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聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备、表征及其SMBR的应用研究

2020-12-03阅读(909)

聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备、表征及其SMBR的应用研究

论文摘要

膜生物反应器（Membrane Bioreactor,MBR）因出水水质可靠、操作方式简便等特点引起了水处理界的广泛重视,但膜组件价格昂贵以及膜污染问题阻碍了MBR的推广应用。为解决以上问题,近年来预涂动态膜技术作为一种新型廉价的膜分离技术,越来越受到国内外学者的关注,尤其研究开发具有抗污染特性的预涂动态膜值得期待。本试验在本课题组研究制备出的具有抗污染特性的新型预涂剂——聚乙烯醇微球（PVA-MS）的基础上,利用循环预涂工艺,在廉价的工业滤布基膜上形成各种具有不同PVA-MS预涂量的动态膜,且对其形态结构、清水过滤阻力、动态接触角、膜面电位、抗污染特性等物理化学性质进行了系统表征,结果表明:（1）利用循环预涂工艺,制备出了不同PVA-MS预涂量的预涂动态膜（PVA-MS/PCDMs）,其清水过滤阻力介于0.64×1010～3.84×1010m-1,渗透性良好;当PVA-MS预涂量≥23.9g·m-2时,可达到微滤分离水平。（2）PVA-MS/PCDMs的亲水性随预涂量的增加而增强,动态接触角由基膜的118.25°降低到预涂量为61.9g·m-2时的61.52°;预涂量为15.7g·m-2时的膜面相对Zeta电位值,在20℃,pH为8±0.2,0.01mol·L-1KCl溶液的测试条件下测定可达-36.4mV。（3）PVA-MS预涂量为23.9～61.9g·m-2时的PVA-MS/PCDMs,增强了对胞外聚合物（EPS）的静电排斥作用,延长了膜污染周期,提高了抗污染能力。根据优化表征结果,利用平板PVA-MS/PCDMs膜组件构建SMBR,进行处理模拟生活污水的应用研究,考察了过滤周期、浊度截留特性、清洗后阻力恢复、污染物去除效果、污泥特性、膜污染成因及抗污染机理等相关情况,结果表明:（1）PVA-MS预涂量为61.9g·m-2的预涂动态膜具有更好的抗污染性能,在10.5L·（m2·h）-1恒通量条件下运行55天后跨膜压力达到45kPa。并且对模拟生活污水的处理效果良好,其平均出水COD为22.0mg·L-1,NH4+-N为0.38mg·L-1,浊度≤2.34NTU。（2）PVA-MS/PCDMs的膜污染是伴随着污泥体积指数（SVI）的越升而加速发生的,同时也受到污泥混合液的粘度、浓度和EPS含量等因素的影响,尤其当滤饼层发生压密后,EPS对膜污染的贡献最大。（3）PVA-MS/PCDMs清洗后,其表面和内部覆盖的PVA-MS层会遭到一定破坏,但其阻力恢复良好。同时,对膜污染过程的考察也显示,PVA-MS预涂层对膜孔内部的改性与对膜表面的改性同样重要,膜表面的改性对初期膜污染的发生影响更大。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 前言
  • 1 膜生物反应器和预涂动态膜技术的研究进展
  • 1.1 MBR的研究概况
  • 1.1.1 MBR的概述
  • 1.1.2 MBR的发展概况及应用前景
  • 1.2 减缓膜污染的有效措施—膜表面改性
  • 1.3 预涂动态膜技术及其MBR中应用研究现状
  • 1.3.1 动态膜技术的出现与分类
  • 1.3.2 预涂动态膜的发展和应用
  • 1.3.3 预涂动态膜的制备方法概述
  • 2 本课题的研究目的、意义和内容
  • 2.1 研究目的和意义
  • 2.2 研究内容和方法
  • 2.3 试验条件和分析方法
  • 2.3.1 试验条件
  • 2.3.2 分析项目及其测试方法
  • 3 聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备及性能表征
  • 3.1 聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备
  • 3.1.1 材料
  • 3.1.2 预涂装置和预涂方法
  • 3.1.3 预涂动态膜的制备
  • 3.2 聚乙烯醇微球预涂动态膜的表征
  • 3.2.1 PVA-MS/PCDMs表观形貌表征
  • 3.2.2 PVA-MS/PCDMs近似最大分离孔径测定
  • 3.2.3 PVA-MS/PCDMs亲水性表征
  • 3.2.4 PVA-MS/PCDMs清水过滤阻力的测定
  • 3.2.5 PVA-MS/PCDMs膜面Zeta的测定
  • 3.2.6 PVA-MS/PCDMs抗污染特性研究
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 表观形态结构分析
  • 3.3.2 亲水性分析
  • 3.3.3 清水过滤阻力分析
  • 3.3.4 膜面荷电性能分析
  • 3.3.5 抗污染特性分析
  • 3.4 本章小结
  • 4 预涂动态膜生物反应器处理生活污水的试验研究
  • 4.1 试验装置
  • 4.2 试验和分析方法
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 跨膜压力变化
  • 4.3.2 物理化学清洗后阻力恢复对比
  • 4.3.3 浊度的截留效果对比
  • 4.3.4 污染物质去除效果对比
  • 4.3.5 污泥性质变化
  • 4.3.6 膜污染成因分析及讨论
  • 4.4 本章小结
  • 5 结论与建议
  • 5.1 结论
  • 5.2 建议
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
  • 致谢

    • 相关论文文献

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