中空纤维膜过滤和反洗中致污物空间分布规律的三维解析

发布时间：2019-08-01 10:24

【摘要】：近年来,超滤被越来越普遍的运用到饮用水净化和废水处理中。但膜污染依然是超滤过程中存在的最大问题之一。本研究采用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)技术,以荧光标记的牛血清蛋白质(BSA-FITC)和海藻酸钠(SA-rhodamine)作为目标污染物,考察不同操作条件下聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜表面及内部的污染物动态分布规律,并以图像分析软件Image J对膜上污染物进行量化分析,从而解析不同污染物的膜污染发生过程。在过滤50 mg/L BSA溶液的过程中,BSA首先在指状孔与支撑层海绵结构交界处积累,达到饱和后随着过滤时间的进一步延长,向内部迁移,在膜内部呈较均匀分布,并且在膜外部形成了滤饼层。研究120L\m2.h、180L\m2·h、240L\m2·h过滤通量对膜污染的影响,结果表明,过滤通量小幅度提高(180L/m2·h)可以有效的提高截留率。然而当过滤通量增大到240L/m2·h时,高通量下膜污染负荷提高,污染物与膜的接触时间短,因此出水BSA浓度会升高。研究膜表面吸附对污染物分布的影响,得出表面静态吸附一段时间可以减少膜内部吸附,有效的减缓了膜污染进程。研究不同清洗条件对膜表面及内部污染物的去除以及通量恢复率的影响,得出反洗方式以及0.1 mo1/L的NaOH碱洗可以强化去除膜表面及内部污染物。与BSA不同,在过滤50 mg/L SA溶液过程中,SA仅集中在膜表面形成凝胶层以及膜表面浅层,并不会进入膜内深处。这时因为SA在溶液中主要以聚合物的形式存在,尺寸可达165nm,可以完全被实验用超滤膜截留。但膜表而形成的凝胶层不容易通过水力清洗去除掉。当BSA与SA共存时,由于BSA分子影响SA大分子链间交联,使得SA聚合体变形减小为52.3nm而进入膜孔,虽然SA浓度降低很多,但仍旧形成了更为严重的膜污染。通过对PVDF超滤膜进行多巴胺亲水改性,亲水性的提高极大的降低了 BSA与PVDF间的相互作用,对膜上致污染分布规律的影响,得出膜表面的亲水改性有利于减缓对BSA的吸附,从而减轻膜污染;膜表面吸附形成的凝胶层对膜阻力增长贡献比较大,对于BSA而言,不可逆污染并非由于膜内部对BSA的吸附造成的,污染仍是集中在表层。尽管整体改性能够显著减少膜内部BSA的吸附量,但对BSA溶液的过滤阻力几乎没有影响,这说明膜内部吸附的BSA对膜阻力贡献不大。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU991.2

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