膜生物反應(yīng)器(MBR)是將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器相結(jié)合的一個(gè)新型污水處理工藝。MBR以膜分離裝置取代傳統(tǒng)廢水生物工藝中的二沉池，實(shí)現(xiàn)高污泥濃度運(yùn)行，具有工藝流程簡(jiǎn)單、占地面積小、固液分離效率高、自動(dòng)化程度好、剩余污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)。MBR作為一種新型高效的水處理技術(shù)，受到各國(guó)水處理技術(shù)研究者的日益關(guān)注。但是高造價(jià)的膜組件和膜污染問(wèn)題成為當(dāng)前限制MBR廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。因此，有必要研究降低膜組件造價(jià)和減少膜污染的方法，這對(duì)擴(kuò)大MBR的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。 本實(shí)驗(yàn)研究以國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的、價(jià)格低廉的過(guò)濾材料-無(wú)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(duì)疏水性的無(wú)紡布表面進(jìn)行親水改性，制備了PVA改性無(wú)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(duì)PVA改性無(wú)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(duì)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?jī)?nèi)容有： (1)考察了有／無(wú)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(wú)紡布的表面，但是復(fù)合膜純水通量明顯小于沒(méi)有預(yù)處理的復(fù)合膜，而兩者的靜態(tài)接觸角則沒(méi)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。PVA改性使無(wú)紡布表面的親水性能得到明顯改善。 (2)采用無(wú)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(wú)紡布)公稱孔徑對(duì)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(duì)聚丙烯酰胺(分子量860萬(wàn))的截留率提高。PVA在無(wú)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(duì)固定度的影響不明顯。PVA改性增強(qiáng)了無(wú)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(wú)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(duì)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(wú)紡布的表面性質(zhì)和表面分子結(jié)構(gòu)，在無(wú)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(wú)紡布的表面。通過(guò)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)保留了無(wú)紡布的基本結(jié)構(gòu)。改性后無(wú)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(wú)紡布中由于含氧基團(tuán)的引入，O元素的相對(duì)含量顯著增加，C元素相對(duì)含量有所降低。PVA改性使無(wú)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(shuō)明在無(wú)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(guò)靜態(tài)吸附牛血清蛋白(BSA)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)處理人工廢水實(shí)驗(yàn)，研究了復(fù)合膜的耐污染性能。PVA濃度為0．8wt％時(shí)得到的改性無(wú)紡布，對(duì)BSA吸附量最小，與未改性無(wú)紡布相比，BSA吸附量降低了83．4％，說(shuō)明無(wú)紡布經(jīng)PVA改性后能有效抑制BSA的吸附，增加無(wú)紡布的耐污染性能。改性前后無(wú)紡布的膜污染指數(shù)(MFI)分別為0．9519和0．2238，改性無(wú)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(EPS_S)組分中的P／C(蛋白質(zhì)／多糖)、活性污泥的相對(duì)疏水性(RH)與膜污染阻力的相關(guān)性。結(jié)果表明：EPS_S以及其組分中的P／C、RH對(duì)膜污染阻力有明顯影響，與改性無(wú)紡布／未改性無(wú)紡布膜污染阻力的皮爾遜相關(guān)系數(shù)r_p分別為：0．868／0．856、0．840／0．866、0．890／0．841。改性無(wú)紡布表面能有效抑制EPS_S的吸附，降低EPS_S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(wú)紡布復(fù)合膜的膜組件置于處理人工廢水的浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(SMBR)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：改性無(wú)紡布雖然能有效減少膜污染，降低膜污染阻力，但在過(guò)濾過(guò)程中仍存在膜污染現(xiàn)象。改性無(wú)紡布的過(guò)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(dòng)過(guò)濾過(guò)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(guò)濾過(guò)程中的比污染阻力與時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型：R_(stf)(t)=a(1-e~(-t/b)),利用此模型能夠預(yù)測(cè)運(yùn)行過(guò)程中膜通量的衰減趨勢(shì)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：J(t)=TMP/μ[R_m+a(1-e~(-t/b))]。將此模型用于預(yù)測(cè)SMBR處理制藥廢水的膜通量衰減趨勢(shì)，與實(shí)測(cè)值比較的結(jié)果顯示，當(dāng)tb時(shí)，相對(duì)誤差10％；當(dāng)t2b時(shí)，相對(duì)誤差5％。說(shuō)明本文所建立的膜污染阻力模型在SMBR運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，能較好地預(yù)測(cè)膜通量衰減趨勢(shì)，但是在運(yùn)行初期非穩(wěn)定狀態(tài)(tb)時(shí)，相對(duì)誤差較大。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面比較粗糙，孔隙較大，一般在1腳一50阿，有利于PvA鑄膜液在無(wú)紡布表面和內(nèi)部的吸附，形成PVA薄膜，同時(shí)減小孔隙。PVA.N認(rèn)T復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示[25〕。pV人翻曲曰.如.翻斌腳時(shí)加，..1沖加了甘圖2.2復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)Fig.2.2S如 ctoreofco宜IPo的tem曰叮brane

