CN107469647A - 用于mbr法处理生活污水的改性亲水性膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜及制备方法。将聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜按比例混合制得铸膜液；将铸膜液静置脱泡；将无气泡的铸膜液通过刮膜机在聚酯无纺布上刮附膜；将所得的膜在空气中静置，然后将其浸入凝固浴中得到板框式平板膜；将平板膜通过AB胶水粘附到导流板上，得到板框式平板膜元件。本发明所制得的改性EVOH膜可减少污染物在膜表面的附着以及防止污染物堵塞膜孔，有效的减缓膜污染，透水性能进一步增大。

Description

用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜及制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种平板膜及制备方法，具体地说是一种改性乙烯乙烯醇平板膜及制备方法。
背景技术
在地球上，虽然水资源很充足，占总体的71％，但是绝大部分为海水，可直接供人类饮用的淡水只占2.53％。因此，在进入后工业时代以后，随着人口的不断增长，水资源短缺和能源危机问题已经成为威胁人类文明进步发展的限制性因素。因此如何缓解水资源紧缺问题、如何合理而有效的利用能源成为社会关注的焦点。
膜生物反应器(MBR)是现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。此方法不用另外设置二次沉淀池，可以实现水利停留时间和污泥停留时间的完全分离，可以避免污泥膨胀现象的发生，具有占地面积小、处理效率高、便于自动化控制，运行操作简单的优点，以生活污水作为处理对象，出水水质很好，是目前在高浓度有机废水处理、生活污水处理、中水回用处理等领域最有前途的废水生物处理技术之一。但是膜污染限制了膜生物反应器技术的推广应用，膜污染导致通量下降快，而维持通量导致能耗的增加；膜污染问题大大影响了膜生物反应器***的稳定运行，导致膜的清洗和更换频率增高，使膜生物反应器***的运行成本增加，限制了膜生物反应器技术的推广应用。
当今用于膜污染的防治技术主要可以分为两大类：一是通过改变膜表面液体流动性能，减少凝胶层在膜表面的富集，以减轻浓差极化等可逆膜污染的形成；另一类是通过对膜自身性能的改进，提高膜表面的抗污染能力，从而减小膜表面不可逆污染的形成。而膜的改性分为膜表面改性及膜基体改性，常用的方法有，膜表面涂覆改性，膜表面接枝改性，膜表面化学改性，膜表面等离子体改性，共混改性。但这些方法都是基于已有疏水性有机膜的基础上进行亲水性改性，来活化膜表面的化学基团，达到延缓膜污染的问题，但并没有从根本上解决膜污染情况，在MBR工艺运行一段时间后，膜表面亲水性基团活性降低，膜污染情况再次加剧。直接采用亲水性材料制膜可从根本上解决膜污染问题，但一般亲水性材料的机械性能均较差，所得膜抗压能力差，易损坏。
膜材料是MBR技术中的核心部件，目前用于MBR的膜材料有中空纤维式和平板式两种，平板式膜材料的MBR相对中空纤维膜材料的MBR相比，具有更高的抗污染、膜清洗频率低、使用寿命长、单张可更换等优势。市场上平板MBR的膜材料常用的有聚偏氟乙烯、聚醚矾、聚矾、聚氯乙烯等疏水性材料，每种材料有不同的性能，而聚偏氟乙烯的性能尤为优良，聚偏氟乙烯(PVDF)是半结晶型聚合物，具有良好的力学强度、化学稳定性、耐热性、耐候性、抗紫外等性能。但疏水性膜在用于MBR中处理生活污水时易引发膜污染问题，所以选用一种亲水性膜材料至关重要。乙烯乙烯醇是己经工业化生产的亲水性膜材料，分子中同时含有疏水性的乙烯链段和亲水性的乙烯醇链段，成膜性能良好。而且EVOH聚合物有一系列不同牌号的产品，这些产品含有不同的聚合度和乙烯含量，可以满足不同的需要。目前还没有研究将EVOH膜用于MBR中处理生活污水领域。
因此，将亲水性膜材料EVOH应用到MBR中处理生活污水，起着里程碑的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水性能好，通量大的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜。本发明的目的还在于提供一种用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜的制备方法。
