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膜生物膜反应器工艺(membrane biofilm reactor,MBfR)是以传统生物处理工艺为基础,辅以膜曝气技术的一项新型微生物污废水处理技术。在MBfR中,膜材料作为微生物的附着载体同时发挥着氧气的传输通道与传质介质的作用,因此作为MBfR工艺核心要素的膜材料对系统的快速启动及稳定运行具有关键的作用。MBfR工艺常用的三大膜材料包括疏水性微孔膜、致密膜和复合膜。其中复合膜综合了致密膜曝气压力高以及疏水性微孔膜气体通量大的优势,其研发成为MBfR领域的研究热点之一。由于目前适用于MBfR系统专业化商品膜仍十分稀缺,限制了 MBfR技术的工业发展与广泛应用。本论文针对疏水性PVDF中空纤维膜供氧能力不足、生物亲和性能较差等问题,在前期研究的基础上,采用界面聚合法和自聚合法分别对自制的疏水性PVDF中空纤维膜表面改性,制备适用于MBfR技术的改性疏水中空纤维复合膜(PVDF/TMC-CS复合膜与PVDF/DOPA复合膜)。两种复合膜较于原膜,机械强度相似;氧传质性能明显提高,其中PVDF/DOPA复合膜的KLa由0.85×10-2min-1 提高至1.69×10-2min-1,PVDF/TMC-CS 复合膜提升到1.24×10-2min-1,膜材料的氧气传质性能得到优化。PVDF/DOPA、PVDF/TMC-CS复合膜接触角分别由原膜的72.3°降至为32.8°、35.7°,膜表面的亲水性得到一定的提高。结果表明,实验获得了满足MBfR工艺要求的膜材料。论文选取混合微生物体系究微生物在原膜和改性膜表面上的黏附生长情况,评价三种膜材料生物亲和性的差异:并对三种膜材料表面生物膜的MBfR有机物及氨氮处理特性进行初步研究。结果表明,与原膜相比,PVDF/DOPA复合膜在微生物附着生长实验后其上生长的微生物厚度最高,为25 μm;微生物膜优先成熟且其上附着的微生物数量较多,表明PVDF/DOPA复合膜更易被微生物附着生长,生物亲和性最高:同时PVDF/DOPA复合膜附着微生物后表现出对废水的抗冲击负荷能力明显优于另两种膜材料,对TOC和NH4+-N的平均去除效率可保持在93.48%、84.74%,表明了 PVDF/DOPA复合膜上微生物附着量及生物膜的稳定性都较高;PVDF/TMC-CS复合膜的微生物附着及废水处理能力较低,具体原因需进一步研究。选取胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)研究 EPS 中不同亲疏水性有机物对膜材料的污染贡献。实验采用树脂分级操作将EPS分为疏水酸(hydrophobic acids,HOA),疏水碱(hydrophobic bases,HOB),疏水中性物质(hydrophobic neutrals,HON)以及亲水性物质(hydrophilic substances,HIS)。选择四种有机物组分进行静态膜污染实验,以膜材料基本性能与氧传质性能作为评价标准。实验表明,四组分有机物使PVDF原膜的氧总转移系数(KLa)下降衰减最为明显,HIS在PVDF原膜膜污染中起主导地位,其使PVDF原膜KLa衰减了 52.5%。对于两种复合膜材料中,疏水酸性组分HOA在膜污染中起主导作用,HOA在膜材料上的吸附,使PVDF原膜、PVDF/TMC-CS复合膜和PVDF/DOPA复合膜的KLa下降了 41.9%、24.1%、38.6%。但与经HIS污染后的PVDF原膜相比,PVDF/TMC-CS复合膜、PVDF/DOPA复合膜的KLa仍是其1.91、2.00 倍。