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作为新型高效的污水处理技术,膜生物反应器(MBR)已受到越来越多地关注,但较高的成本费用依然是阻碍其广泛应用的主要问题之一。国内对MBR研究的起步较晚,国产膜的品种较少,这些因素限制了MBR在国内的推广应用。聚乙烯醇缩丁醛(PVB)是聚乙烯醇与丁醛的缩合产物,实验发现它有着良好的成膜特性。本文在国内首次将PVB作为制膜材料,通过浸没沉淀相转化法制备了不对称超滤膜,研究了它的制备及在MBR处理生活污水的应用,以期为扩宽国产膜品种做出探索性试验。
本文首先对PVB与聚醚砜(PES)的亲水性做了比较研究,结果发现PVB有着一定的亲水性,但与PES相比并不突出,总体来说PVB的亲/疏水性适中。
通过对PVB超滤膜结构与性能相关性的研究发现,膜表面结构特征是其性能的控制因素,于是分别从铸膜液平衡热力学和成膜过程扩散动力学角度,讨论了不同溶剂时PVB膜表面的结构形态。结果发现,在这两种因素中并不存在某一种控制因素,PVB膜表面结构的形成是这两种因素相互结合共同作用的结果。
在此基础上,论文详细研究了各种制膜参数对PVB膜结构与性能的影响。比如,PVB浓度、制膜间隙以及凝胶浴温度的增加均分别降低了膜的通量,而增加铸膜液中水含量则提高了膜的通量;添加剂乙酸或聚乙烯醇吡咯烷酮(PVP)含量的增加分别使得膜通量先增加后减小;而添加剂聚乙二醇(PEG)分子量的增加则使得膜通量先减小后增加。
为了MBR的应用本文随后对PVB膜孔径进行了放大,制备出P-PVB与B-PVB膜。考察了清洗方式对P-PVB-MBR系统中膜通量的恢复情况,结果发现,针对P-PVB膜,相对最为适合的清洗方式为在线清洗;研究了B-PVB膜过滤活性污泥混合液过程中膜污染的阻力分布,结果表明,沉积层阻力是膜污染的主要组成部分,占了总阻力的70%以上;B-PVB-MBR系统在进水水质差异很大且操作条件升高时表现出良好的抗冲击负荷能力,在近60天的运行期间,系统抽吸压力稳定、出水水质良好。
本文还研究了PVB/PES的共混相容性及其对共混膜性能的影响。研究发现,这两种聚合物属完全不相容体系;加上成膜过程中水对这两种聚合物的凝胶能力相近,其结果共同导致了共混膜形成了特殊的表面结构;论文对这种特殊的表面结构的形成做了相应的解释。
论文最后采用γ-射线液相共辐照接枝甲基丙烯酸甲酯,对PVB膜进行了初步的改性研究。随着接枝单体浓度的增加,膜表面水接触角可由64.0°降至44.3°,膜静态污染度由68.2%降至62.0%,表明PVB膜表面亲水性因接枝改性得到了较为明显的改善。