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膜生物膜反应器(Membrane Bio film Reactor,MBfR)是将膜曝气与传统生物处理相结合的新型水污染控制技术。在MBfR系统中,膜兼具氧传递介质及微生物附着载体双重作用,其氧气传质性能、耐污染性能、生物亲和性等对系统的快速启动及稳定运行具有重要作用。目前,MBfR研究中膜主要有致密硅橡胶膜、疏水微孔膜及复合膜。其中疏水微孔膜存在供氧能力不足、耐污染性较差等问题。 本课题针对疏水微孔膜的不足,以壳聚糖(Chitosan,CS)和均苯三甲酰氯(Trimesoyl Chloride,TMC)分别为水、油两相单体,通过界面聚合法对课题组自制疏水性聚偏氟乙烯(Polyvinylidence Fluoride,PVDF)中空纤维膜进行表面改性,采用正交实验法针对水相及油相单体浓度、界面聚合时间及热处理温度等参数对复合膜性能的影响进行系统研究,以氧传质性能为主要评价指标优化表面改性条件,结果表明,TMC浓度0.35 wt%,CS浓度0.30 wt%,界面聚合时间15min,热处理温度70℃时,改性PVDF膜具有与原膜相似的机械强度;其氧气传质特性显著优于原膜,氧总转移系数(KLa)自原膜的6.16×10-3 min-1提高至1.13×10-2 min-1,为原膜的1.8倍;此外膜表面静态接触角及形貌监测结果表明,改性PVDF膜表面亲水性提高(接触角自原膜69.8°降至39.9°),粗糙度增加(均方根粗糙度自原膜的69.2 nm提高至79.5 nm)。 选取牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)、腐殖酸(Humic Acid,HA)、海藻酸钠(Sodium Alginate,SA)为有机污染物,考察原膜及表面改性膜的抗污染性能。其中BSA耐污染性实验探讨了不同pH值对改性前后PVDF膜膜污染的影响。结果表明,在不同pH值下,改性膜的BSA吸附量均小于原膜,两种膜BSA吸附量的总趋势均为等电点偏酸侧大于等电点偏碱测,pH为4.7时出现BSA吸附量最大值。综合比较pH7.0时三种污染物对原膜和表面改性膜膜污染的状况,结果表明,改性膜的BSA、HA、SA吸附量均低于原膜,分别为原膜的58.6%、56.1%及96.0%,进一步的氧传质实验结果表明三种有机物污染后,改性膜的氧总转移系数衰减率分别为14.4%、15.5%及21.1%,均低于原膜(分别为23.8%、26.8%及38.9%),显示表面改性膜具有良好的抗污染性能。 选取污水处理系统中常见微生物枯草芽孢杆菌为指示生物,通过考察其在改性前后PVDF膜上的附着情况,评估两种膜的生物亲和性。结果表明,枯草芽孢杆菌在原膜和改性膜上的最终附着量分别为2.06×107 cfu/cm2和2.82×107 cfu/cm2,说明改性PVDF膜比原膜具有更加优异的生物亲和性。