次氯酸钠清洗条件对PVDF微滤膜结构的损伤和性能的影响

第35卷第3期2015年6月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHN0L0GYVo1．35No．3Jun2015次氯酸钠清洗条件对PVDF微滤膜结构的损伤和性能的影响冯昆鹏，袁博，杨慎思，曾国倩，王新华，李秀芬(江南大学环境与土木工程学院，无锡214122)摘要：为了了解次氯酸钠清洗对聚偏氟乙烯(PVDF)膜结构的损伤和性能的影响，借助正交试验和层次分析模型分析评价清洗条件对PVDF膜性能的影响，并对清洗过程中PVDF膜面变红的现象进行探讨．正交试验选择了清洗浓度、清洗时间和pH3个清洗条件．结果表明，次氯酸钠的pH对PVDF膜的平均孔径和比通量影响最大，清洗时间对接触角的影响最大，而次氯酸钠浓度对洗脱液的总有机碳(TOC)影响最大．借助层次分析模型获得了正交试验范围内对PVDF膜性能损伤最小的清洗条件为：清洗液中次氯酸钠质量分数0．19／5，清洗时间25h和pH=9．次氯酸钠清洗过程中，PVDF膜面颜色变红只与pH有关，而与次氯酸钠浓度无关，这主要是由于高的pH会造成添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的溶解和PVDF结构的变化．关键词：次氯酸钠；膜损伤；聚偏氟乙烯；正交试验；层次分析中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：l007—8924(2015)03—0051—06doi：10．16159／i．enki．issnl007—8924．2015．03．008膜生物反应器(membranebioreactor，MBR)具有占地面积小、出水水质好、自动化程度高等优点，已经被广泛应用于城镇生活污水和工业废水处理l1]．然而，MBR所特有的膜污染已经严重影响了工艺的运行稳定性和经济性，成为限制MBR进一步推广的瓶颈[2]．在MBR实际运行过程中，化学清洗是缓解膜污染和恢复膜过滤性能的主要手段之一[31．次氯酸钠对有机污染物有良好的清洗效果，是化学清洗中的一种重要清洗剂，在MBR工程中被广泛应用[4]．虽然次氯酸钠清洗效果良好，但是长期使用次氯酸钠清洗会导致膜的理化性质发生变化，从而影响膜的性能[5]．有研究表明，在次氯酸钠清洗强度相同的情况下，低浓度长时间的清洗与高浓度短时间的清洗相比，前者对膜的理化性质影响更大[6]．然而，目前关于次氯酸钠化学清洗对MBR中微滤和超滤膜结构的损伤和性能影响的报道还较少，并且缺少综合考察次氯酸钠浓度、清洗时间和pH等因素对膜性能影响的报道。因此，本研究以MBR工程中常用的聚偏氟乙烯(PVDF)材质的微滤膜为研究对象，借助正交试验系统分析次氯酸钠浓度、清洗时间以及pH对膜结构的损伤和性能的影响，并通过层次分析模型获得对膜结构的损伤和性能影响最小的清洗组合，为今后MBR工程的次氯酸钠化学清洗提供参考．1材料与方法1．1试验材料和装置1．1．1试验材料试验选用的板式微滤膜为PVDF材质，平均孔径为0．1m，孔隙率为8O，膜面接触角为87。，3OkPa下的平均清水通量为510L／(m·h)．试验收稿日期：2014—08—11；修改稿收到日期：2014—09—12基金项目：国家“863”计划重点课题(2O12AAO634O7)；江苏省“六大人才高峰”资助项目(2Oll—JNHB-004)；江苏省科技支撑计划一社会发展项目(BE2014606)第一作者简介：冯昆鹏(1988一)，男，河南许昌人，硕士，主要从事膜生物反应器研究．E-mail：fengkunpeng36@sina．corn,*通讯作者，E-mail：xhwang@jiangna~edu．cn膜科学与技术第35卷所用次氯酸钠(国药集团化学试剂有限公司，AR)的有效氯含量大于等于5．2．1．1．2清水通量测试装置清水通量测试装置如图1所示．通过蠕动泵将清水池中的去离子水打人超滤杯，同时启动磁力搅拌器，然后借助两个流量计的调节来维持压力表的压力恒定在3OkPa．在压力作用下，去离子水透过微滤膜进入滤液池．当超滤杯的产水量稳定后，测定一定时间内的滤液体积，然后计算膜的清水通量．蠕动泵清水池磁力搅拌器滤液池图1清水通量测试流程Fig．1Flowdiagramofwaterfluxtest1．2试验方法1．2．1新膜的测试先将PVDF微滤膜剪成面积为33cm左右的圆形膜片，然后在无水乙醇中浸泡24h，并用清水冲洗干净．在清水通量测试装置上首先用去离子水加压过滤30rain，使其流速稳定，然后在3OkPa压力下过滤30rain，并记录滤液体积，从而计算出新膜的清水通量．利用密度法和流速法分别计算新膜的孔隙率和平均孔径．1_2．2正交试验次氯酸钠直接作用于PVDF膜，对膜结构的损伤和性能的影响越小越好．浓度、时间、pH等清洗条件是次氯酸钠工程清洗过程中影响清洗效果的主要因素，而膜性能通常以接触角、清水通量、平均孔径、洗脱液的总有机碳(total