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膜生物反应器(MBR)技术由于膜分离与生物降解的耦合作用,具有容积负荷高、出水水质好、占地面积小、剩余污泥量少等优点,在城市生活污水、工业废水的处理与回用领域得到广泛的应用。膜生物反应器在进一步推广中存在一些制约因素,其主要瓶颈是膜污染。严重的膜污染导致膜阻力增大及膜通量下降,需要加大曝气量、频繁清洗,造成能耗提高、膜寿命缩短,加大了污水处理成本。本研究利用强亲水性的纳米氧化石墨烯(GO)与强杀菌性的纳米氧化亚铜颗粒(Cu20)作为添加剂,通过与聚偏氟乙烯(PVDF)膜材料共混改性,制备兼具亲水性和抗菌性的双重抗污染性能的有机/无机复合膜。本研究包括：(1)利用改进的Hummers法制备出GO纳米片层,通过对其分析发现GO的主体结构为单层石墨分子或几个单片层的叠加,厚度约为1nm,平面直径约为1-9μm,其表面和边缘分布有大量的含氧官能团,包括C=O、-COOH、C-OH等亲水基团,表面O/C达到38.97%,GO接触角仅有21.6°,具有极强的亲水性。将其作为亲水添加剂,可以显著改变复合膜内部的孔结构和表面的亲水性,GO在相转化过程中可以提高溶剂与非溶剂的交换速率,有利于形成低阻力的指状孔膜结构,提高复合膜的渗透率；复合膜表面亲水性的改善,可以降低膜表面污染物质的吸附和沉积,因此减轻了复合膜的不可逆污染,其较高的通量恢复率(FRR)、缓慢的通量衰减速率、较低的可逆与不可逆污染阻力,均说明复合膜的抗污染性能显著增强。利用GO作为亲水添加剂,复合膜属于典型的超滤膜范畴,因其需要较高压力推动(0.1MPa),无法应用于低压运行的MBR中,因此需加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为造孔剂。(2)利用田口方法(Taguchi method)优化了PVDF/GO复合微滤膜的制备条件：PVDF浓度(12wt%)、溶剂类型(DMAC)、GO浓度(3wt%)和PVP浓度(5wt%),在该条件下制备的复合膜具有最佳的抗污染性能。以优化的制备条件为基础,制备PVDF/GO复合微滤膜,并将其应用于MBR系统中,通过与未改性的PVDF膜作对比,进行长期应用研究,实验结果表明复合膜与PVDF膜对污染物的去除效果相近,复合膜(GO=3wt%)仅进行了一次清洗,其清洗周期是PVDF的4倍；随着GO加入量的提高,复合膜表面的滤饼层变的疏松,厚度也变薄,甚至露出了部分膜表面(GO=3wt%),保证了复合膜稳定的渗透率；由于提高了表面亲水性,复合膜表面的胞外聚合物(EPS)浓度,尤其是疏松型胞外聚合物(LB-EPS)的浓度明显减少,其抗污染性能显著提高。(3)利用GO亲水性和纳米Cu20颗粒抑菌性的原理,制备兼具亲水性与抗菌性的PVDF/Cu2O/GO超滤复合膜。研究发现由于Cu20发生团聚现象,使复合膜形成了褶皱形式的表面形貌；同时GO和Cu20的亲水性作用,使复合膜形成了指状孔发达、海绵状孔相互连通的膜孔结构,提高了复合膜的渗透率。复合膜(Cu2O/GO=5)中的铜系化合物以Cu20纳米颗粒为主(79.33%),因此复合膜具有极强的抗菌性能,其膜面抑菌率高达95.65%。添加GO与Cu20对提高PVDF膜的抗污染性能具有重要作用,虽然复合膜的表面由于其褶皱形貌,易于形成滤饼层,造成通量衰减,但其污染过程主要由于可逆污染造成,通过水力剪切或反冲即可恢复通量,复合膜的抗污染性能,尤其是抗不可逆污染过程的能力得到了显著提升。