荷塞市(San Jose)的Hitachi Instruments Inc.由Hitachi得到)；JOBIN YVON FluoroMax-3「SPEX」螢光計(可由新澤西州愛迪生市(Edison)的JOBIN YVON Inc.得到)；和Gilford Fluoro-IV分光光度計或SFM 25(可通過加利福尼亞州聖地牙哥市(San Diego)的ResearchInstruments International由Bio-tech Kontron得到)。本領域普通技術人員應當意識到該螢光計列表不全面並且僅意欲顯示螢光計的例子。其它商業上可獲得的螢光計及其改進形式也可以在本發明中使用。
在一個實施方案中，螢光信號比率被用作微生物活性的指標，並因此作為膜分離過程中生物汙染的指標。與僅僅測量螢光信號的絕對值相反計算比率，得到與螢光劑濃度無關的信息。在另一個實施方案中，隨著該比率由於未反應螢光劑的螢光信號的下降和已反應螢光劑(例如，產品)的螢光信號的增加而增加，該比率可以增強由於微生物有機體將螢光劑轉化為已反應螢光劑的靈敏性。
螢光劑的螢光信號與已反應螢光劑的螢光信號的比率為 該比率是無單位數字。可以手工或使用計算器或使用電腦程式計算該比率。為使用的方便性，優選使用適當的電腦程式計算該比例，這樣每隔一段時間就能連續計算該比率。然後可以使用該比率改變的速率確定生物汙染提高的速率。
在一個實施方案中，使用惰性螢光示蹤劑測定存在的螢光劑濃度並且通過得知該濃度可以操作該系統以準確地加入期望水平的螢光劑。見美國專利第4,783,314號、第4,992,380號和第5,041,386號，這些文獻在這裡全部引入作為參考。
這裡所使用的術語「惰性」的意義是惰性螢光示蹤劑不受該系統內任何其它化學品，或諸如微生物活性、殺蟲劑濃度和汙垢抑制劑濃度的其它系統參數的輕微或顯著的影響。為定量說明「不受輕微或顯著的影響」，該狀態意味著惰性螢光化合物在工業水系統中通常遇到的條件下它的螢光信號的改變不超過10％。工業水系統中通常遇到的條件對於工業水系統領域普通技術人員是公知的。
適合與本發明所使用的螢光劑一起使用的惰性螢光示蹤劑必需具有這樣的性質它們特有的螢光信號可檢測出與螢光劑的螢光信號有所不同。這意味著螢光劑的螢光信號和已反應螢光劑的螢光信號均必需檢測出與惰性螢光示蹤劑有所不同。
合適的惰性螢光示蹤劑是單、雙和三磺酸萘，包括它們已知的水溶性鹽；和芘的已知磺酸化衍生物，例如1，3，6，8-芘四磺酸，以及所有這些物質的水溶性鹽，和Acid Yellow 7(化學文摘服務註冊號2391-30-2，1H-苯並(脫)異喹啉-5-磺酸，6-氨基-2，3-二氫-1，3-二氧-2-對甲苯基-，一鈉鹽(8CI))。
在一個實施方案中，本發明包括用來對基於螢光劑、已反應螢光劑和/或惰性示蹤劑的可測量螢光的膜分離系統的操作條件或性能進行監測和/或控制的控制器(未顯示)。在此方面，通過測量螢光劑的信號或已反應螢光劑的信號相對於惰性螢光示蹤劑的信號的改變，然後對得到的比率和原料流中相應的比率或時間為0時，即恰好在膜被清理之後的相應的比率進行比較，從而對膜分離系統中的生物汙染進行監測。可以使用各種不同的適當方式對控制器進行設定和/或調整。
例如，控制器可以與檢測設備(未顯示)相連接來對檢測信號(例如，過濾信號中的噪聲)進行處理以增強對由螢光劑、已反應螢光劑和/或惰性螢光示蹤劑所產生的螢光信號的檢測。此外，可以調節控制器來與膜分離系統的其它部件連通。這種連通可以是有線(例如，電信電纜)、無線連通(例如，無線射頻連接)、氣動連接或類似。
