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织布支撑聚偏氟乙烯/纳米TiO₂共混膜的制备及其在MBR中抗污染性能的研究

作　者: 盛夏
导　师: 刘振鸿
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 膜生物反应器织布支撑膜污染膜阻力
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

膜生物反应器(MBR)是将微生物对污染物质的降解与膜分离技术相结合的一种高效、实用的污水处理工艺,因其具有传统废水生物处理工艺无法比拟的优点,受到各国水处理技术研究者的关注。但昂贵的膜组件和严重的膜污染问题成为制约MBR广泛应用的主要因素。因此,研究膜材料和减少膜污染的方法,对实际应用有着重大的理论和使用价值。本实验以价格低廉的过滤材料—尼龙织布作为高分子膜材料的支撑层代替传统的膜材料,以聚偏氟乙烯(PVDF)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为主要原料制备PVDF膜,并在体系中添加纳米二氧化钛(TiO2)制备PVDF/TiO2共混膜,用于生活污水的处理。本文主要从以下几个方面进行研究：(1)采用浸没沉淀法制备尼龙织布支撑的PVDF/纳米TiO2共混膜。通过测定膜的纯水通量和BSA截留率、利用扫描电子显微镜(SEM)对膜表面结构进行分析,确定适合的制膜液配方,得到具有较大水通量、截留率适中、膜结构较为均匀的PVDF/纳米TiO2共混膜。根据单因素实验结果分析,得到PVDF/纳米TiO：共混膜的制备方案：固相含量PVDF为10%,选用DMAc为溶剂,添加0.7%纳米TiO2,并选择以200目尼龙织布作为底部支撑层。此条件下制备的PVDF/纳米TiO2共混膜在室温25℃,操作压力0.1 MPa情况下,纯水通量最优且比相同条件下的PVDF膜通量高将近5倍。(2)将共混膜运行于MBR中过滤活性污泥,为得到污水通量大,出水效果好的膜组件,实验所得PVDF/纳米TiO2共混膜的最佳方案为：固相含量PVDF为10%,选用DMAc为溶剂,添加0.7%纳米TiO2,并选择以200目尼龙织布作为底部支撑层。在室温,0.1MPa条件下,PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜通量最大,而且膜截留有机物作用最强。从制膜成本分析,自制织布支撑PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜的成本远远低于商品膜,而且其污水通量也明显高于PVDF膜。(3)将织布支撑的三种膜：PVDF膜、PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜、PVDF/1.0%纳米Ti02共混膜置于MBR反应器中,分析其膜污染机理,并测定膜的污水通量、通量下降速率、总阻力分布以及膜污染清洗后的通量恢复率,深入探究膜的抗污染性能。实验结果表明,随着时间的延长,PVDF膜、PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜、PVDF/1.0%纳米TiO2共混膜阻力都在增加,污水通量逐步减少,三者相比PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜阻力和通量变化率最低,说明适量的纳米TiO2起到了一定的延缓污染作用。膜短期运行中,膜孔的堵塞是造成膜污染的主要原因。通过长期膜阻力分析,PVDF膜和PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜的膜污染主要来源是膜的内部污染,即膜孔堵塞,其次浓差极化层和凝胶层的形成也是使膜阻力增加的原因,而PVDF/1.0%纳米TiO：共混膜的膜污染主要是由膜孔堵塞阻力和沉积层阻力协同作用造成。综合比较,织布支撑的PVDF/0.7%纳米TiO2共混膜通量大、截留效果好,抗污染能力强,有一定的实用价值。

织布支撑聚偏氟乙烯/纳米TiO₂共混膜的制备及其在MBR中抗污染性能的研究

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