MBFR中表面改性PVDF疏水中空纖維膜性能及其應用探究.pdf

1、膜生物膜反應器工藝(membrane biofilm reactor，MBfR)是以傳統(tǒng)生物處理工藝為基礎，輔以膜曝氣技術的一項新型微生物污廢水處理技術。在MBfR中，膜材料作為微生物的附著載體同時發(fā)揮著氧氣的傳輸通道與傳質(zhì)介質(zhì)的作用，因此作為MBfR工藝核心要素的膜材料對系統(tǒng)的快速啟動及穩(wěn)定運行具有關鍵的作用。MBfR工藝常用的三大膜材料包括疏水性微孔膜、致密膜和復合膜。其中復合膜綜合了致密膜曝氣壓力高以及疏水性微孔膜氣體通量大的優(yōu)勢

2、，其研發(fā)成為MBfR領域的研究熱點之一。由于目前適用于MBfR系統(tǒng)專業(yè)化商品膜仍十分稀缺，限制了MBfR技術的工業(yè)發(fā)展與廣泛應用。
　　本論文針對疏水性PVDF中空纖維膜供氧能力不足、生物親和性能較差等問題，在前期研究的基礎上，采用界面聚合法和自聚合法分別對自制的疏水性PVDF中空纖維膜表面改性，制備適用于MBfR技術的改性疏水中空纖維復合膜（PVDF/TMC-CS復合膜與PVDF/DO PA復合膜）。兩種復合膜較于原膜，機械強度

3、相似;氧傳質(zhì)性能明顯提高，其中PVDF/DOPA復合膜的KLa由0.85×10-2min-1提高至1.69×10-2min-1，PVDF/TMC-CS復合膜提升到1.24×10-2min-1，膜材料的氧氣傳質(zhì)性能得到優(yōu)化。PVDF/DOPA、PVDF/TMC-CS復合膜接觸角分別由原膜的72.3°降至為32.8°、35.7°，膜表面的親水性得到一定的提高。結果表明，實驗獲得了滿足MBfR工藝要求的膜材料。
　　論文選取混合微生物體

4、系究微生物在原膜和改性膜表面上的黏附生長情況，評價三種膜材料生物親和性的差異;并對三種膜材料表面生物膜的MBfR有機物及氨氮處理特性進行初步研究。結果表明，與原膜相比,PVDF/DOPA復合膜在微生物陽著生長實驗后其上生長的微生物厚度最高，為25μm;微生物膜優(yōu)先成熟且其上附著的微生物數(shù)量較多，表明PVDF/DOPA復合膜更易被微生物附著生長，生物親和性最高;同時PVDF/DOPA復合膜附著微生物后表現(xiàn)出對廢水的抗沖擊負荷能力明顯優(yōu)于另

5、兩種膜材料，對TOC和NH4+N的平均去除效率可保持在93.48％、84.74％，表明了PVDF/DOPA復合膜上微生物附著量及生物膜的穩(wěn)定性都較高;PVDF/TMC-CS復合膜的微生物附著及廢水處理能力較低，具體原因需進一步研究。
　　選取胞外聚合物(extracellular po lymeric substances，EPS)研究EPS中不同親疏水性有機物對膜材料的污染貢獻。實驗采用樹脂分級操作將EPS分為疏水酸(hydro

6、p hob ic acids，HOA)，疏水堿(hydrophob ic bases，HOB)，疏水中性物質(zhì)(hydrophobic neutrals，HON)以及親水性物質(zhì)(hydrophilic substances，HIS)。選擇四種有機物組分進行靜態(tài)膜污染實驗，以膜材料基本性能與氧傳質(zhì)性能作為評價標準。實驗表明，四組分有機物使PVDF原膜的氧總轉移系數(shù)（KLa）下降衰減最為明顯，HIS在PVDF原膜膜污染中起主導地位，其使PVD