在此方面，可以使用控制器通過確定所需要的生物控制處理的優化量對膜分離的性能進行控制。「生物化學處理」包括殺蟲劑、生物控制劑、生物控制方法和它們的組合。例如，可以將控制器與進料設備(未顯示)相連通來對各種生物汙染控制化學品或生物汙染控制設備或工藝參數進行。在一個實施方案中，控制器能夠基於待測量的螢光劑和已反應螢光劑的螢光對膜分離過程中加入到原料流中的生物控制劑的進料速率進行調節。在另一個實施方案中，基於測定已反應螢光劑和螢光劑的比率對加入的生物控制劑進行控制。在另一個實施方案中，基於測定已反應螢光劑和螢光劑的比率改變的速率對殺蟲劑的加入進行控制。
螢光劑螢光的實時測定使對微生物活性以及當前的生物控制劑的劑量和/或另外加入生物控制劑的需要的估算成為可能。生物活性的實時測定使根據需要加入生物控制劑的方法成為可能。當在實時基礎上評定生物汙染條件時，避免加入超出控制微生物活性所需的過量的生物控制劑。因此，能夠在確定有效的水平上對生物控制劑的使用進行調配，這導致使用正確的劑量。此外，可以在實時基礎上對生物控制劑進料的效率進行估算並且根據實時讀數提高或降低用量。
當在生物控制劑的存在下實施本發明時，必需進行一定的調整。本領域普通普通技術人員公知膜分離系統中應當使用哪種殺蟲劑。在一個實施方案中，為響應微生物的不合格水平所加入的殺蟲劑包括氧化殺蟲劑、非氧化殺蟲劑和它們的組合。
合適的氧化殺蟲劑包括但不限於BCDMH(92.5％，93.5％，98％)，它是1，3-二氯-5，5-二甲基乙內醯脲或1-溴-3-氯-5，5-二甲基乙內醯脲(CAS註冊號#16079-88-2)中或它們的混合物；漂白劑，包括穩定的漂白劑；溴，包括穩定的溴；次氯酸鈣(CAS註冊號#7778-54-3)「Cal Hypo」(68％)；氯，包括穩定的氯(8.34％)；H2O2/PAA(21.7％/5.1％)，它是過氧化氫(CAS註冊號#7722-84-1)/過乙酸(CAS註冊號#79-21-0)；次溴酸鹽；次溴酸；碘；有機溴；
NaBr(42.8％，43％，46％)，它是溴化鈉；NaOCl(10％，12.5％)，它是次氯酸鈉(CAS註冊號#7681-52-9)；和它們的混合物。
合適的非氧化殺蟲劑包括但不限於ADBAC Quat(10％，40％(CAS註冊號#68391-0-5)，80％)--烷基二甲基苄基氯化銨，也被稱為「季銨鹽(quat)」；ADBAC quat(15)/TBTO(三丁基氧化錫5％)；ADBAC(12.5％)/TBTO(2.5％)，(ADBAC Quat/二(三丁基氧化錫)(CAS註冊號#56-35-9)；氨基甲酸鹽(30％)，化學式為T2NCO2H，其中T2為C1-C10烷基；硫酸銅(80％)；DBNPA(20％，40％)，它是2，2-二溴-3-次氮基丙醯胺(CAS註冊號#10222-01-2)；DDAC Quat(50％)，它是二癸基二甲基氯化銨季銨鹽；DPEEDBAC Quat(1％)，它是(2-(2-對二異丁基苯氧基)乙氧基)乙基二甲基，二甲基苄基；戊二醛(15％，45％)，CAS註冊號#111-30-8；戊二醛(14％)/ADBAC季銨鹽(2.5％)；HHTHT-六氫-1，3，5-三(2-羥乙基)-5-三嗪(78.5％)；異噻唑酮(1，5％，5.6％)-5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(CAS註冊號#26172-55-4)和2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(CAS註冊號#2682-20-4)的混合物；MBT(10％)-二硫氰酸亞甲酯；聚季銨鹽(20％，60％)，一種聚合的季銨鹽類化合物；聚胺和它們的鹽-聚合的胺類化合物；叔丁基吖嗪(4％，44.7％)-2-(叔丁氨基)-4-氯-6-乙氨基-5-三嗪(CAS註冊號#5915-41-3)；TMTT(24％)-二硫化四甲基秋蘭姆；和它們的混合物。
