MBfR中疏水性PVDF中空纖維膜表面改性研究.pdf

1、膜生物膜反應(yīng)器(Membrane Biofilm Reactor，MBfR)是一種將膜曝氣與傳統(tǒng)生物污水處理相結(jié)合的新型水污染控制技術(shù)。在MBfR系統(tǒng)中，中空纖維膜兼具氧傳遞介質(zhì)及微生物附著載體雙重作用，其性能（氧傳質(zhì)性能、穩(wěn)定性、耐污染性、生物親和性等）對MBfR系統(tǒng)的快速啟動及穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。而目前尚沒有專門適用于MBfR技術(shù)的中空纖維膜，MBfR的應(yīng)用與發(fā)展受到了極大的限制。本文采用表面改性技術(shù)，以實驗室自制的疏水性聚偏氟乙

2、烯(PVDF)中空纖維微孔膜為原膜，制備含有聚合物皮層的新型改性膜。探討不同改性條件下中空纖維膜的基本性能變化，確定其最佳的改性條件，并進(jìn)一步考察改性膜的穩(wěn)定性和耐污染性。
　　本課題針對疏水性PVDF中空纖維微孔膜供氧能力不足、耐污染性較差等問題，以左旋多巴(L-DOPA)為單體，利用其自聚合原理對課題組自制疏水性PVDF中空纖維膜進(jìn)行表面改性，針對L-DOPA濃度、聚合時間及后處理溫度等參數(shù)對改性膜性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究，以氧

3、傳質(zhì)性能為主要評價指標(biāo)優(yōu)化表面改性條件，結(jié)果表明: L-DOPA濃度1.54g/L、聚合時間3.0h、后處理溫度37.0℃、n(L-DOPA)/n(A)=2時，PVDF/pDOPA改性膜具有與PVDF原膜相似的機(jī)械性能;其氧氣傳質(zhì)特性顯著優(yōu)于原膜，氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）自原膜的9.54×10-3 min-1提高至1.61×10-2 min-1，為原膜的1.70倍;此外膜表面靜態(tài)接觸角及形貌監(jiān)測結(jié)果表明，改性PVDF膜表面親水性提高（接觸

4、角自原膜75.4°降至41.4°），粗糙度增加(自原膜128.5nm增至222.1nm)。
　　PVDF/pDOPA改性膜超聲及化學(xué)穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明:超聲過程對于PVDF/pDOPA改性膜親水性能、極限氣體通量影響不大，超聲10、20和30min時，改性膜的KLa衰減率分別為4.89％、9.76％和12.20％，超聲后改性膜的KLa仍高于原膜，分別為原膜的1.64、1.55和1.51倍，顯示PVDF/pDOPA改性膜具有良好的穩(wěn)

5、定性能;改性膜在強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性條件下，接觸角略有增大，泡點壓力減小，透氣系數(shù)增大;在弱酸及弱堿條件下，接觸角變化范圍很小，泡點壓力略微下降，透氣系數(shù)略微上升。pH為12時，與原改性膜相比KLa衰減率最大為27.39％，pH為8時，KLa衰減率最小為6.70％。表明在弱堿條件下改性膜具有較好的穩(wěn)定性，而強(qiáng)堿條件對改性膜穩(wěn)定性具有較大的影響。
　　選取牛血清白蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)和海藻酸鈉(SA)來模擬MBfR污水生物處理系

6、統(tǒng)胞外聚合物(EPS)中的蛋白質(zhì)類物質(zhì)、腐殖質(zhì)類物質(zhì)和多糖類物質(zhì)進(jìn)行膜污染實驗，運(yùn)用XDLVO理論定量解析污染物對PVDF原膜及 pDOPA/PVDF改性膜的界面相互作用，分析3種界面相互作用力對膜污染過程的貢獻(xiàn);并考察這三種有機(jī)污染物對MBfR中透氣膜的污染行為，研究結(jié)果表明:對于三種污染物而言，改性膜的耐污染性均優(yōu)于原膜，其次對于原膜及改性膜，三種有機(jī)污染物污染程度均為SA最重，BSA次之、HA最小。三種有機(jī)污染物與透氣膜之間均存在