碳納米管中空纖維膜厭氧生物反應器處理城市生活污水的性能研究.pdf

1、伴隨我國經(jīng)濟的快速發(fā)展及城市人口的逐漸增多，水資源與能源短缺、城市生活污水排放量劇增等問題日益凸顯，在我國倡導低碳環(huán)保體系的同時，生活污水的再生利用成為眾多專家學者的研究熱點。膜生物處理技術(shù)能夠很好解決該問題，且厭氧膜生物水處理技術(shù)對比于好氧生物處理最大優(yōu)勢在于產(chǎn)生能源性氣體甲烷，而傳統(tǒng)有機材料膜滲透性與膜選擇性之間的矛盾關(guān)系以及膜污染等問題是妨礙其廣泛應用的一個重要原因。針對這些問題，本文中首先利用碳納米管制備出功能性導電碳納米管中空

2、纖維膜，通過在膜上施加電偏壓實現(xiàn)膜分離與電化學技術(shù)的耦合，并將電化學輔助膜運用到自主設計的新型厭氧膜生物反應器(Membrane Bioreactor，MBR)中，處理低濃度生活污水，考察其分離性能、氣體產(chǎn)量及抗污染性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　用酸化-紡絲-煅燒法制得碳納米管中空纖維膜(Carbon Nanotube-Hollow FiberMembrane，CNT-HFM)，膜表面是由交錯排列的碳納米管形成的網(wǎng)狀孔道結(jié)構(gòu)

3、，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，孔隙率高，純水通量是普通有機中空纖維膜(Polyvinylidene Fluoride-Hollow FiberMembrane，PVDF-HFM)的2倍，且具有導電性和良好的分離性能及抗污染能力。在膜上施加電偏壓后的碳納米管中空纖維膜，相比PVDF-HFM，體現(xiàn)出更好的抗污染性能、膜分離性能以及膜再生能力，膜與污染物之間的電排斥作用增強，膜表面的濾餅層厚度變薄，二次清洗后，膜通量恢復率高達88.27％，是PVDF-HFM的

4、1.5倍。
　　不同溫度對厭氧MBR處理效果存在一定影響，當溫度分別為40℃、30℃和20℃時，COD生物去除率從88.4％下降到78.5％，再降至38.1％，而總?cè)コ史謩e為95.7％、92.7％和81.7％，說明后期的膜分離階段COD的去除率并沒有受到較大影響，膜分離后出水COD濃度始終在70mg/L以下。表明相對傳統(tǒng)的厭氧活性污泥法，厭氧MBR工藝在COD去除效果上有一定優(yōu)勢。
　　比較使用PVDF-HFM的改進前厭氧

5、MBR和改進后新型厭氧MBR，結(jié)果顯示，在反應器內(nèi)部加設圓臺形狀的內(nèi)筒取代普通UASB中的三相分離器結(jié)構(gòu)，可以提高氣體的收集效率，甲烷產(chǎn)量從281.95mL/d升高到396.12mL/d，并通過設置的一圈圓形布水孔，防止污泥顆粒進入膜分離區(qū)，減緩膜污染;分別使用PVDF-HFM、CNT-HFM及膜表面施加負偏壓的CNT-HFM的對比實驗中，膜表面施加負偏壓后COD去除中的膜分離貢獻值最高為14.9％，跨膜壓差增長速率僅為PVDF-HFM