其它類型的生物控制劑包括生物分散劑、生物清潔劑、離液劑(chaotropic agents)、表面活性劑、螯合劑、酶致清潔劑和其它殺死細菌或幹擾細菌和EPS的附著和佔據過程的化學品。
也能夠使用生物控制方法，例如破壞生物膜完整性的機械手段，包括超聲波、電場、空氣反洗等。
由於膜系統的保留時間非常短暫，生物控制劑與螢光劑之間的相互作用在螢光劑引入過程中簡單的不施加生物控制劑的大多數實際應用中不引起任何問題。在實踐中，生物控制劑可以僅是間斷地加入。
儘管膜分離系統經常在水的純化或者對含水液流的處理過程中應用，本發明的系統不限於含水流入液的使用。在一個實施方案中，液流可以是另一種流體或水和另一種流體的組合。本發明的膜分離系統和方法的操作原理不受液流性質的支配，其中本發明不能與不適用於給定膜分離系統中的水純化過程的流入液。以上本發明涉及含水系統的說明也適用於非水系統和含水/非水混合系統。
前述本發明的說明有時特指含水的流入液和流出液，並且用於說明膜過濾系統及其在本發明的操作中的含水系統的應用是示範性的。根據本發明的公開內容，本領域普通技術人員將明白如何將前述說明應用於非水膜過濾系統中。
應當意識到本發明可應用於所有能夠採用膜分離方法的工業中。例如，能夠採用本發明的方法的不同類型工業生產方法通常包括原水處理過程、廢水處理過程、工業水處理過程、城市用水處理過程、食物和飲料工業、製藥工業、電子製造業、應用操作、紙漿和紙工業、採礦和礦物工業、運輸相關工業、紡織工業、電鍍和金屬加工工業、洗衣和潔化過程、皮革和鞣革過程、和油漆工業。
具體的說，食物和飲料工業包括可以包括，例如與乳酪、低脂牛奶、乾酪、特製牛奶產品相關的牛奶工業，蛋白質隔離，乳糖製造，乳清、酪蛋白、脂肪分離，以及鹽析奶酪的鹽水回收。與飲料工業相關的應用包括，例如，果汁淨化、濃縮或脫酸過程，含酒精飲料的淨化過程，低醇含量的飲料的除醇，生產用水；關於糖精製、植物蛋白質加工、植物油製造/加工、穀物的溼磨、動物加工(例如紅色肉類、蛋、膠質、魚和家禽)、洗滌水、食物加工廢物及類似物的回收。
如本發明所應用的工業水用途的例子包括，例如，鍋爐用水生產、生產用水純化和循環/再利用，原水的軟化、冷卻水排放處理、造紙工業用水的再生、海水和工業及城市用半鹹水的脫鹽、飲用水/原水/地表水的純化，包括，例如，使用膜排出飲用水中的有害微生物、軟化水的深度處理、膜生物反應器、採礦和礦物工業用水。
關於本發明的惰性示蹤劑監測方法的廢水處理應用的例子包括，例如，工業廢水處理，生物垃圾處理系統，重金屬汙染物的去除，第三級排出水、含油廢水的深度處理，運輸相關行業(例如油槽車洗滌水)，紡織廢物(例如，染料、粘合劑、漿料(size)、洗滌羊毛所用的油、織物整理用油)，鍍覆和金屬加工廢水，洗衣、印刷、皮革和鞣革、紙漿和紙(例如，脫色、稀亞硫酸鹽黑液的濃縮、木質素回收、紙張塗層的回收)，化學品(例如，乳劑、乳液、顏料、油漆、化學反應副產物)，和城市廢水處理(例如，汙水、工業廢水)。
本發明工業應用的其它例子包括，例如，半導體清洗水過程，注射用水、製藥用水的製備，包括酶製備/回收和產品配置中使用的水，和電鍍塗料加工。
實施例以下實施例用於解釋本發明，並且教導本領域普通普通技術人員如何製作並使用本發明。這些實施例不代表對本發明或其保護範圍的任何形式的限制。
實施例1使用試驗膜系統驗證對反滲透膜上生物膜生長的監測。該系統是由Osmonics製造的試驗單元(SEPA CF膜電池)。該單元包括新的(也就是說，乾淨的)尺寸為3.5英寸×5英寸的平面膜。在360psig下加力使進料水以大約每分鐘150毫升(ml/min)進入膜室的給料通道。當進料水越過膜朝向廢水排出通道運動時，壓力驅動水分子以大約15ml/min透過膜進入滲透通道。廢水通道中的排除水為大約360psig。報告的壓降是進料通道的壓力減去廢水通道的壓力。
