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, COD40mg/L, BOD52mg/L, NH4+-N2mg/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%。 【关键词】：聚偏氟乙烯 聚丙烯腈 中空纤维超滤膜 膜生物反应器 生活污水
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-29
• 1.1 膜分离技术概况12-13
• 1.2 膜分离技术的发展13-15
• 1.3 超滤技术的发展15-16
• 1.4 聚偏氟乙烯膜的研究进展16-22
• 1.4.1 PVDF材料的特点16-17
• 1.4.2 PVDF膜制备的研究进展17-18
• 1.4.3 PVDF膜亲水化改性的研究进展18-22
• 1.5 聚偏氟乙烯膜在水处理中的应用22-26
• 1.5.1 给水净化处理22
• 1.5.2 生活污水处理及中水回用22-23
• 1.5.3 工业废水处理23-26
• 1.6 膜生物反应器的研究进展26-29
• 1.6.1 MBR集成工艺的研究26
• 1.6.2 膜污染与控制的研究26-29
• 第2章 课题的研究目的、内容及技术路线29-34
• 2.1 课题背景29-31
• 2.2 研究目的31-32
• 2.3 研究内容32
• 2.4 技术路线32-34
• 第3章 PVDF/PAN共混中空纤维超滤膜的研制34-52
• 3.1 前言34
• 3.2 试验部分34-39
• 3.2.1 试验材料34-35
• 3.2.2 试验设备与仪器35
• 3.2.3 中空纤维膜的制备35-36
• 3.2.4 中空纤维膜性能的测试方法36-39
• 3.3 试验结果与讨论39-52
• 3.3.1 PVDF/PAN的相容性及溶剂的选择39-40
• 3.3.2 正交试验设计40-41
• 3.3.3 正交试验结果分析及制膜液组成的确定41-47
• 3.3.4 次氯酸钠后处理对膜性能的影响47-48
• 3.3.5 PVDF/PAN共混膜化学稳定性的研究48-49
• 3.3.6 PVDF/PAN共混膜抗污染性的研究49-50
• 3.3.7 本章小结50-52
• 第4章 PVDF/PAN共混膜处理生活污水研究52-67
• 4.1 膜生物反应器52-54
• 4.1.1 膜生物反应器简介52-53
• 4.1.2 膜生物反应器在工程应用中亟待解决的问题53-54
• 4.2 试验部分54-57
• 4.2.1 试验概况54-55
• 4.2.2 试验工艺流程与试验装置55-56
• 4.2.3 检测项目及方法56-57
• 4.3 试验结果与讨论57-64
• 4.3.1 膜通量的变化57-58
• 4.3.2 MBR对浊度的去除效果58
• 4.3.3 MBR对COD的去除效果58-59
• 4.3.4 MBR对氨氮的去除效果59-60
• 4.3.5 MBR对总氮的去除效果60-61
• 4.3.6 MBR对总磷的去除效果61-62
• 4.3.7 污泥浓度对去除效果的影响62
• 4.3.8 抽吸、暂停时间的控制62-63
• 4.3.9 膜清洗63-64
• 4.4 本章小结64-67
• 第5章 结论与建议67-70
• 5.1 结论67-68
• 5.2 建议68-70
• 参考文献70-76
• 后记76-77
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况77

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