PVDF-DCOIT复合中空纤维膜的制备与性能评价

发布时间：2020-11-21 13:56

　　 近年来膜分离技术在污水处理领域脱颖而出并获得迅速的发展。但是污水处理中的生物大分子、无机盐、腐殖质和活性污泥等都会引起严重的膜污染,这是膜技术在污水处理中大规模工业化的最大瓶颈。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)膜材料为研究对象,将有机杀菌剂4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(DCOIT)作为添加剂来制备工艺简便、成本低廉的PVDF-DCOIT复合中空纤维膜,从而显著提高PVDF膜的抗污染性能以及应用价值。首先采用传统的非溶剂致相分离法将DCOIT与PVDF均匀共混,辅以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、丙三醇等亲水改性剂,在不影响DCOIT杀菌活性的条件下制备出具有良好抗污染性的复合中空纤维膜。相比于PVDF膜,改性膜的接触角(63.35°),纯水通量(393.86 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1))、孔隙度(84.68%)及平均孔径(0.54μm)均反映出了更好的渗透性能。而扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征验证了DCOIT在膜基质中均匀共混,且改性膜具有更光滑的膜表面和饱满的指状孔结构,因此PVDF-DCOIT复合改性膜在形貌结构和渗透性能方面均有所改善。然后通过死端过滤实验考察了改性膜对天然有机物和活性污泥的抗污染性能。在牛血清蛋白(BSA)、海藻酸钠(SA)和腐殖酸(HA)溶液中,改性膜表面的污染情况比未改性膜分别减缓了26%、19%和74%;在厌氧污泥过滤实验中经三次水力清洗后改性膜的通量恢复率可达到81.4%、69.9%和63.6%,而未改性膜三个阶段的通量恢复率仅为73.7%、50.5%和45.7%,改性膜的总通量恢复率比未改性膜提高了39%,体现出良好的抗有机物污染和抗微生物污染性能。最后,在44天膜生物反应器(MBR)的长期运行中,改性膜跨膜压差的提高速率比非改性膜减缓了约44.1%,且改性膜反应器中的胞外聚合物(EPS)和溶解性有机物产物(SMP)含量比非改性膜反应器有所减少,这有利于减弱其对膜表面的附着从而有效缓解微生物污染。同时两反应器的COD去除率都高于91%,但通过比较污泥产甲烷活性、MLVSS浓度等发现改性膜反应器中的微生物活性略低于非改性膜,说明DCOIT的释放对MBR中的厌氧污泥活性产生了抑制,但其抑制作用很有限。综合其抗污染性能和渗透性能的优势,PVDF-DCOIT复合改性膜在污水处理中具有一定的应用前景。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ051.893;X703
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 综述
    1.1 膜分离技术简介
    1.2 膜材料的特点及分类
    1.3 膜的制备方法
    1.4 PVDF膜材料的发展与应用
        1.4.1 PVDF膜材料的性质
        1.4.2 PVDF膜的膜污染类型
        1.4.3 PVDF膜的抗污染研究进展
    1.5 研究目的、研究内容及技术路线
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 技术路线图
2 实验材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 主要化学试剂
        2.1.2 主要仪器设备
    2.2 PVDF-DCOIT复合改性膜的表征方法
        2.2.1 亲水性测定
        2.2.2 纯水通量测定
        2.2.3 平均孔径测定
        2.2.4 孔隙率测定
        2.2.5 扫描电子显微镜
        2.2.6 X射线能谱仪
        2.2.7 原子力显微镜
    2.3 短期实验中的抗膜污染性能研究
        2.3.1 PVDF-DCOIT复合膜对天然有机物的抗污染性能
        2.3.2 PVDF-DCOIT复合膜对微生物污染物的抗污染性能
    2.4 长期实验中的MBR装置及运行方式
        2.4.1 MBR实验装置
        2.4.2 MBR的营养液成分
    2.5 常规水质测试方法
        2.5.1 活性污泥的挥发性悬浮固体浓度
        2.5.2 化学需氧量的测定方法
        2.5.3 胞外聚合物（EPS）的提取方法
        2.5.4 多糖的测定方法
        2.5.5 蛋白质的测定方法
3 PVDF-DCOIT复合中空纤维膜的制备与性能表征
    3.1 引言
    3.2 PVDF-DCOIT复合中空纤维膜的制备
    3.3 膜的亲水性
    3.4 膜的纯水通量
    3.5 膜的孔隙率与平均膜孔径
    3.6 PVDF-DCOIT复合中空纤维膜的形貌与结构
    3.7 本章小结
4 PVDF-DCOIT复合中空纤维膜的抗污染性能研究
    4.1 引言
    4.2 膜的短期实验抗污染性能研究
        4.2.1 PVDF-DCOIT复合膜对天然有机物的抗污染性能
        4.2.2 PVDF-DCOIT复合膜对微生物污染物的抗污染性能
    4.3 PVDF-DCOIT改性膜在MBR中的长期运行状况
        4.3.1 PVDF-DCOIT改性膜的跨膜压差变化情况
        4.3.2 PVDF-DCOIT改性膜表面的膜污染形貌表征
        4.3.3 MBR中微生物代谢物浓度的变化情况
        4.3.4 MBR的处理效果
        4.3.5 MBR中厌氧污泥的活性状况
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2893105