带衬增强型中空纤维膜的制备及其在四环素废水处理中的应用

摘要

本文通过系统研究膜法水处理过程中的核心技术中空纤维膜，并将制备的中空纤维膜耦合凹凸棒土(APT)吸附工艺处理模拟四环素(TC)废水及奶牛场实际废水。
　　本文为以编织管和钩织管为支撑体制备带衬型中空纤维膜，解决了中空纤维膜膜丝易断的问题并系统研究了不同预处理方式对分离层与剥离层结合性能的影响。将自然界中亲水性纤维状物质APT作为一种添加剂加入铸膜液中，通过相转化法制备出聚偏氟乙烯PVDF/APT复合超滤膜;系统研究了APT的添加对复合膜微观结构、亲疏水性、过滤性能、热稳定性及抗污染性能的影响规律。为解决PVDF带衬增强型中空纤维膜重复性不高的问题，对PVDF含量、添加剂组成、凝固浴组成、凝固浴温度、入水距离等因素对膜结构和性能的影响展开研究。本文提出了一种APT吸附和超滤耦合工艺去除水中TC的方法。研究了该工艺在不同条件下的去除率。并将该方法应用于处理实际废水，对APT实现再生利用。
　　结果表明:
　　1.用2wt％的聚乙烯醇(PVA)浸渍编织管2h能一定程度解决剥离问题;通过11wt％聚乙二醇—10000(PEG10000)浸渍钩织管2h的预处理方式一定程度上能解决渗料问题获得难剥离的分离层。
　　2.APT是一种优良的PVDF膜改性剂，添加量为6wt％时，膜具有较好的综合性能。同原膜相比，复合膜孔径变小，亲水性提高，水通量、蛋白截留和抗污染能力提高。接触角由原膜87.4°降低到78.8。;APT添加量6wt％时，水通量由原膜104.1L·m-1h-1增加到复合膜232.4Lm-1h-1;牛血清蛋白(BSA)污染后，复合膜通量恢复率由原膜37.9％上升到59.4％。
　　3.PVDF量增加，膜孔逐渐变小且更加均一;添加剂聚乙烯(PVP)分子量的增加导致铸膜液黏度增加，从而限制大孔的形成和空穴的数量;凝固浴通过影响溶剂与非溶剂的交换速率和PVDF沉淀速率来影响膜的结构和性质，以乙醇为非溶剂时，孔径变小，形成更多的指状孔，溶液的亲水性增加，接触角减小;凝固浴温度高，导致膜孔径及空穴结构变大，而低温有利于小孔及指状孔的形成;入水距离通过改变分离层的厚度从而改变膜水通量。
　　4.APT-超滤耦合工艺能够有效地去除TC，去除率可达90-98％。以实际奶牛场二级出水废水为进水，CODCr、TC和浊度去除率分别为56.1％，95.3±0.4％和99.7±0.2％。最佳的工艺条件为:pH值7.6，APT10g·L-1，溶解氧9.56mg L-1，水力保留时间4.0h。APT吸附TC前后SEM，FTIR-ATR和XRD结果显示APT吸附TC后不会破坏APT的结构，也不会影响层间距离和造成任何剥落或反应。
　　5.APT通过0.004mol·L-1氢氧化钠成功再生，回收率为87％。
　　6.耦合系统中，膜污染是可逆的，定期反冲洗可以实现通量回收。
　　总的来说，凹凸棒土吸附和超滤耦合工艺是一种低成本效益高的废水四环素去除技术。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 畜禽养殖废弃物中抗生素及处理现状

1．1．1 四环素抗生素在全球的应用

1．1．2 四环素抗生索在环境中的存在形式

1．1．3 水体中四环素抗生素减排技术现状

1．2 膜及膜技术处理抗生素废水

1．2．1 膜的概述

1．2．2 膜的分类

1．2．3 超滤膜的制备方法及其原理

1．2．4 带衬中空纤维膜的制备方法

1．2．5 中空纤维膜研究进展

1．2．6 PVDF膜亲水改性研究进展

1．3 研究背景及研究的目的和意义

1．3．1 研究背景

1．3．2 研究目的

1．3．3 研究意义

1．3．4 研究内容

1．3．5 技术路线

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料与仪器

2．2．2 带衬增强型PVDF中空纤维膜的制备

2．2．3 带衬增强型PVDF中空纤维膜的SEM表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 编织管改性

2．3．2 钩织管改性

2．4 本章小结

第三章 PVDF／APT复合膜的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 PVDF／APT复合膜的制备

3．2．3 PVDF／APT复合膜性能表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 PVDF／APT膜形貌表征

3．3．2 PVDF／APT复合膜的基本性能

3．3．3 FTIR-ATR分析

3．3．4 TGA分析

3．3．5 抗污染能力

3．3．6 有机、无机组分的相容性

3．4 结论

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验方案

4．3 结果与讨论

4．3．1 铸膜液组成及配比的影响

4．3．2 凝固浴组成的影响

4．3．3 凝固浴温度的影响

4．3．4 入水距离的影响

4．4 本章小结

第五章 APT-UF耦合工艺去除四环素废水效能及吸附机理研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验方案

5．3 结果与讨论

5．3．1 吸附剂的选择

5．3．2 四环素去除影响因素分析

5．4 APT-UF耦合工艺处理奶牛场废水性能研究

5．5 Pearson相关性分析

5．5．1 响应面分析

5．5．2 吸附机理

5．5．3 APT解吸回收TC

5．5．4 典型周期内膜污染

5．6 本章小结

第六章 展望

6．1 利用离子溶液和绿色溶剂代替有机溶剂

6．2 嵌段共聚物为添加剂制备PVDF复合膜

6．3 本章小结

第七章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历