MBFR中表面改性PVDF疏水中空纖維膜性能及其應(yīng)用探究.pdf

1、膜生物膜反應(yīng)器工藝(membrane biofilm reactor，MBfR)是以傳統(tǒng)生物處理工藝為基礎(chǔ)，輔以膜曝氣技術(shù)的一項(xiàng)新型微生物污廢水處理技術(shù)。在MBfR中，膜材料作為微生物的附著載體同時(shí)發(fā)揮著氧氣的傳輸通道與傳質(zhì)介質(zhì)的作用，因此作為MBfR工藝核心要素的膜材料對系統(tǒng)的快速啟動(dòng)及穩(wěn)定運(yùn)行具有關(guān)鍵的作用。MBfR工藝常用的三大膜材料包括疏水性微孔膜、致密膜和復(fù)合膜。其中復(fù)合膜綜合了致密膜曝氣壓力高以及疏水性微孔膜氣體通量大的優(yōu)勢

2、，其研發(fā)成為MBfR領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于目前適用于MBfR系統(tǒng)專業(yè)化商品膜仍十分稀缺，限制了MBfR技術(shù)的工業(yè)發(fā)展與廣泛應(yīng)用。
　　本論文針對疏水性PVDF中空纖維膜供氧能力不足、生物親和性能較差等問題，在前期研究的基礎(chǔ)上，采用界面聚合法和自聚合法分別對自制的疏水性PVDF中空纖維膜表面改性，制備適用于MBfR技術(shù)的改性疏水中空纖維復(fù)合膜（PVDF/TMC-CS復(fù)合膜與PVDF/DO PA復(fù)合膜）。兩種復(fù)合膜較于原膜，機(jī)械強(qiáng)度

3、相似;氧傳質(zhì)性能明顯提高，其中PVDF/DOPA復(fù)合膜的KLa由0.85×10-2min-1提高至1.69×10-2min-1，PVDF/TMC-CS復(fù)合膜提升到1.24×10-2min-1，膜材料的氧氣傳質(zhì)性能得到優(yōu)化。PVDF/DOPA、PVDF/TMC-CS復(fù)合膜接觸角分別由原膜的72.3°降至為32.8°、35.7°，膜表面的親水性得到一定的提高。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)獲得了滿足MBfR工藝要求的膜材料。
　　論文選取混合微生物體

4、系究微生物在原膜和改性膜表面上的黏附生長情況，評價(jià)三種膜材料生物親和性的差異;并對三種膜材料表面生物膜的MBfR有機(jī)物及氨氮處理特性進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明，與原膜相比,PVDF/DOPA復(fù)合膜在微生物陽著生長實(shí)驗(yàn)后其上生長的微生物厚度最高，為25μm;微生物膜優(yōu)先成熟且其上附著的微生物數(shù)量較多，表明PVDF/DOPA復(fù)合膜更易被微生物附著生長，生物親和性最高;同時(shí)PVDF/DOPA復(fù)合膜附著微生物后表現(xiàn)出對廢水的抗沖擊負(fù)荷能力明顯優(yōu)于另

5、兩種膜材料，對TOC和NH4+N的平均去除效率可保持在93.48％、84.74％，表明了PVDF/DOPA復(fù)合膜上微生物附著量及生物膜的穩(wěn)定性都較高;PVDF/TMC-CS復(fù)合膜的微生物附著及廢水處理能力較低，具體原因需進(jìn)一步研究。
　　選取胞外聚合物(extracellular po lymeric substances，EPS)研究EPS中不同親疏水性有機(jī)物對膜材料的污染貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)采用樹脂分級操作將EPS分為疏水酸(hydro

6、p hob ic acids，HOA)，疏水堿(hydrophob ic bases，HOB)，疏水中性物質(zhì)(hydrophobic neutrals，HON)以及親水性物質(zhì)(hydrophilic substances，HIS)。選擇四種有機(jī)物組分進(jìn)行靜態(tài)膜污染實(shí)驗(yàn)，以膜材料基本性能與氧傳質(zhì)性能作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)表明，四組分有機(jī)物使PVDF原膜的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）下降衰減最為明顯，HIS在PVDF原膜膜污染中起主導(dǎo)地位，其使PVD