亲水性微孔聚乙烯醇复合膜的制备与运用于MBR处理污水的研究

【摘要】：膜生物反应器(MBR)是采用膜的分离技术和生物处理技术相结合的方式处理工业污水。该处理工艺具有流程较简单、占地面积较小、剩余污泥产生量较少、出水水质良好和自动程度高等优点。该技术在不同领域广泛运用,备受各国水处理技术研究人员的关注,但膜过滤组件的高造价和膜污染问题是制约膜生物反应器更好发展的主要因素。因此,研究降低膜组件造价、减少膜的污染方法,对于膜生物反应器的运用发展有很重要的意义。 本文针对膜生物反应器工艺中膜组件的高造价成本和膜污染问题,进行了低成本耐污染复合膜的制备和性能研究。选取价格较便宜的聚乙烯醇,采用热致相分离法制备复合膜,再将膜通过戊二醛(交联剂)进行后处理,制备了亲水性微孔聚乙烯醇复合膜。主要研究内容如下： (1)实验考察了影响膜性能的四个不同因素对膜的影响—PVA浓度、热处理温度、交联的时间和交联剂的浓度。结果表明最佳最膜条件为PVA浓度12%,交联剂浓度1%,交联时间6小时,热处理温度控制在80～90℃之间,制备的亲水性微孔聚乙烯醇复合膜性能(如与无纺布的结合强度,机械强度等)较好。通过交联后聚乙烯醇中的羟基数量减少,耐水性能得到提高。 (2)对实验室自制的复合膜进行表征和清水通量的测定。实验表明当PVA浓度为10%,表面孔较开放,但孔径偏大,表面平均孔径约为0.45μm；其孔结构基本上属于对称结构；而当浓度PVA高至13%时,所得膜的表面有结皮现象,皮层的开孔孔约为0.2μm。在0.5-2m水柱下的清水通量随压力增大而增加,1.5m水柱下的清水平均通量达到408.3L/m2/·h。经测定,PVA浓度为10%的复合膜的表面接触角为42。,PVA浓度为13%的复合膜的表面接触角为39°,在PVA浓度较低时,交联密度相对较小,薄膜中羟基等极性基团容易离析在表面,随着PVA浓度的增加,交联密度增大,极性基团的离析受到影响,使接触角的变化趋于平缓。干膜遇水立刻润湿,其亲水性能极佳,实验室PVA材料所制的膜有很好的抗污染性和水通透性。经酸浸泡处理复合膜的通量下降不明显,该复合膜的耐酸性能较好,随着时间变化,通量变化不大,表明此膜具有一定的耐酸性能,能适合进行化学酸清洗操作。 (3)以亲水性微孔聚乙烯醇复合膜为膜组件,组装成MBR用于处理人工配制的生活污水,研究其运行效果与膜污染情况。实验结果表明膜出水浊度随着时间的运行先增加后减少,膜出水的浊度在0.12～0.21NTU之间。膜的亲水性增加使得其表面过滤阻力减少,膜通量下降速率减慢,膜的抗污染能力增强。在一定过膜压力下,不同活性污泥浓度下,其通量的衰减曲线较为相似,其中活性污泥浓度为3500mg/L时,膜通量衰减幅度增加的最快,最高达到75.9%。曝气强度太小或太大都会引起膜通量变化显著,选取合适曝气强度对膜污染有一定的延缓作用,本实验表明选取曝气强度为0.4m3/h为最佳曝气强度,能有效的延缓污染,维持较好的膜通量。经水反冲洗和水反冲洗+曝气清洗膜表面后,其恢复率均在90%以上,说明此亲水性微孔聚乙烯醇复合膜的膜通量恢复性能较好。另外,经过反复的曝气表面清洗和水反冲洗,膜的表面并未被破坏,充分说明此膜的强度高,抗冲击能力强。 【关键词】：复合膜制备 亲水性 聚乙烯醇 膜生物反应器
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 引言11-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景12-18
• 1.1.1 膜分离技术12
• 1.1.2 膜过滤处理废水12-16
• 1.1.3 MBR简介16-17
• 1.1.4 影响MBR工艺进一步发展的因素17-18
