聚醚砜/聚丙烯腈共混膜的制备及其在MBR中抗污染性能的研究

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本文以聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)为膜材料、氯化锂和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,由浸入沉淀相转化法制膜。初步探讨了不同PES、PAN和添加剂含量对膜强度、伸长率和制膜液粘度的影响。通过膜孔径、孔隙率、纯水通量、BSA截留率的测定,扫描电镜(SEM)的分析,研究制膜过程的主要因素对膜结构和性能的影响。根据正交实验结果分析,得到较佳的PES/PAN膜制备方案为:PES/PAN(质量比)为8:2,总质量分数为16%,添加剂为LiCl和PVP,LiCl/PVP(质量比)为2:8,总质量分数为8%。制得的PES/PAN共混膜在0.2MPa操作条件下,纯水通量为302.57L·m-2·h-1,比相同条件下不加PAN的PES膜高近1倍,BSA截留率为86.4%,变化不大。本实验用印染废水取自上海某旗蓬厂的实际废水,将PES/PAN共混膜用于膜生物反应器(MBR)中处理该印染废水。在正交实验的基础上,进一步探讨各个制膜因素对膜通量和MBR出水水质的影响,得到最佳制膜方案,使所制膜处理的MBR出水水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T 18920-2002)中最优标准的条件下,膜通量尽可能最大。PES/PAN共混膜的制膜方案为:PES/PAN(质量比)为8:2,总质量分数为15%,添加剂为LiCl和PVP,LiCl/PVP(质量比)为2:8,总质量分数为10%,铸膜液温度为40℃,蒸发时间为90s,凝固浴为质量分数5%的DMAc溶液,凝固浴温度为40℃,凝固浴中停留时间为5min。在0.2MPa操作条件下,上述条件所制PES/PAN膜的纯水通量为505.89 L·m-2·h-1,其纯水通量比自制PES膜高近1倍,比商品PES超滤膜高近2倍。PES/PAN膜对曝气池中废水CODcr、浊度、色度的去除率分别为71.8%、80.6%、78.6%,略低于PES膜,基本保证出水水质达到回用标准的条件下能达到最大水通量,有实际应用价值。在25℃,90KPa操作条件下,在MBR中分别用PES/PAN共混膜、自制PES膜和商品PES膜连续运行24h,可知PES/PAN膜通量普遍比PES膜高,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜单位时间内膜通量的变化分别为0.2559L·m-2·h-1·min-1、0.3366L·m-2·h-1·min-1、0.3539 L·m-2·h-1·min-1,PES/PAN通量衰减速率最慢,抗污染性优于PES膜。三种膜在MBR中连续运行15d后,取出污染的膜,经过化学清洗后,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜纯水通量恢复率分别为83.75%、63.58%、61.32%,PES/PAN膜通量恢复率最大,抗污染性优于PES膜。在MBR中连续运行24小时后,通过扫描电镜照片分析,PES膜比PES/PAN膜污染严重,PES/PAN膜的抗污染性能提高了,使用周期更长,有实际应用价值。
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