PVDF/碳纤维催化阴极膜耦合MBR/MFC体系的性能提升及应用
发布时间：2021-07-04 00:15
膜生物反应器（MBR）在污水处理过程中存在膜污染严重及运行能耗高等问题。微生物燃料电池（MFC）是近十几年发展起来的一种污水处理工艺,它可实现能源回收,但MFC处理污水时出水水质较差,需后续处理。将MBR与MFC耦合（MBR/MFC耦合体系）用于污水处理有多重优势,如MBR中膜过滤可改善MFC出水水质差的问题,MFC可将污水中能源回收,并且MFC中的微电场可减缓MBR中的膜污染问题。采用导电膜耦合MBR/MFC进行水处理是集两种处理体系于一体的新工艺,具有处理流程简单,操作性强等优点。但现有的报道中还有一些问题尚未解决,包括MBR/MFC耦合体系产能低,导电膜的稳定性差,以及MBR/MFC耦合体系对难生物降解物和抗生素等物质的去除效果较差（基于生物处理体系而言）。基于上述问题,本研究首先制备出聚偏氟乙烯（PVDF）/碳纤维膜,随后通过在铸膜液中添加纳米颗粒、对PVDF/碳纤维膜进行催化改性和对MBR/MFC耦合体系结构改进等方法以提升PVDF/碳纤维复合膜的通量、催化性能及其耦合MBR/MFC体系的产能和污染物降解性能。具体研究内容包括:（1）将碳纤维布在高锰酸钾和硝酸铁的饱和溶液中浸...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１我国污水日处理量达万吨以上的ＭＢＲ工艺增长图ｔ９］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｒｏｗｔｈ?ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ?ＭＢＲｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??
２００６?２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５??年份??图１．１我国污水日处理量达万吨以上的ＭＢＲ工艺增长图ｔ９］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｒｏｗｔｈ?ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ?ＭＢＲｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??（２）
表面均带有负电荷，若在过膜一侧施加负的电压，污泥絮体在电场力排斥的作用下向膜??表面移动的速率会大大减小，降低了膜表面污染物的附着速率，从而减缓了膜污染，其??运行机理见图１．３示。???１｜???（ｊ）?污泥絮体?（３??？?４每?？??？?＾?一??十?一??？?Ｑ??阳极?膜阴极??图１．３微电场减缓膜污染的机理图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｏｕｌｉｎｇ?ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?，ｌ６）??Ｌｉｕ等人ｌ４５］在ＭＢＲ体系中外加微电场（０．０３６?Ｖ?ｃｎｖ１），使聚酯滤布过滤膜的使用周期??延长７天。Ｋｉｍ等人［４６】研宄了在高电压脉冲作用（５－２０?ｋＶ?ｃｍ－１）下膜表面微生物的污染情??况，结果表明在２０?ｋＶ?ｃｍ－１脉冲６０?ｍｉｎ后，体系中微生物量从３．７ｘｌ〇５?ＣＦＵ?ｍｌ－１降至??２．５ｘｌ〇３ＣＦＵ?ｍｌ＇并且在施加脉冲后膜通量较空白试验相比有很大提升，原因是电压脉??冲可减少膜表面滤饼层阻力（Ｒ〇）。Ｌｉｕ等人［４７］采用气相聚合吡咯于聚酯滤布得到导电过??滤膜，在添加微电场（－０．２?Ｖｃｒｒｆ１）运行一段时间后，膜的抗污染通量与不加电场条件相比??提升了约５０％。Ｏｒｂｅｌｌ等人［４８］在使用陶瓷超滤膜处理油漆废水时，在添加不同强度的外??电场时，陶瓷超滤膜的渗透通量和过滤效率较空白试验都有提升，表明，微电场的存在??可提升膜的过滤性能和截留效率。??１．４?微生物燃料电池（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?Ｆｕｅｌ?Ｃｅｌｌ
【参考文献】：
期刊论文
[1]膜生物反应器污水处理技术在我国的工程应用现状[J]. 黄霞,肖康,许颖,梁帅,雷霆,孙剑宇,文湘华. 生物产业技术. 2015(03)
[2]抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展[J]. 沈怡雯,黄智婷,谢冰. 应用与环境生物学报. 2015(02)
[3]PVDF超滤膜材料表面亲水性改性技术[J]. 张春华,杨峰,刘则中. 材料保护. 2013(S2)
[4]MBR工艺在制药工业废水处理中的设计及应用[J]. 庞家胜,杨渊. 化工设计. 2012(02)
[5]微生物燃料电池非生物阴极催化剂的研究进展[J]. 杨改秀,孔晓英,孙永明,李连华,袁振宏,陆天虹. 应用化学. 2012(02)
[6]MBR工艺处理啤酒废水的工程应用[J]. 刘建立,杨新宁,戴海平,柯永文. 工业水处理. 2010(06)
[7]MBR-纳滤组合工艺在生活污水和大型超市废水处理中的研究[J]. 尹星,吴志超,王志伟,王新华,周振,唐书娟. 环境工程学报. 2010(01)
[8]混凝-膜生物反应器工艺处理印染废水[J]. 刘久清,刘婉蓉,蒋彬. 中南大学学报(自然科学版). 2009(06)
[9]无排泥条件下的膜-生物反应器系统处理焦化废水可行性研究[J]. 赵文涛,黄霞,李笃中,何苗,袁媛. 环境科学. 2009(11)
[10]MBR工艺在城市污水处理厂中的工程应用[J]. 胡邦,蒋岚岚,张万里,吴伟,龚兆宇. 给水排水. 2009(11)
博士论文
[1]氧化石墨烯改性PVDF微孔膜的制备及其在MBR中的性能研究[D]. 赵传起.大连理工大学 2015
[2]微电场导电膜E-MBR膜污染控制研究[D]. 刘嘉栋.大连理工大学 2014
[3]膜生物反应器膜污染行为的识别与表征[D]. 孟凡刚.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]MBR工艺处理城镇污水工艺研究[D]. 熊卿.南昌大学 2015
[2]设施菜田土壤四环素类抗生素污染与有机肥安全施用[D]. 张志强.中国农业科学院 2013
[3]水解酸化—膜生物反应器工艺处理含油废水的可行性研究[D]. 刘锋平.华北电力大学 2012
[4]MBR+NF/RO工艺处理垃圾渗滤液的研究[D]. 刘亚超.华南理工大学 2011
本文编号：3263636
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１我国污水日处理量达万吨以上的ＭＢＲ工艺增长图ｔ９］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｒｏｗｔｈ?ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ?ＭＢＲｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??
