PVDF超濾膜等離子體改性對MBR濾餅層污染的改善研究.pdf

1、膜生物反應(yīng)器(MBR)利用膜分離設(shè)備替代二沉池，實(shí)現(xiàn)污泥絮體和溶質(zhì)分子的高效截留，是一種綠色、穩(wěn)定的高效生化水處理技術(shù)。其中，PVDF膜材料因具有良好的力學(xué)、化學(xué)、生物穩(wěn)定性與分離精度高等優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。但PVDF膜疏水性較強(qiáng)，在過濾過程中易吸附水中疏水性蛋白質(zhì)及膠體物質(zhì)而加劇濾餅沉積污染，從而縮短膜的使用壽命和清洗周期。因此，研究合適的膜表面改性方法，以改善PVDF超濾膜的親水性，是強(qiáng)化膜耐濾餅層污染性能的有效手段。<

2、br>　　本文采用僅等離子體（PT）、等離子體引發(fā)氣相接枝（PIGGP）、混合等離子體化學(xué)沉積（MPCVD）及等離子體引發(fā)液相接枝（PIGLP）四種改性方法對PVDF中空纖維超濾膜進(jìn)行改性。研究了改性前后膜表面官能團(tuán)信息、形態(tài)形貌、ζ電位及膜通量變化；通過改性膜與原膜在MBR中的運(yùn)行效果，比較了不同改性膜的耐污染性能，分析膜運(yùn)行阻力構(gòu)成及清洗效果，明確了膜的污染類型；采用濾餅壓密模型，探究了改性膜性質(zhì)變化對膜濾餅壓密現(xiàn)象的影響，并探討恒

3、壓下不同氣水比和恒定氣水比不同跨膜壓差對濾餅層的影響規(guī)律和作用機(jī)理。得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
　　FT-IR表征結(jié)果說明，PIGGP、MPCVD與PIGLP改性膜表面元素含量發(fā)生變化，成功引入了羥基和羧基官能團(tuán)。SEM圖像顯示N2等離子體改性增加了改性膜表面的粗糙程度，接枝聚合物以塊狀形態(tài)平鋪或疊加在PIGGP與MPCVD改性膜表面，遮蔽膜孔。純水通量測試發(fā)現(xiàn)，等離子體改性降低了膜的平均固有阻力Rm，且降低率與膜面ζ電位變化規(guī)律完全一致

4、，大小排序?yàn)镸PCVD＞PIGLP＞PT＞PIGGP，證實(shí)了接枝丙烯酸聚合物能夠改善膜表面的電離及水化程度。
　　對改性膜與PVDF原膜在MBR中的運(yùn)行效果進(jìn)行平行對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：各膜比通量衰減特征及濾餅層結(jié)構(gòu)的演變與臨界壓力結(jié)果基本一致，耐污染性能大小為PIGGP＞PIGLP＞MPCVD＞原膜＞PT；膜靜態(tài)吸附性污染阻力由大到小依次為PIGLP＞原膜＞PIGGP＞PT＞MPCVD；膜阻力分布及清洗效果表明，膜運(yùn)行阻力以可逆沉

5、積阻力為主，且PIGGP與MPCVD改性對膜的可逆阻力和殘留污染有明顯的改善；膜經(jīng)污染及清洗后的ζ電位變化表明，PIGGP和MPCVD改性膜的膜面膜孔ζ電位污染前后變化較小且清洗后的ζ電位值與實(shí)驗(yàn)前基本相當(dāng)。綜合膜比通量衰減、阻力分布、清洗效果及ζ電位變化情況，PIGGP與MPCVD改性膜具有最佳的分離效果和更為穩(wěn)定的物理化學(xué)性能。
　　根據(jù)濾餅壓密模型探究改性方法對濾餅層的影響，測得濾餅壓密性排序?yàn)椋篜IGLP＞PT＞原膜＞PI

6、GGP＞MPCVD；通過氣水比考察膜濾餅層的過濾性表明，實(shí)驗(yàn)所用PVDF超濾膜在氣水比17:1~24:1之間存在一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的曝氣量，可有效緩解濾餅層污染；分析不同氣水比下EPS組分發(fā)現(xiàn)，多糖較蛋白質(zhì)更易引起濾餅阻力的增加；探討恒定氣水比下不同跨膜壓差對濾餅層的影響，表明過高或過低的跨膜壓差均會加劇濾餅層污染，降低混合料液的過濾性；而且PIGGP和MPCVD改性膜在實(shí)驗(yàn)中均獲得更小的濾餅比阻。綜上表明，PIGGP和MPCVD改性方法不僅降