次氯酸钠清洗条件对PVDF微滤膜结构的损伤和性能的影响

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1、第３５卷第３期膜科学与技术Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．３２０１５年６月ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ．２０１５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ＰＶ

2、ＤＦ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０．１％，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：１００７－８９２４（２０１５）０３－００５

3、１－０６ｄｏｉ：１０．１６１５９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００７－８９２４．２０１５．０３．００８膜生物反应器（ｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ，ＭＢＲ）具微滤和超滤膜结构的损伤和性能影响的报道还较有占地面积小、出水水质好、自动化程度高等优点，少，并且缺少综合考察次氯酸钠浓度、清洗时间和已经被广泛应用于城镇生活污水和工业废水处ｐＨ等因素对膜性能影响的报道。因此，本研究以［１］理．然而，ＭＢＲ所特有的膜污染已经严重影响了ＭＢＲ工程中常用的聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）材质的微工艺的运行稳定性和经济性，成为限制ＭＢＲ进一滤膜为研究对象，借助正交试验系统

4、分析次氯酸钠［２］步推广的瓶颈．在ＭＢＲ实际运行过程中，化学清浓度、清洗时间以及ｐＨ对膜结构的损伤和性能的洗是缓解膜污染和恢复膜过滤性能的主要手段之影响，并通过层次分析模型获得对膜结构的损伤和［３］一．性能影响最小的清洗组合，为今后ＭＢＲ工程的次次氯酸钠对有机污染物有良好的清洗效果，是氯酸钠化学清洗提供参考．化学清洗中的一种重要清洗剂，在ＭＢＲ工程中被［４］１材料与方法广泛应用．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，１．１试验材料和装置［５－６］从而影响膜的性能．有研究表明，在次氯酸钠清１．１．１试验材料

5、洗强度相同的情况下，低浓度长时间的清洗与高浓试验选用的板式微滤膜为ＰＶＤＦ材质，平均孔度短时间的清洗相比，前者对膜的理化性质影响更径为０．１μｍ，孔隙率为８０％，膜面接触角为８７°，［６］２大．然而，目前关于次氯酸钠化学清洗对ＭＢＲ中３０ｋＰａ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（２０１２ＡＡ０６３４０７）；江苏省“六大人才高峰”资助项目（２０１１－ＪＮＨＢ－００４）；江苏省科技支撑计划－社会发展项目（ＢＥ２０１４６０６）第一作者简介

6、：冯昆鹏（１９８８－），男，河南许昌人，硕士，主要从事膜生物反应器研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｋｕｎｐｅｎｇ３６＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｈｗａｎｇ＠ｊｉａｎｇｎａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ·５２·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）的试验，试验结果并不是各个因素最小时，清洗效果最有效氯含量大于等于５．２％．好，也证明各个因素间存在交互影响．因此，为了进１．１．２清水通量测试装置一步考察各个因素在清洗过程中对膜各项性能指标清水通量测试装置如图１所示．通过蠕动泵将的影响主次以及相互作用情况，以浓度、时间、

7、ｐＨ清水池中的去离子水打入超滤杯，同时启动磁力搅为３个因素，设计３因素３水平的正交试验．需要指［８］拌器，然后借助两个流量计的调节来维持压力表的出的是，正交试验表中质量分数除了选择０．１％和［９］压力恒定在３０ｋＰａ．在压力作用下，去离子水透过０．５％两个经常采用的清洗浓度之外，还采用了微滤膜进入滤液池．当超滤杯的产水量稳定后，测定２．５％这一个为了达到一定的清洗强度并缩短清洗一定时间内的滤液体积，然后计算膜的清水通量．时间而经常选择的高浓度．清洗时间的水平是在选定的清洗浓度的基础上保证达到一定的清洗强度而进行的选择，而ｐＨ是根据工程中次氯酸钠

8、清洗时常用的范围进行的筛选．正交试验方案如表１所示．表１正交试验因素水平表Ｔａｂｌｅ１Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