【摘要】：膜生物反應器(MBR)是近些年發(fā)展起來的一種新型污廢水處理技術,其將傳統(tǒng)的生物法與膜技術高效地結合在一起,具有顯著的處理優(yōu)勢。但是在MBR中存在的一系列膜污染問題,制約了MBR的廣泛應用。聚偏氟乙烯(PVDF)膜是MBR中應用最為廣泛的膜材料。但是由于其較差的親水性和較低的表面能,使得PVDF膜在MBR中極易形成吸附性污染和濾餅層污染,嚴重縮短了膜的使用壽命,增加了運行成本。為此本課題采用等離子體技術將甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)接枝到PVDF膜表面,得到等離子體改性膜(PVDF-g-PDMAEMA),然后使其與3-溴丙酸(3-BPA)發(fā)生季銨化反應,最終得到了兩性離子化改性膜(PVDF-g-PCBMA),并對其抗污染性能和實際應用展開系統(tǒng)的研究。等離子體改性工藝的研究表明,當?shù)入x子體的接枝功率為15W,接枝時間為90s時是等離子體反應的最佳條件,此時接枝率最大。對改性膜進行表面特性表征,傅里葉紅外光譜圖證明在PVDF-g-PCBMA膜表面接枝上了叔胺基團(-N(CH_3)_3)和羧酸基團(-COOH),二者是兩性離子的主要組成基團;掃描電子顯微鏡圖像表明PVDF-g-PCBMA膜的孔骨架表面形成了更為光滑的接枝層;水接觸角分析表明,相比于原PVDF膜,PVDF-g-PCBMA膜的接觸角從88.3°降至39.0°,親水性得到了較大的提高。通過靜態(tài)吸附和動態(tài)過濾實驗考察了改性膜對標準膜污染物質牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸鈉(SA)的抗污染性能。靜態(tài)吸附實驗研究表明,PVDF-g-PCBMA膜的BSA、SA吸附率分別為25.2%、14.4%,比原膜分別降低了59.8%、49.3%,說明PVDF-g-PCBMA膜抗BSA和SA吸附的能力顯著提高;動態(tài)過濾實驗研究表明,過濾BSA溶液時,PVDF-g-PCBMA膜比原膜的通量衰減率低24.6%,比原膜的通量恢復率、截留率分別高46%和2.8%,說明PVDF-g-PCBMA膜具有更好的抗污染性能。為了研究改性膜在MBR中的抗污染性能,主要考察其對MBR中關鍵膜污染物質溶解性微生物產物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的抗污染特性,研究表明表面兩性離子化改性增大了膜清洗后的通量恢復率,降低了其對SMP、EPS中蛋白質和多糖的吸附效率,減少了SMP、EPS中蛋白質、多糖在膜表面的吸附沉積;根據XDLVO理論的計算分析表明,改性膜對SMP和EPS吸附產生的能量壁壘遠遠高于原膜,且改性膜表面與SMP和EPS之間的關系能一直以排斥能的形式存在,證明了在MBR中,改性膜擁有更好的抗污染能力。綜上所述,原PVDF膜經過兩性離子表面改性后,PVDF-g-PCBMA膜在過濾污染物質時的通量衰減變得緩慢,物理、化學清洗后的清水通量恢復率顯著增大,抗SMP、EPS的污染能力明顯提高,證明了PVDF-g-PCBMA膜具有更優(yōu)異的抗污染能力。
【圖文】：

設備名稱 型號 生產廠家波清洗器 KQ-250DE 昆山市超聲儀器鼓風干燥箱 DHG-9140A 上海一恒科學儀器子天平 ME204E 上海一恒科學儀器抽濾裝置 500ml 鹽城鼎和信實驗器化培養(yǎng)箱 LRH-150 上海一恒科學儀器震蕩水槽 DKZ 上海一恒科學儀器見分光光度計 TU-1810 北京普析通用儀器有離心機 TDL-40B 上海安亭科學真空泵 A-1000S 上海愛郎儀器有角測量儀 SDC-100 東莞市晟鼎精密儀紅外光譜儀 Nicolet 380 美國熱電公描電子顯微鏡 MERLIN Compact Zeiss 公司實驗裝置體接枝改性的整個過程，在如圖 2-1 所示的反應裝置中

圖 2-2 過濾實驗裝置圖的測定分析方法質含量的測定蛋白標準曲線制標準牛血清蛋白（BSA）溶液：在天平上準確無誤地稱內用玻璃棒攪拌溶解，燒杯內殘余的 BSA 每次用少量蒸入容量瓶定容至 1000ml，振蕩搖勻，即配成了 1.0g/L 的準 BSA 溶液濃度梯度的配制：6 支容積相同的試管配成不同濃度梯度的溶液，其中 1白對照，溶液配比如表 2-3 所示。用分析天平稱量 2g 碳酸鈉，0.4g 氫氧化鈉和 0.1g 酒石蒸餾水溶解后再定容至 100mL，，為甲液；取 0.5g 無水硫容至 100mL，為乙液；取甲液和乙液，以 50：1 的比例
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

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本文編號：2709229