聚乙二醇水溶液中浸泡一定時(shí)間，使聚乙二醇均勻地附著于無(wú)紡布表面和孔隙內(nèi)表面上。當(dāng)無(wú)紡布與鑄膜液接觸時(shí)，增加了鑄膜液與無(wú)紡布表面的潤(rùn)濕性，使鑄膜液能均勻地附著在無(wú)紡布的表面，原理如圖2.4所示[2’]。聚乙二醇起到在疏水性無(wú)紡布和親水性制膜材料PVA之間的親和架橋作用。瞬瞬瞬 瞬一爪爪二瓜畏們泊芬芬姜里，見(jiàn)巴呂二若瓜盆欲硯盆「「 「燦鉑，，扣.， J... }}}}}黔 黔 黔 黔黔弩 )))瞥嘿嘿瞥 瞥掣 掣 掣掣 掣黔 黔 黔 黔 黔pE。匆.飛側(cè)卜吮如..月佑.知賺聞--~今l一‘一pV么加口.}}}」 」《為倒吮側(cè)比們.哪目目.峭.-~ lll:::::一‘ III圖2.4復(fù)合膜制備原理 Fig.2.4PrineiPleofP代甲田傲五 onofcomPositem。比rane(2)熱處理在一定溫度下，使PvA與戊二醛(GA)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，增加PVA薄膜在水相中的穩(wěn)定性;同時(shí)通過(guò)熱處理，能在無(wú)紡布的表面形成一定厚度的PVA皮層。(3)復(fù)合膜后處理復(fù)合膜后處理的目的是在不影響膜分離特性的前提下提高復(fù)合膜的膜通量。將制得的復(fù)合膜放入去離子水中浸泡24小時(shí)以上，進(jìn)行溶脹，一以溶去未反應(yīng)的化學(xué)試劑。PVA與GA交聯(lián)形成的薄膜

則形成一個(gè)平衡液滴，其形狀有固液氣三相交界處任意兩相間的夾角所決定，通常規(guī)定在三相交界處自固液界面經(jīng)液滴內(nèi)部至氣液界面的夾角為平衡接觸角，也稱表面接觸角或靜態(tài)接觸角，以e表示[26l，如圖2.6所示[2s]。圖2.6液滴法接觸角的示意圖 Fig2.6Sch。 叮aticofasesaile峨 roPcon枉 ICtanglesysteme與三個(gè)界面張力的關(guān)系為YOung方程:踢二ysl十yl、coso (2.2)cos夕二壘二互r卜式中:式中下sv、Ysl和YIv分別為固氣、固液和液氣界面張力。接觸角是實(shí)驗(yàn)上可測(cè)定的一個(gè)量。將接觸角數(shù)值代入潤(rùn)濕過(guò)程的判斷條件式，即可得:
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 燕雪萍;基于顏色識(shí)別的腸道出血智能施藥膠囊研究[D];重慶大學(xué);2012年

2 郝竟妍;聚丙烯膜改性及膜污染的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2836982