本发明的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜是由聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜制成。
聚偏氟乙烯与乙烯乙烯醇的共混比为1:8，两者共占铸膜液总质量分数的15％；占铸膜液2％的质量分数，二甲基亚砜占质量分数为83％。
本发明的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜的制备方法为：
(1)将聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜按比例混合，在70～90℃的温度条件下，在磁力搅拌器上搅拌12～24h后溶解制得铸膜液；
(2)将铸膜液在70～90℃水浴加热的条件下静置脱泡24～36h；
(3)将步骤(2)中所得到的无气泡的铸膜液通过刮膜机在聚酯无纺布上刮附膜；
(4)将步骤(3)中所得的膜在空气中静置20～30s，然后将其浸入温度为15～20℃的凝固浴中1～2h，得到板框式平板膜；
(5)将步骤(4)所得的平板膜通过AB胶水粘附到导流板上，得到板框式平板膜元件；
(6)将步骤(5)所得的平板膜元件在去离子水中保存。
本发明的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜的制备方法还可以包括：
1、聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜的比例混合比例为：聚偏氟乙烯与乙烯乙烯醇的共混比为1:8，两者共占铸膜液总质量分数的15％；占铸膜液2％的质量分数，二甲基亚砜占质量分数为83％。
2、刮膜机刮膜速度为1.5～2m/min，刮膜厚度为0.2mm～0.5mm。
针对MBR法处理生活污水时易引发膜污染的问题，本发明提供了一种改性亲水性平板膜及制备方法。
本发明以聚偏氟乙烯为改性剂，增大膜的机械性能；以氯化锂为成孔剂，以二甲基亚砜为溶剂。所得的平板膜上表面为乙烯乙烯醇，表面光滑、亲水性好，下表面为聚偏氟乙烯，表面粗糙，机械强度好，所得膜可达100～115N。本发明所得到的改性亲水性平板膜用于MBR膜生物反应器为内置式好氧MBR反应器，处理生活污水为人工配水，处理后的污水达到国家出水标准。
本发明的有益效果为：
1.本发明所发明的是一种应用于MBR法处理生活污水中的改性亲水性平板膜，此种膜采用的是乙烯乙烯醇(EVOH)作为主物料，相比于目前MBR中常用的疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜，EVOH膜为亲水性材料，可大幅度的增高膜的亲水性能，增大膜通量。并且EVOH膜的表面光滑，可减少污染物在膜表面的附着以及防止污染物堵塞膜孔，有效的减缓膜污染。
2.本发明中因主料EVOH的机械性能差，向其中添加了PVDF共混剂，可增大膜的机械性能、抗氧化性能。并且PVDF的引入还可增加EVOH的成孔率，使所制得的改性EVOH膜透水性能进一步增大。
3.本发明采用的是浸没相转换沉淀法，方法简单、便于推广使用，实验步骤可简化为：搅拌混合、静置脱泡、刮膜机刮膜、进入凝固浴、制作膜元件，操作简单。
附图说明
图1为MBR装置示意图；
图2为PVDF膜、EVOH膜、改性膜的膜通量、截留率、孔隙率的对比图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
实施例1
将质量分数为2％的聚偏氟乙烯、质量分数为13％的乙烯乙烯醇、质量分数为2％的氯化锂和质量分数为83％的二甲基亚砜混合，在温度为80℃的条件下搅拌溶解12h，混合均匀后制得铸膜液。将得到的铸膜液在水浴温度为80℃的条件下，静置脱泡24h。将脱泡后的铸膜液在刮膜机上以2m/min的刮膜速度，在250目的聚酯无纺布上涂覆一层厚度为0.2mm的膜。将所得膜在空气中挥发30s后，放入温度为室温(20℃)条件下的凝固浴(去离子水)中凝固24h，得到发明所用的改性膜。将上述所得膜在通过AB胶，粘附在导流板上，加压固定，得到MBR板框式改性亲水性膜。将所得板框膜置于MBR膜生物反应器中，反应装置示意图如图1所示，包括抽吸泵1、真空表2、进水泵3、板框膜4、第一曝气泵5、第二曝气泵6、排泥口7、导流板8、检测口9和溢流口10。污水从进水口进入反应池，再通过蠕动泵的负压抽吸，从膜内部将水抽出，实现水和污泥的分离效果，完成对污水的处理。在反应池中曝气强度为20L/min，水力停留时间为24h。
