【摘要】： 隨著膜技術及膜工藝的發(fā)展,膜材料成本的降低,膜分離技術與其它廢水處理技術的組合工藝受到水處理界的廣泛關注。但膜抗污染性能差、壽命短導致成本高、膜反應器型式單一等問題,阻礙了膜技術在廢水處理中的大規(guī)模應用。本文以拓展膜技術在廢水處理中的應用潛力及范圍為目的,選用性能優(yōu)越的有機膜材料-聚醚砜(PES),對溶液相轉(zhuǎn)化制備PES微孔膜過程中各工藝條件對成膜結構及性能的影響進行系統(tǒng)研究,制備出性能優(yōu)良、結構可控的均質(zhì)PES平板微孔膜和PES平板復合膜。對一體式中空纖維膜生物反應器(SH-MBR)、一體式平板膜生物反應器(SF-MBR)、一體式轉(zhuǎn)盤膜生物反應器(SR-MBR)的污水處理效果和抗污染性能進行了研究;將膜分離技術引入光催化反應器構建一體式膜分離-光催化反應器,并對其可行性進行了考察;將膜分離技術與催化臭氧氧化技術結合起來進行洗車場廢水處理回用的中試研究。得到主要結果如下: (1)聚合物濃度、添加劑種類和含量對PES均質(zhì)膜結構和性能有很大的影響。制膜液中聚合物濃度增大,膜的厚度增大,孔隙率降低,膜中指狀大孔結構減少,海綿狀孔結構增加。添加劑PVP含量0-10%時,起到致孔的作用;PVP含量提高至10%以上時,膜中指狀孔消失,孔徑減小,隨著PVP含量增加,膜的親水性提高。非溶劑水的加入,使膜厚度及孔隙率變小,膜孔徑增大,水通量增大。TiO2的加入提高了膜的強度、水通量及抗污染性能。在以上制膜規(guī)律的基礎上,得出制備性能良好的PES微孔膜的工藝條件如下:PES濃度:11-15wt%,PVP添加劑:5-10wt%,水添加劑:3-5wt%,納米TiO2:0.3-0.5wt%,凝固浴為水,凝固浴溫度:30oC左右,鑄膜液的溫度:30oC左右。在此工藝條件下可制備出表面孔徑0.5-2μm,孔隙率為80%左右,水通量為400-600L/m2. h的PES平板均質(zhì)膜。 (2)在制備PES均質(zhì)膜工藝條件的基礎上成功制備了PES/無紡布平板復合膜,并考察了制膜也組成、工藝條件對膜結構和性能的影響,結果表明:聚合物濃度、添加劑種類和含量、PES/SPES共混比例、SPES磺化度對PES/聚酯無紡布平板復合膜的結構和性能也有較大的影響。一定量SPES的加入有利于膜水通量和親水性的提高,SPES磺化度提高,膜的親水性有所改善,但是水通量下降。研究得出制備性能良好的PES復合膜的工藝條件如下:PES/SPES=80/20(wt),SPES磺化度5.2%,聚合物濃度10-13%,添加劑PVP含量3-8%,添加劑非溶劑水含量6%左右,納米TiO2的加入量0.3-0.5wt%,凝固浴溫度30oC。在可控條件下制備出高強度的PES/聚酯無紡布平板復合膜,水通量250-1400L/m2. h,親水性良好。 (3)將PES平板復合膜用于SF-MBR和SR-MBR,并對SH-MBR、SF-MBR、SR-MBR的污水處理效果和抗污染性能進行了考察。三種膜生物反應器出水水質(zhì)好,COD去除率均90%。SH-MBR工藝及SF-MBR工藝的最佳組合操作條件相同為:TMP=20kPa,抽/停8min/2min。PES平板復合膜用于MBR處理污水能達到與商業(yè)化生產(chǎn)的聚丙烯中空纖維膜相同的分離效果,且其水通量比PP中空纖維膜更穩(wěn)定。對SR-MBR的研究發(fā)現(xiàn),膜組件轉(zhuǎn)動產(chǎn)生膜面流速可有效防止可逆污染的發(fā)生。在一定范圍內(nèi)增大膜組件轉(zhuǎn)速、氣水比及周期內(nèi)停抽時間可有效改善SR-MBR的抗污染性能。SR-MBR工藝的最佳組合操作條件為:轉(zhuǎn)速25r/min,TMP=25kPa,抽/停9min/1min,氣水比15:1。SR-MBR可長期穩(wěn)定運行,其穩(wěn)定通量高達61 L/m2.h ,是SH-MBR,SF-MBR穩(wěn)定通量的6倍左右。 (4) PVDF平板復合膜具有較強的抗紫外輻射性能,適合用于光催化-膜分離反應器。浸漬法制備的負載TiO2的活性碳(TiO2/AC)表現(xiàn)出比TiO2, TiO2-AC更好的光催化活性和防止膜污染性能。光催化-膜分離反應器中,膜不僅能有效分離光催化劑,還可在一定程度上實現(xiàn)對待降解產(chǎn)物的截留,促使其在反應系統(tǒng)中進一步降解,保證出水水質(zhì)。用光催化-膜分離反應器降解水溶液中苯酚時,膜對苯酚的平均截留率為19.3%,對COD的平均截留率為18.7%。光催化-膜分離反應器具有傳統(tǒng)的懸浮光催化體系和固定薄膜式光催化體系都不具備的優(yōu)點,用于有機廢水的處理是可行的。 (5) TiO2/AC催化臭氧氧化降解有機物COD的能力明顯優(yōu)于單獨臭氧氧化和AC催化臭氧氧化,TiO2/AC作催化劑能明顯提高臭氧的利用效率。膜分離-催化臭氧氧化組合工藝用于洗車場廢水處理的中試研究,結果表明:系統(tǒng)出水水質(zhì)好,符合生活雜用水標準,處理量30t/d的洗車場廢水處理回用工程噸水造價為2315元,噸水運行費用為0.97元/噸,低于目前的商業(yè)用水水費,環(huán)境和經(jīng)濟效益佳,具有廣闊的應用前景。
【圖文】：

