导电膜制备及MFC/MBR耦合系统处理高盐废水性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mscdd5354
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导电膜在水处理技术领域发挥了抗污染、能量回收、选择性调控等功效,高效导电膜反应器的开发是推动导电膜向产业化实际应用领域发展的重中之重,实现导电膜水处理技术进一步突破的关键在于膜的高导电高稳定性。本论文研究的MWCNTs/PVDF导电膜实现了导电功能层在商用PVDF平板膜上的稳定负载,将导电膜耦合MFC/MBR系统能够在高盐环境下稳定运行,在MFC产生的微电场作用下,膜污染状况得到缓解。该耦合系统为导电膜科学、环保、高效地处理高盐废水提供了新的思路,具有良好的应用前景。本研究基于羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH),添加交联聚合物聚乙烯醇,改善碳纳米管分散性以构造分布均匀的导电功能层,通过真空抽滤制备MWCNTs/PVDF导电膜。通过场发射扫描电子显微(FESEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析导电膜表面形貌及化学变化。考察交联聚合物及交联时间对导电膜稳定性、亲水性、导电性等膜性能的影响。结果表明,改性后MWCNTs/PVDF导电膜纯水接触角由87°降至25°;导电膜导电功能层在30min超声振荡实验中平均质量损失率为1.22%,质量损失低至10-4g,稳定性优异;改性后MWCNTs/PVDF导电膜平均导电率为1.15 S·cm-1,导电性能良好。搭建电辅助膜过滤装置,对酵母悬浮液、牛血清蛋白溶液、聚丙烯酰胺溶液以及活性污泥进行电辅助抗膜污染实验,探究导电膜在不同外电场条件下的运行性能。结果表明,在膜表面施加阴极电势条件下,MWCNTs/PVDF导电膜对于不同粒径及性质的污染物质均表现出了良好的过滤性能与抗污染性能。采用滤饼层模型及孔堵塞模型对导电膜在电辅助过滤污染物溶液过程中的膜污染机理进行分析,曲线拟合结果与拟合斜率值均表明外加电场对于滤饼层的形成以及膜孔堵塞起到改善作用,电辅助条件下导电膜具备优异的抗膜污染性能。将MWCNTs/PVDF导电膜作为阴极膜应用于新型折流板式MFC/MBR耦合系统中处理高盐废水。耦合系统实现了嗜盐产电微生物的良好生长,在实际运行过程中对COD去除率达90%,对氨氮平均去除率大于95%。在500Ω的外接电阻下,耦合系统产电电压达0.36 V,系统产电能力良好;系统运行期间产生的最大功率密度为76.74 m W·m-2。通过三维荧光及红外光谱分析得知,导电膜耦合MFC/MBR系统在减缓膜污染方面取得一定效果。
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