五孔支撑膜的特性研究及其在MBR中处理印染废水的应用

摘要

本课题组自行研发的五孔膜由于膜中间的支撑结构而具备了高强度，耐冲击的特点，延长了膜的使用寿命，但其独特的五孔结构特性在印染废水处理中的效果尚不清楚。因此，本课题主要针对五孔膜的结构特性，展开五孔膜MBR深度处理印染废水的研究。试验分成膜丝的特性研究和膜组件的应用研究两个阶段。对比单孔膜分析了五孔膜的基本膜性能特征；运行中的跨膜压差(TMP)、比膜通量的衰减特征、膜阻力的构成及其变化特征；连续稳定运行的出水水质；分别测定了EDTA二钠法提取的胞外聚合物(EPS)的溶液中蛋白质和多糖的含量，并对EPS组分与膜污染关系进行了研究；通过扫描电镜(SEM)、光谱扫描等手段对污染物质进行了分析和测定。本文主要得到了以下结论：
　　 (1)测得五孔膜的平均膜通量、牛血清蛋白截留率、断裂拉伸强度、孔隙率分别为468L/(㎡·h)、64.7％、8.97MPa和84.59%。五孔膜支撑层孔隙疏松、外表层致密的自支撑五孔结构，是膜既能有较大膜通量又能有较大截留率的关键所在。
　　 (2)测得制成组件后的五孔膜清水JS为9.83L/(㎡.h.kPa)、自身膜阻力Rm为3.64×1011(m-1)，膜自身阻力与膜通量成反比关系。采用通量阶梯递增法测得五孔膜的临界通量为21 L/(㎡·h)。
　　 (3)通过对HRT、曝气量、MLSS等影响因素的调节，得出水解酸化-MBR最佳工艺参数：水解酸化池HRT为28h，MBR的HRT为20h、曝气量为0.2m3/h，MLSS为5000mg/L。其中五孔膜组件和单孔膜组件CODcr、浊度、UV254和色度的去除值分别为92.5%、0.36NTU、0.58和82.5%；89.8%、0.58NTU、0.70和81.7%。
　　 (4)在次临界通量下运行，膜污染可以分为两个阶段，五孔膜的第1阶段持续时间比单孔膜要长，为46d，AP/At为0.016 kPa/h。膜阻分析得出五孔膜的Rg、Rm、R和Re比率分别为：2%、14%、33%和51%。膜的自身膜阻Rm在总膜阻中占10%以上，滤饼层阻力和浓差极化阻力占膜面阻力的70%以上，为主要膜阻力，且滤饼层阻力要大于浓差极化阻力，膜面阻力的构成比率基本与膜结构无关。
　　 (5)在MBR系统中，SMP和结合态的EPS的含量保持增长态势；在SMP和结合态EPS组分中，蛋白质的含量高于多糖。对比五孔膜和单孔膜可以发现，五孔膜的蛋白质和多糖的含量均始终小于单孔膜的含量。
　　 (6)通过对水解酸化-MBR进出水及各沿程的光谱扫描发现，水解酸化池能够对着色物质的去除具有很好的效果。通过膜表面及断面的SEM分析，发现在膜丝表面，有一层覆盖膜层，并观察到有颗粒污染物质附着在膜丝表面，在膜丝断面，看不到有任何的污染物质存在，这也说明了膜污染主要由膜表面的滤饼层贡献。