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文檔簡介
1、本實(shí)驗(yàn)研究以國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的、價(jià)格低廉的過濾材料—無紡布代替目前MBR中通常使用的高分子膜材料;為了預(yù)防和減少膜污染,以聚乙烯醇(PVA)為改性材料,采用表面涂敷法對疏水性的無紡布表面進(jìn)行親水改性,制備了PVA改性無紡布復(fù)合膜,用于廢水處理。本研究主要考察了制膜工藝和制備條件對PVA改性無紡布復(fù)合膜性能的影響以及復(fù)合膜的耐污染性能;并借助全反射紅外光譜(ATR-FTIR)、X光電子能譜(XPS)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等現(xiàn)代分析技術(shù)對
2、復(fù)合膜的表面微觀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和分析。研究內(nèi)容有: (1)考察了有/無親合劑(聚乙二醇)預(yù)處理以及改變PVA濃度、催化劑濃度、涂膜時(shí)間、熱處理溫度和時(shí)間,復(fù)合膜的純水通量和靜態(tài)水接觸角的變化。結(jié)果表明:親水化預(yù)處理有利于PVA均勻地附著于無紡布的表面,但是復(fù)合膜純水通量明顯小于沒有預(yù)處理的復(fù)合膜,而兩者的靜態(tài)接觸角則沒有顯示出較大的差別。增加PVA和交聯(lián)劑濃度以及涂膜時(shí)間、熱處理溫度和時(shí)間,均使復(fù)合膜的純水通量降低
3、。PVA改性使無紡布表面的親水性能得到明顯改善。 (2)采用無親合劑預(yù)處理的制膜工藝,考察了PVA濃度以及交聯(lián)劑濃度、基膜(無紡布)公稱孔徑對復(fù)合膜的純水通量、截留率、固定度以及拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:增加PVA和交聯(lián)劑的濃度以及減小基膜公稱孔徑,均使復(fù)合膜的純水通量降低,對聚丙烯酰胺(分子量860萬)的截留率提高。PVA在無紡布表面的固定度隨著PVA濃度增大而增加,但交聯(lián)劑濃度變化對固定度的影響不明顯。PVA改性增
4、強(qiáng)了無紡布的機(jī)械性能,復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度均大于未改性無紡布,但受鑄膜液中PVA濃度和交聯(lián)劑濃度變化的影響。 (3)ATR-FTIR、XPS以及SEM對復(fù)合膜的表面微觀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的表征和分析結(jié)果表明:基于吸附、沉淀等物理化學(xué)作用的改性方法,改變了無紡布的表面性質(zhì)和表面分子結(jié)構(gòu),在無紡布表面引入了基團(tuán)-OH和C-O-C,且羥基以多種形式存在于改性無紡布的表面。通過化學(xué)交聯(lián)作用增強(qiáng)了PVA薄膜分子間的相互作用,同時(shí)保留
5、了無紡布的基本結(jié)構(gòu)。改性后無紡布表面的組成元素中有C、O兩種元素。C元素有三種結(jié)合形式,除了C-H外,增加了C-O和O-C-O兩種結(jié)合形式。改性無紡布中由于含氧基團(tuán)的引入,O元素的相對含量顯著增加,C元素相對含量有所降低。PVA改性使無紡布的空隙率減小,表面變得更光滑。在斷面掃描圖中發(fā)現(xiàn)存在明顯的界面層,說明在無紡布的表面復(fù)合了PVA薄膜,形成了復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。 (4)通過靜態(tài)吸附牛血清蛋白(BSA)實(shí)驗(yàn)和動態(tài)處理人工廢水實(shí)驗(yàn),研究
6、了復(fù)合膜的耐污染性能。PVA濃度為0.8wt%時(shí)得到的改性無紡布,對BSA吸附量最小,與未改性無紡布相比,BSA吸附量降低了83.4%,說明無紡布經(jīng)PVA改性后能有效抑制BSA的吸附,增加無紡布的耐污染性能。改性前后無紡布的膜污染指數(shù)(MFI)分別為0.9519和0.2238,改性無紡布顯示了良好的耐污染性能。采用統(tǒng)計(jì)分析方法研究了MBR中的胞外聚合物(EPS)、溶解性EPS(EPSs)組分中的P/C(蛋白質(zhì)/多糖)、活性污泥的相對疏水
7、性(RH)與膜污染阻力的相關(guān)性。結(jié)果表明:EPSs以及其組分中的P/C、RH對膜污染阻力有明顯影響,與改性無紡布/未改性無紡布膜污染阻力的皮爾遜相關(guān)系數(shù)rp分別為:0.868/0.856、0.840/0.866、0.890/0.841。改性無紡布表面能有效抑制EPSs的吸附,降低EPSs中的P/C,減少活性污泥的吸附沉積,降低膜污染。 (5)將PVA改性無紡布復(fù)合膜的膜組件置于處理人工廢水的浸沒式膜生物反應(yīng)器(SMBR)中,實(shí)驗(yàn)
8、結(jié)果表明:改性無紡布雖然能有效減少膜污染,降低膜污染阻力,但在過濾過程中仍存在膜污染現(xiàn)象。改性無紡布的過濾阻力主要為膜污染阻力。在引入比污染阻力概念的基礎(chǔ)上,以描述壓力驅(qū)動過濾過程中膜通量與阻力關(guān)系的Darcy定律為基礎(chǔ),建立了描述SMBR間歇方式運(yùn)行時(shí),濾餅阻力控制的過濾過程中的比污染阻力與時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型:Rstf(t)=a(1-e-t/b),利用此模型能夠預(yù)測運(yùn)行過程中膜通量的衰減趨勢,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:J(t)=TMP/μ[Rm
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