聚砜/磺化聚砜共混超滤膜的制备及用于海水养殖废水处理的实验研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leoki111
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目前,随着人们对海产品需求的不断增加,海水工厂化养殖得到迅速发展。养殖废水处理迫在眉睫。海水的盐度效应,增大了传统的生化法处理养殖废水的难度。如在传统活性污泥法中(CAS),盐度效应会破坏微生物细胞,导致细菌作用减弱,对化学需氧量(COD)和氨氮的去除率降低。聚砜(PS)是一类机械强度、化学性质和耐热性能优良的聚合物膜材料,同时也是疏水性材料,这种疏水性膜材料制成的超滤膜通量较低,限制了其在实际水处理中的应用。针对上述问题,本文从提高PS亲水性能出发,制备出既具有亲水性又具有良好截留性能的超滤膜,并初步探讨了其对海水养殖废水的分离性能。首先利用聚砜(PS)制备亲水性物质磺化聚砜(SPS);然后利用浸入相转化法制备了PS/SPS共混超滤膜,讨论了不同PS/SPS比例制得的超滤膜亲水性能和膜形态,测试了不同超滤膜的腐殖酸(HA)分离性能,考察了热处理对膜结构和性能的影响;最后探讨了最优性能的PS/SPS共混超滤膜对海水养殖废水中主要污染物的分离性能,并与未改性的PS超滤膜和商品PS超滤膜对海水养殖废水的处理效果进行了对比分析。主要实验结果如下:1.以PS为原料、三氯甲烷为溶剂、氯磺酸为磺化剂制备磺化聚砜。对产物的红外谱图及热重曲线进行了分析,结果表明,磺酸基团成功引入到PS分子链中。通过滴定法测得产物的磺化度为0.3,离子交换容量为0.64 meq/g。2.利用浸入沉淀相转化法成功制备PS/SPS共混超滤膜。随着SPS含量增多,膜指状孔结构逐渐变粗大。结果显示,PS/SPS比例为85%/15%的共混超滤膜性质最优,分离性能较好。该膜接触角为67.21。,比未改性的PS超滤膜降低10.07%;其吸水率由未改性PS超滤膜的14.41%,增加到为49.5%;孔隙率为73.14%,比未改性PS超滤膜增加37.74%。共混超滤膜通量为116.55 L/m2h,高出未改性PS超滤膜76.94%,截留率基本不变。该膜经85℃水浴热处理后,其红外谱图和XPS谱图显示:高温下磺酸基团发生交联反应,热处理对膜结构产生影响,膜指状孔结构变细。热处理后共混超滤膜的分离性能实验结果表明,HA通量下降15.67%,截留率基本不变,热处理对共混超滤膜的截留性能影响较小。3.实验考察了未改性的PS超滤膜、PS/SPS比例为85%/15%的共混超滤膜、商品PS超滤膜对海水养殖废水的处理效果。结果表明,PS/SPS组成比例为85%/15%的共混超滤膜效果最好。设备运行稳定后,膜通量为163.18 L/m2h,分别高出了未改性的PS超滤膜、商品PS超滤膜136%和18.79%。原水COD 4.03mg/L的海水养殖废水,处理后出水COD值为1.63 mg/L, COD去除率60%,与其它两种膜的COD去除率基本相似。该膜分离后的海水养殖废水COD达到《海水水质标准》(GB3097-1997)中养殖用水的要求(<3 mg/L)。三类膜出水氨氮含量约为0.8 mg/L,未符合《渔业水质标准》(GB11607-89)要求(<0.5 mg/L),因此经膜处理后的养殖废水需进一步进行臭氧氧化等方法去除氨氮。
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