２００６?２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５??年份??图１．１我国污水日处理量达万吨以上的ＭＢＲ工艺增长图ｔ９］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｒｏｗｔｈ?ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ?ＭＢＲｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??（２）
表面均带有负电荷，若在过膜一侧施加负的电压，污泥絮体在电场力排斥的作用下向膜??表面移动的速率会大大减小，降低了膜表面污染物的附着速率，从而减缓了膜污染，其??运行机理见图１．３示。???１｜???（ｊ）?污泥絮体?（３??？?４每?？??？?＾?一??十?一??？?Ｑ??阳极?膜阴极??图１．３微电场减缓膜污染的机理图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｏｕｌｉｎｇ?ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?，ｌ６）??Ｌｉｕ等人ｌ４５］在ＭＢＲ体系中外加微电场（０．０３６?Ｖ?ｃｎｖ１），使聚酯滤布过滤膜的使用周期??延长７天。Ｋｉｍ等人［４６】研宄了在高电压脉冲作用（５－２０?ｋＶ?ｃｍ－１）下膜表面微生物的污染情??况，结果表明在２０?ｋＶ?ｃｍ－１脉冲６０?ｍｉｎ后，体系中微生物量从３．７ｘｌ〇５?ＣＦＵ?ｍｌ－１降至??２．５ｘｌ〇３ＣＦＵ?ｍｌ＇并且在施加脉冲后膜通量较空白试验相比有很大提升，原因是电压脉??冲可减少膜表面滤饼层阻力（Ｒ〇）。Ｌｉｕ等人［４７］采用气相聚合吡咯于聚酯滤布得到导电过??滤膜，在添加微电场（－０．２?Ｖｃｒｒｆ１）运行一段时间后，膜的抗污染通量与不加电场条件相比??提升了约５０％。Ｏｒｂｅｌｌ等人［４８］在使用陶瓷超滤膜处理油漆废水时，在添加不同强度的外??电场时，陶瓷超滤膜的渗透通量和过滤效率较空白试验都有提升，表明，微电场的存在??可提升膜的过滤性能和截留效率。??１．４?微生物燃料电池（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?Ｆｕｅｌ?Ｃｅｌｌ
【参考文献】：
期刊论文
[1]膜生物反应器污水处理技术在我国的工程应用现状[J]. 黄霞,肖康,许颖,梁帅,雷霆,孙剑宇,文湘华. 生物产业技术. 2015(03)
[2]抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展[J]. 沈怡雯,黄智婷,谢冰. 应用与环境生物学报. 2015(02)
[3]PVDF超滤膜材料表面亲水性改性技术[J]. 张春华,杨峰,刘则中. 材料保护. 2013(S2)
[4]MBR工艺在制药工业废水处理中的设计及应用[J]. 庞家胜,杨渊. 化工设计. 2012(02)
[5]微生物燃料电池非生物阴极催化剂的研究进展[J]. 杨改秀,孔晓英,孙永明,李连华,袁振宏,陆天虹. 应用化学. 2012(02)
[6]MBR工艺处理啤酒废水的工程应用[J]. 刘建立,杨新宁,戴海平,柯永文. 工业水处理. 2010(06)
[7]MBR-纳滤组合工艺在生活污水和大型超市废水处理中的研究[J]. 尹星,吴志超,王志伟,王新华,周振,唐书娟. 环境工程学报. 2010(01)
[8]混凝-膜生物反应器工艺处理印染废水[J]. 刘久清,刘婉蓉,蒋彬. 中南大学学报(自然科学版). 2009(06)
[9]无排泥条件下的膜-生物反应器系统处理焦化废水可行性研究[J]. 赵文涛,黄霞,李笃中,何苗,袁媛. 环境科学. 2009(11)
[10]MBR工艺在城市污水处理厂中的工程应用[J]. 胡邦,蒋岚岚,张万里,吴伟,龚兆宇. 给水排水. 2009(11)
博士论文
[1]氧化石墨烯改性PVDF微孔膜的制备及其在MBR中的性能研究[D]. 赵传起.大连理工大学 2015
[2]微电场导电膜E-MBR膜污染控制研究[D]. 刘嘉栋.大连理工大学 2014
[3]膜生物反应器膜污染行为的识别与表征[D]. 孟凡刚.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]MBR工艺处理城镇污水工艺研究[D]. 熊卿.南昌大学 2015
[2]设施菜田土壤四环素类抗生素污染与有机肥安全施用[D]. 张志强.中国农业科学院 2013
[3]水解酸化—膜生物反应器工艺处理含油废水的可行性研究[D]. 刘锋平.华北电力大学 2012
[4]MBR+NF/RO工艺处理垃圾渗滤液的研究[D]. 刘亚超.华南理工大学 2011
本文编号：3263636
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