4圖 1.1 膜分離過程示意圖1.1.2.2 膜的分類膜的種類和功能繁多，根據(jù)不同的目的可以將膜按不同的標準進行分類，常用膜的分類可用圖 1.2 表示。其中按膜孔徑的不同將膜分成用于微濾和超濾的多孔膜和用于氣體分離和全蒸發(fā)的致密無孔膜，多孔膜和致密無孔膜的結構示意圖如圖 1.3 所示。這種分類方法清楚地表明了結構形態(tài)、傳遞特點及應用的差異。多孔膜的分離特性主要取決于孔的大小，而無孔膜的分離性能主要取決于膜材料固有特性。因此這兩類膜對聚合物材料的要求是不一樣的。對于多孔膜，選擇膜材料時主要考慮加工要求（膜制備）、耐污染的能力及膜的化學和熱穩(wěn)定性；而對于致密膜，材料的選擇直接決定了膜的性能（選擇性和通量）。多孔膜按膜孔徑的大小，一般包括微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜、反滲透(RO)膜。由于微粒尺寸、分子或膠體的結構形狀以及膜和被截留組分之間的相互作用對膜的分類排列有著重要的影響，這使得膜劃分界限的明確程度有所差異，因此各種工藝過程的使用在很大程度上部分重疊，，明確的劃分只是相對而言的。圖 1.2 膜的分類

圖 1.1 膜分離過程示意圖的分類類和功能繁多，根據(jù)不同的目的可以將膜按不同的標準進行分用圖 1.2 表示。其中按膜孔徑的不同將膜分成用于微濾和超濾的離和全蒸發(fā)的致密無孔膜，多孔膜和致密無孔膜的結構示意圖如圖方法清楚地表明了結構形態(tài)、傳遞特點及應用的差異。多孔膜的孔的大小，而無孔膜的分離性能主要取決于膜材料固有特性。因材料的要求是不一樣的。對于多孔膜，選擇膜材料時主要考慮加污染的能力及膜的化學和熱穩(wěn)定性；而對于致密膜，材料的選能（選擇性和通量）。膜按膜孔徑的大小，一般包括微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(N。由于微粒尺寸、分子或膠體的結構形狀以及膜和被截留組分之分類排列有著重要的影響，這使得膜劃分界限的明確程度有所差程的使用在很大程度上部分重疊，明確的劃分只是相對而言的。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 張芳;微藻油脂合成調(diào)控及膜分散原位萃取研究[D];浙江大學;2011年

本文編號：2706249