用于污水处理的中空纤维膜的研制与应用

摘要

本文简述了膜分离技术的应用和膜分离过程的特性，分析了膜技术在水处理工程中被广泛应用的四个原因，简述了膜分离技术在国内外的研究发展状况，重点分析了超滤技术在国内外的发展状况。
　　 在膜分离技术的发展过程中，膜材料的化学性质和膜结构对膜分离的效果起决定性作用。本文简述了高分子有机PVDF膜的特性，分析了PVDF膜在水处理中的应用研究进展和存在的问题，并分析了PVDF膜制备和亲水化改性的研究进展，指出PVDF膜是具有优良综合性能的膜材料，但由于其强疏水性，在水相分离时，易被污染。膜污染已成为制约膜分离技术进一步推广应用的主要问题之一，解决膜污染的一个主要途径是制备具备优良抗污染性能的膜，其主要方式是对现有膜进行改性。膜材料共混改性工艺简单易行，将两种或两种以上聚合物材料共混制膜可以综合均衡各组分的性能，在不影响使用要求的条件下，降低某些性能卓越但价格昂贵的原材料成本。
　　 为了提高聚偏氟乙烯超滤膜的亲水性，增强其在水处理中的抗污染能力，以亲水性的聚丙烯腈(PAN)作为共混剂与聚偏氟乙烯(PVDF)共混，采用相转化法制得共混中空纤维超滤膜。设计正交试验优化了铸膜液组成，并对膜的性能进行测试，指出当聚合物浓度为17％～19％，PVDF/PAN=5∶1，添加剂为PVP，且含量为8％，DMAC作溶剂，其他纺丝工艺参数不变的情况下，可制得纯水通量为348～402L/m2·h，对BSA溶液截留率在80％～85％，泡点压力在0.3MPa左右，最大孔径在0.1μm左右，孔隙率在71.4％～78.2％，且强度和韧性较好的中空纤维超滤膜。用扫描电镜观察了中空纤维膜的截面，发现所制得的中空纤维膜呈双皮层结构，由外向内依次为：外致密皮层、小指状孔支撑层、大指状孔支撑层、内致密皮层。用次氯酸钠溶液对共混膜进行后处理，膜丝的通量明显升高。对共混膜进行了化学稳定性和抗污染性试验研究，试验结果表明，共混膜耐酸性最好，其次是抗氧化性，而耐碱性最差；而亲水性PAN的加入增强了PVDF膜的抗污染性能。
　　 本文简述了膜生物反应器的工艺特点和研究进展，分析了膜生物反应器在工程应用中存在以及亟待解决的问题。将自制PVDF/PAN共混中空纤维超滤膜制作成帘式膜组件，置于膜生物反应器中，处理某小型企业生活污水，测试了PVDF/PAN共混膜的通量变化，研究了膜生物反应器对污水中各种污染物的去除效果，分析了污泥浓度的增加和不同抽吸、暂停时间对污染物去除率的影响，测试了不同清洗方法对膜通量的恢复效果。试验表明，运行稳定后，膜通量稳定在19L/m2·h左右，膜出水无悬浮物，浊度＜1NTU，COD＜40mg/L，BOD5＜2mg/L，NH4+-N＜2mg/L，达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准。COD去除率和氨氮去除率均在93％以上，TN和TP的去除率分别在47.1％～78.8％和29％～59％之间。当污泥浓度为4000～4500mg/L，污泥龄为37～44d时，污泥的性能依旧良好，MBR系统对各污染物具有综合的良好稳定的去除效果。当抽吸时间为10min，暂停时间为2min时，CODcr、NH4-N和TP的综合去除率最好，分别为95.7％、94.1％和52.5％。膜清洗后，通量最高可恢复到新膜通量的83.3％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1膜分离技术概况

1.2膜分离技术的发展

1.3超滤技术的发展

1.4聚偏氟乙烯膜的研究进展

1.4.1 PVDF材料的特点

1.4.2 PVDF膜制备的研究进展

1.4.3 PVDF膜亲水化改性的研究进展

1.5聚偏氟乙烯膜在水处理中的应用

1.5.1给水净化处理

1.5.2生活污水处理及中水回用

1.5.3工业废水处理

1.6膜生物反应器的研究进展

1.6.1 MBR集成工艺的研究

1.6.2膜污染与控制的研究

第2章课题的研究目的、内容及技术路线

2.1课题背景

2.2研究目的

2.3研究内容

2.4技术路线

第3章PVD/PAN共混中空纤维超滤膜的研制

3.1前言

3.2试验部分

3.2.1试验材料

3.2.2试验设备与仪器

3.2.3中空纤维膜的制备

3.2.4中空纤维膜性能的测试方法

3.3试验结果与讨论

3.3.1 PVDF/PAN的相容性及溶剂的选择

3.3.2正交试验设计

3.3.3正交试验结果分析及制膜液组成的确定

3.3.4次氯酸钠后处理对膜性能的影响

3.3.5 PVDF/PAN共混膜化学稳定性的研究

3.3.6 PVDF/PAN共混膜抗污染性的研究

3.3.7本章小结

第4章PVDF/PAN共混膜处理生活污水研究

4.1膜生物反应器

4.1.1膜生物反应器简介

4.1.2膜生物反应器在工程应用中亟待解决的问题

4.2试验部分

4.2.1试验概况

4.2.2试验工艺流程与试验装置

4.2.3检测项目及方法

4.3试验结果与讨论

4.3.1膜通量的变化

4.3.2 MBR对浊度的去除效果

4.3.3 MBR对COD的去除效果

4.3.4 MBR对氨氮的去除效果

4.3.5 MBR对总氮的去除效果

4.3.6 MBR对总磷的去除效果

4.3.7污泥浓度对去除效果的影响

4.3.8抽吸、暂停时间的控制

4.3.9膜清洗

4.4本章小结

第5章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况