导电型微滤膜的制备及其在电场MBR中的应用研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qianxiaojiong
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膜生物反应器(MBR)由于其诸多优点已广泛应用在解决水环境污染与缓解水资源短缺的问题上。然而MBR中存在的膜污染问题,直接影响膜通量稳定性、膜出水水质、工艺能耗与系统操控等。近年来,较多研究表明MBR中造成膜污染的大部分污染物带负电,给膜上施加负电场时能够产生一个电场排斥力,减少污染物质的附着,而其中膜的导电性能将直接影响电场控制膜污染的实际应用前景。可在一定程度上提高膜处理效能并缓解膜污染,在这些处理过程中,外加电场强度、微生物产电效率等都与膜的导电特性密切相关。然而传统滤膜普遍没有导电性,金属膜导电性能好,但是孔径较大,过滤性能差。因此,制备兼具优良导电性能及较高过滤性能的导电膜成为目前的研究热点之一。本课题以有机PVDF膜及无机陶瓷膜为基膜,对比各改性方式及改性掺杂材料,最终采用离子液体BVIMBF4掺杂导电聚合物单体吡咯进行原位氧化聚合,并对改性前后膜的性能特征和表面形貌进行了系统比较。结果表明,聚合物成功附着在基膜上,在中性及酸性条件下较稳定,改性后膜的导电性能得到显著提高,改性PVDF膜和改性陶瓷膜的方阻最低可达9.76Ω·cm和346.70Ω·cm,膜孔径和孔隙率均与基膜相当,亲水性有所提高。在外加电场作用下,对牛血清白蛋白的抗污染性能提高,对荷电金属离子也有一定的去除效果。在快速过滤测试中改性膜的通量下降较基膜慢,其中改性PVDF膜的抗污染效果较为明显,通量下降率较基膜下降率减少30%左右。为探究改性膜在电场MBR中的应用情况,考察了在电场中导电改性膜的出水处理效果,污泥性能及膜污染情况。实验结果显示,在电场改性膜系统中,当电场较小时,改性PVDF膜与改性陶瓷膜对COD、NH4+-N和TP的去除率与PVDF基膜和陶瓷基膜的差异均在4%以下,对污泥的性能分析结果表明加电改性膜系统中污泥的比阻较低,过滤阻力小,且絮体结构更为紧密。膜污染分析结果表明,改性膜在电场作用下TMP增长较慢,滤饼层造成的膜污染和膜内部的堵塞均显著降低。综上所述,一定范围内的电场强度能有效缓解膜污染,但是当电场强度过大时,系统中的污泥活性遭到破坏,造成降解污染物的稳定性降低,因此应控制电场强度的大小,同时对比PVDF膜与陶瓷膜,改性后PVDF膜的抗污染性能提升得更为明显。
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