滲透流對於原料流的百分率為10％，這對於反滲透膜組件是典型的。進料水的電導率為3.9毫西門子(milli-Siemens)/釐米。滲透水的電導率為0.2毫西門子/釐米。操作溫度為78°F，pH為7。
在該試驗膜系統中，進行細菌接種，從而在接種後幾乎立刻開始微生物汙染。該試驗在接種後進行大約90至170小時的時間。測量汙染所影響的變量(例如，滲透流、進料通道和廢料通道之間的壓差以及滲透電導率)。在實驗的終點進行表面微生物的計數。
為證明螢光劑的用途，在原料流進入膜進料通道之前，以3ml/min向原料流(流速為大約150ml/min)中加入大約2ppm(每百萬中份數)的刃天青溶液，添加時間為大約5分鐘。與進料水混合後的刃天青的濃度為大約40ppb(每十億中份數)。
在廢料流中使用在線螢光計(Nalco TRASAR350)和臺式(bench-top)螢光計(Jobin Yvon分光光度計Fluoro-MAX 3)。膜系統中的刃天青化學品的保留時間為大約1分鐘左右。螢光測量通常在刃天青進料開始後的大約3分鐘內達到穩定狀態。在該實驗過程中定期重複螢光劑的5分鐘進料和測量。
表1

*實驗開始時膜表面的微生物沒有活性。
表2

如上述表1和2所示，在該實驗過程中，已反應螢光劑的螢光(例如，試滷靈(Rf))與螢光劑的螢光(例如，刃天青(Rz))的比率隨微生物的生長和積累而增大。應當意識到表1和2中Rf和Rz的數值表示所測量的螢光信號的強度，該螢光信號的強度對應於已反應螢光劑和螢光劑的量。此外，表1和2證明了在比率和通過滲透流、壓降和滲透電導率所測量的膜分離性能參數之間存在關聯。
實施例2進行分批式試驗以量化微生物活性和刃天青之間的反應。該試驗在含有100ppm甘油、7克/升(g/L)的K2HPO4、0.1g/L的MgSO4·7H2O、1g/L的(NH4)2SO4和0.5g/L的檸檬酸鈉的基本培養基溶液中進行。在介質上接種由反滲透膜單元中得到的現場沉澱(field deposit)並使其生長。然後在30℃下在大約200轉/分鐘(rpm)的振蕩培養箱(flask shaker)中孵化該溶液。使用無菌吸管在不同時間間隔內收集等量樣品。分析每個時間點所收集的樣品的光密度、微生物計數(在8、12和24小時)並使其與刃天青反應。使用Cintra分光光度計在600nm處測定光密度。在使用無菌磷酸鹽緩衝溶液進行8次1∶10的逐級稀釋後在TGE瓊脂上進行平板塗布來進行微生物計數。在刃天青反應試驗中，樣品中刃天青的量為50ppb。在1、2、3、5、10分鐘的反應時間下重新得到等量的3.5ml樣品，然後通過0.22毫米的無菌注射過濾器過濾以停止反應。隨後測量這些已反應樣品中的刃天青和試滷靈的螢光。通過試滷靈與刃天青的螢光比率判斷刃天青的響應。使用裂分寬度為2.5nm(激發)和2.5nm(發射)的Horiba Jobin Yvon螢光計(型號FluoroMax-3)在激發波長550nm和發射波長583nm和634nm下進行螢光測量，刃天青在634nm有螢光峰值，並且試滷靈在583nm有螢光峰值。
表3


如表3所證明的，試滷靈與刃天青的螢光比率如光密度(600nm吸收率)和可變細胞計數所顯示的隨微生物生長的增加而增大。該比率也隨樣品和刃天青之間的反應時間的增加而增大，特別是當微生物密度為106cfu/ml或更大時。
實施例3進行分批式實驗以量化微生物生長過程中刃天青劑量密度和它對於不同水平微生物密度的響應之間的關係。該實驗在用如實施例2中說明的現場反滲透(RO)膜沉積物接種的基本培養基溶液中進行。30℃下在200rpm的振蕩培養箱中孵化該溶液。在不同時間間隔使用無菌吸管收集等量的樣品。分析各時間點收集的樣品的光密度、微生物計數(除時間為0和2小時外)，並使它們與刃天青反應。使用與實施例2中相同的方法計算光密度和微生物計數。在刃天青反應試驗中，樣品中刃天青的劑量為50ppb、500ppb和5000ppb。反應1分鐘後重新獲取等量的3.5ml樣品。隨後測量這些已反應樣品的刃天青和試滷靈的螢光。通過試滷靈與刃天青的螢光比率估算刃天青的響應。螢光測量方法如上述實施例2。