实施例2
将质量分数为3％的聚偏氟乙烯、质量分数为12％的乙烯乙烯醇、质量分数为2％的氯化锂和质量分数为83％的二甲基亚砜混合，在温度为60℃的条件下搅拌溶解24h，混合均匀后制得铸膜液。将得到的铸膜液在水浴温度为60℃的条件下，静置脱泡24h。将脱泡后的铸膜液在刮膜机上以1.5m/min的刮膜速度，在250目的聚酯无纺布上涂覆一层厚度为0.5mm的膜。将所得膜在空气中挥发10s后，放入温度为15℃条件下的凝固浴(去离子水)中凝固12h，得到发明所用的改性膜。将上述所得膜在通过AB胶，粘附在导流板上，加压固定，得到MBR板框式改性亲水性膜，膜的尺寸为20cm×30cm。将所得板框膜置于MBR膜生物反应器中，反应装置示意图如图1所示，污水从进水口进入反应池，再通过蠕动泵的负压抽吸，从膜内部将水抽出，实现水和污泥的分离效果，完成对污水的处理。在反应池中曝气强度为10L/min，水力停留时间为24h。
实施例3
将质量分数为5％的聚偏氟乙烯、质量分数为10％的乙烯乙烯醇、质量分数为2％的氯化锂和质量分数为83％的二甲基亚砜混合，在温度为100℃的条件下搅拌溶解8h，混合均匀后制得铸膜液。将得到的铸膜液在水浴温度为100℃的条件下，静置脱泡24h。将脱泡后的铸膜液在刮膜机上以2m/min的刮膜速度，在250目的聚酯无纺布上涂覆一层厚度为0.3mm的膜。将所得膜在空气中挥发20s后，放入温度为室温(20℃)条件下的凝固浴(去离子水)中凝固12h，得到发明所用的改性膜。将上述所得膜在通过AB胶，粘附在导流板上，加压固定，得到MBR板框式改性亲水性膜。将所得板框膜置于MBR膜生物反应器中，反应装置示意图如图1所示，污水从进水口进入反应池，再通过蠕动泵的负压抽吸，从膜内部将水抽出，实现水和污泥的分离效果，完成对污水的处理。在反应池中曝气强度为20L/min，水力停留时间为24h。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜，其特征是：由聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜制成。
2.根据权利要求1所述的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜，其特征是：聚偏氟乙烯与乙烯乙烯醇的共混比为1:8，两者共占铸膜液总质量分数的15％；占铸膜液2％的质量分数，二甲基亚砜占质量分数为83％。
3.一种用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜的制备方法，其特征是：
(1)将聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜按比例混合，在70～90℃的温度条件下，在磁力搅拌器上搅拌12～24h后溶解制得铸膜液；
(2)将铸膜液在70～90℃水浴加热的条件下静置脱泡24～36h；
(3)将步骤(2)中所得到的无气泡的铸膜液通过刮膜机在聚酯无纺布上刮附膜；
(4)将步骤(3)中所得的膜在空气中静置20～30s，然后将其浸入温度为15～20℃的凝固浴中1～2h，得到板框式平板膜；
(5)将步骤(4)所得的平板膜通过AB胶水粘附到导流板上，得到板框式平板膜元件。
4.根据权利要求3所述的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜的制备方法，其特征是聚偏氟乙烯、乙烯乙烯醇、氯化锂和溶剂二甲基亚砜的比例混合比例为：聚偏氟乙烯与乙烯乙烯醇的共混比为1:8，两者共占铸膜液总质量分数的15％；占铸膜液2％的质量分数，二甲基亚砜占质量分数为83％。
5.根据权利要求3或4所述的用于MBR法处理生活污水的改性亲水性膜的制备方法，其特征是刮膜机刮膜速度为1.5～2m/min，刮膜厚度为0.2mm～0.5mm。
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