• 1.2 PVA复合膜的研究进展18-20
• 1.3 PVA复合膜在污水处理中运用20-21
• 1.3.1 聚乙烯醇复合膜在反渗透中应用20
• 1.3.2 聚乙烯醇复合膜在纳滤中的应用20
• 1.3.3 PVA复合膜在超滤中应用20-21
• 1.4 本论文的研究的目的、意义和内容21-23
• 1.4.1 研究目的和意义21
• 1.4.2 研究内容21-23
• 第二章 亲水性微孔聚乙烯醇复合膜的制备与表征方法23-28
• 2.1 实验内容与目的23
• 2.2 实验试剂及仪器设备23
• 2.2.1 实验试剂23
• 2.2.2 实验仪器23
• 2.3 亲水性微孔聚乙烯醇复合膜制备原理23-24
• 2.3.1 热致相分离法制膜原理23
• 2.3.2 热致相分离法优缺点23-24
• 2.3.3 热致相分离法的成孔结构24
• 2.4 制膜方案简述24-25
• 2.4.1 制膜方案24-25
• 2.4.2 制膜装置25
• 2.5 亲水性微孔聚乙烯醇复合膜性能测定与表征方法25-28
• 2.5.1 扫描电镜(SEM)分析25-26
• 2.5.2 膜通量测定26-27
• 2.5.3 膜截留性能测定27
• 2.5.4 吸水率测定27
• 2.5.5 耐酸性能测定27
• 2.5.6 接触角测定27-28
• 第三章 亲水性微孔聚乙烯醇复合膜的性能表征与比较28-36
• 3.1 复合膜表征结果分析28-29
• 3.2 清水通量对比29-32
• 3.2.1 微滤膜的清水通量29-31
• 3.2.2 不同操作压力下微滤膜清水通量31-32
• 3.3 清洗之后膜通量变化情况32
• 3.4 两种膜吸水率比较32-33
• 3.5 耐酸性能测定33-34
• 3.6 接触角的测定34
• 3.7 本章小结34-36
• 第四章 不同制备条件对亲水性微孔聚乙烯醇复合膜性能影响36-44
• 4.1 实验内容与目的36
• 4.2 实验结果与分析36-43
• 4.2.1 PVA浓度对亲水性微孔聚乙烯醇复合膜的影响36-37
• 4.2.2 热处理温度对亲水性微孔聚乙烯醇复合膜性能影响37-39
• 4.2.3 交联时间对亲水性微孔聚乙烯醇复合膜性能的影响39-41
• 4.2.4 交联剂浓度对亲水性微孔聚乙烯醇复合膜性能影响41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 亲水性微孔聚乙烯醇基MBR的耐污性能测试44-55
• 5.1 实验背景44
• 5.2 实验内容与目的44-45
• 5.3 试验装置45-46
• 5.3.1 微滤膜组件45
• 5.3.2 MBR装置45-46
• 5.4 实验用水46
• 5.5 试验分析项目、方法和仪器46-47
• 5.6 亲水性微孔聚乙烯醇复合膜基-MBR性能分析47-49
• 5.6.1 MBR对有机物的去除效果47-48
• 5.6.2 MBR对氨氮的去除效果48-49
• 5.6.3 MBR对浊度的去除效果49
• 5.7 亲水性微孔聚乙烯醇复合膜抗污性能分析49-53
• 5.7.1 污泥性质的变化49-50
• 5.7.2 污泥浓度对膜通量的影响50-51
• 5.7.3 不同曝气强度对膜通量的影响51-52
• 5.7.4 清洗后膜通量的恢复情况52-53
• 5.8 膜污染分析53
• 5.9 本章小结53-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-60

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