表4

其中Rf＝試滷靈；Rz＝刃天青；Rf/Rz＝試滷靈與刃天青的比率；Rf/Rzt＝在時間t處試滷靈與刃天青的比率(t＝2，4，6，8，10，14，25小時)；和Rf/Rz0＝時間為0時試滷靈與刃天青的比率。
表5

如表4和5所示，在各微生物細胞密度下，試滷靈與刃天青的螢光比率隨刃天青劑量的減少而增大。此外刃天青濃度的劑量與樣品中響應的螢光比率成對數線性相關。該比率的改變也表示50ppb的刃天青對於微生物生長比500ppb和5000ppb刃天青更加敏感。試滷靈與刃天青的螢光比率是比光密度測量更靈敏的數量級。
實施例4該試驗估算了刃天青螢光響應和反滲透(RO)膜上生物膜(固著的細胞)之間的關聯。在350ml分批原料流通池系統(fed-bach flow cellsystem)中進行該試驗。向該系統中加入基本培養基並用如實施例2中所述的現場RO沉積物接種。在大約14小時的保水時間下操作該流通池。循環泵以195ml/min向該系統提供混合。將3英寸×1英寸的RO膜取樣片浸沒在流通池中。
定期提取膜樣品進行微生物計數和刃天青響應實驗。在45ml試驗管中的無菌磷酸鹽緩衝溶液(PBS)中浸泡模樣品進行5分鐘的超聲波降解。然後在用無菌PBS對由被浸泡的樣品上取得的等量體積進行8次1∶10的逐級稀釋，然後將其塗布在TGE瓊脂平板上。活平板菌數表示RO膜上的固著細胞密度。1分鐘內向PBS中浸泡的膜樣品中加入40ppb的刃天青。然後提取等量樣品檢查如實施例2中所述的相同條件下的螢光。所測量的被浸泡藥品中的試滷靈與刃天青的螢光比率表示對微生物絮狀物的響應。在試驗管中的45ml PBS中重新加入另一個模樣品並進行浸泡。用40ppb的刃天青浸泡該樣品1分鐘。然後收集一定量的樣品測量如實施例2中所述的相同條件下的螢光。與該樣品相關的螢光比率表示對該RO膜上整塊生物膜的響應。
表6

表7

表6解釋了刃天青的響應隨RO膜上固著細胞密度的升高而升高。表7進一步證實了絮狀物中刃天青的響應大於完整的生物膜中的響應。
雖然以上連同優選或解釋性的實施方案說明了本發明，這些實施方案不意味著對本發明的窮舉或限制。更合適的說，本發明意欲包括在所附權利要求所限定的精神和範圍內包括的所有替換、改進及等價物。
權利要求
1.一種對膜分離系統中生物汙染進行監測的方法，其中所述的膜系統包括能夠將原料流至少分離為第一液流和第二液流的膜，該方法包括以下步驟提供螢光劑；將該螢光劑加入到所述的原料流中；提供螢光計，用於檢測所述的原料流、第一液流和第二液流中至少一項中的螢光劑的螢光信號；使該螢光劑與膜分離系統中的至少一種微生物發生發應；形成已反應螢光劑；使用所述的螢光計測量所述第一液流和第二液流的至少一項中以及任選原料流中的所述螢光劑和已反應螢光劑中的至少一種的螢光信號；和基於所測量的所述螢光劑、或已反應螢光劑的信號或這兩種信號的組合的改變對膜分離系統中的生物汙染進行監測。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述的膜分離系統選自錯流膜分離系統和終端流動膜分離系統。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述的膜分離系統選自反滲透、納濾、超濾、微濾、電滲析、電去離子、全蒸發、膜萃取、膜蒸餾、膜反萃、膜曝氣和它們的組合。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述的膜分離系統選自反滲透、納濾、超濾和微濾。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述的螢光劑選自芘3，6，8-三磺酸的乙酸酯；羧基螢光素二乙酸酯；3-羧基傘形基β-D-吡喃半乳糖；3-羧基傘形基β-D-葡萄糖苷酶；9H-(1，3-二氯-9，0-二甲基吖啶-2-酮-7-基)，D-葡萄糖苷酶；9H-(1，3-二氯-9，0-二甲基吖啶-2-酮-7-基)；試滷靈β-D-吡喃半乳糖；螢光素二β-D-吡喃半乳糖；螢光素二β-D-葡萄糖苷酶；試滷靈β-D-葡萄糖苷酶；螢光素二磷酸酯；刃天青；刃天青鈉鹽；4-甲基傘形醇磷酸鹽；4-甲基傘形基β-D-葡萄糖苷酶；螢光黃磷酸酯；芘3，6，8-三磺酸1-磷酸酯；和它們的組合。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述的螢光劑選自刃天青、4-甲基傘形醇磷酸酯、螢光黃磷酸酯和它們的組合。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述的螢光劑是刃天青。
8.根據權利要求1所述的方法，其中向所述的原料流中加入大約50ppt至500ppm的所述螢光劑。
9.根據權利要求1所述的方法，其中向所述的原料流中加入大約0.5ppb至5ppm的所述螢光劑。
10.根據權利要求1所述的方法，其中向所述的原料流中加入大約5ppb至大約500ppb的所述螢光劑。
11.根據權利要求1所述的方法，其中通過測定所述第一液流和第二液流的至少一個中的所述已反應螢光劑的螢光信號與所述螢光劑的螢光信號的比率而對生物汙染進行監測。
12.根據權利要求11所述的方法，該方法進一步包括測定所述第一液流和第二液流的至少一個中的所述已反應螢光劑的螢光信號與所述螢光劑的螢光信號的比率改變的速率以監測生物汙染。
13.根據權利要求1所述的方法，該方法進一步包括以下步驟基於所測量的所述螢光劑、或已反應螢光劑的信號或這兩種信號的組合的變化，確定生物控制處理的優化量；和對所述的膜分離系統施加該優化量的生物控制處理。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述的生物控制處理選自殺蟲劑、生物控制劑、生物控制方法和它們的組合。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述的殺蟲劑選自氧化殺蟲劑、非氧化殺蟲劑和它們的組合。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述的生物控制劑選自生物分散劑、生物清潔劑、離液劑、表面活性劑、螯合劑、酶致清潔劑和它們的組合。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述的生物控制方法選自超聲波、電場和空氣反洗。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述的微生物選自浮遊微生物、固著微生物和它們的組合。
19.根據權利要求1所述的方法，該方法進一步包括向所述的原料流中加入惰性螢光示蹤劑，以基於所述螢光劑或已反應螢光劑的螢光信號相對於所述惰性螢光示蹤劑的變化對所述膜分離系統中的生物汙染進行監測。
全文摘要
本發明提供了對膜分離系統中的生物汙染進行監測和/或控制的方法。本發明利用向原料流中加入可測量劑量的螢光劑而對膜分離過程中微生物的生長水平進行監測和/或控制，從而在膜分離過程中對這種原料流進行淨化。
文檔編號B01D65/10GK1685060SQ03822685
公開日2005年10月19日 申請日期2003年3月21日 優先權日2002年7月23日
發明者B·P·霍, K·E·H·蔡赫, M·W·吳, M·查特拉基 申請人:納爾科公司