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摘 要

超滤膜法具有能耗低、占地小、自动化程度高等优先被广泛应用于造纸废水处理中。聚偏氟乙烯（PVDF）是应用最为广泛的超滤膜材料。本文针对二沉池废水引起的PVDF超滤膜污染，以二沉池产水主要污染物聚乙烯醇（PVA）为研究对象，考察了操作压力、温度、污染物浓度、清洗方法等对膜渗透性能的影响，优化处理工艺。实验结果表明，跨膜压差在0.1MPa时膜污染最严重。温度为313K时，堵孔阻力最为明显，污染较为严重。当PVA与腐殖酸（HA）的浓度为1:1时，单位通量衰减速率最慢，稳定通量最大。清洗条件：CNaClO = 0.5 wt%，CSDBS = 0.1 wt%；清洗时间：100min；清洗压力：TMP=0.04MPa；清洗温度：T=303K时，基本去除膜污染，且对PVDF膜没有损害。

关键词：聚偏氟乙烯；聚乙烯醇；造纸废水处理；膜污染

Abstract

Ultrafiltration membrane (UF) technology is widely used in papermaking wastewater treatment because of its low energy consumption, small aera and high degree of automation. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is the most widely used ultrafiltration membrane materials.

In this paper, membrane fouling caused by wastewater from secondary sedimentation tank was studied. The main contaminants polyvinyl alcohol (PVA) was taken as the research object. The influence of TMP, temperature, concentration of contaminants and cleaning method were investigated, and the treatment process conditions was optimized. The experimental results show that, When TMP is 0.1 MPa, the membrane fouling is the highest extent. When the temperature is 313K, the blocking resistance is the greatest and the fouling is more serious. The unit flux declination rate is the slowest and the stable flux is the largest , when the concentration of PVA and humic acid (HA) is 1:1. When the cleaning conditions are as follows: CNaClO = 0.5wt %, CSDBS = 0.1wt %; Cleaning time: 100min; Cleaning pressure: TMP=0.04MPa; Cleaning temperature: T=303K, membrane fouling is basically removed and no damage is done to PVDF membrane.

Keywords: Polyvinylidene fluoride；Polyvinyl alcohol； Papermaking wastewater treatment； Membrane fouling

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 5

1.1 膜技术简介 5

1.2 PVDF超滤膜简介 5

1.3 膜技术在造纸废水处理中的应用 6

1.3.1膜技术处理造纸白水 6

1.3.2膜技术处理涂布废水 7

1.3.3膜技术处理漂白废水 7

1.4 膜的污染与清洗 7

1.4.1 膜污染物的类别 7

1.4.2 膜污染的方式 8

1.4.3 膜的化学清洗 9

1.5 本文研究目的及主要内容 9

第二章 实验部分 11

2.1 实验材料 11

2.2 中试工艺与流程 11

2.3 小试实验装置 12

2.4 分析方法 13

2.4.1 常规水质检测方法 13

2.4.2 膜的形貌表征 13

2.4.3 纯水通量的测试 13

2.4.4 阻力计算 14

2.4.5 PVA含量的测定 15

2.4.6 通量衰减率的计算方法 15

2.4.7 膜污染的清洗 15

第三章 实验结果与讨论 17

3.1 中试PVDF膜装置运行情况 17

3.2 二沉池生化尾水水质分析 18

3.3 PVDF超滤膜的表征结果 18

3.4 操作压力对PVDF膜处理二沉池生化尾水的影响 19

3.5 操作温度对PVDF膜处理二沉池生化尾水的影响 21

3.6 PVA浓度与HA浓度对PVDF膜处理二沉池生化尾水的影响 22

3.7 真实废水污染膜的清洗效果 25

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 文献综述

1.1 膜技术简介

超滤膜技术是水处理的关键技术之一，是水处理的必要手段。近年来，随着环保意识深入人心，超滤膜技术得到了迅速发展，在水处理领域产生了较大的影响。被应用于地表水处理的膜通常为物理膜，依照膜分离孔径以及分离精度的不同可将其分成四类：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）。这几种滤膜的孔径的规格各不相同，所以，能够就其不同物质实行分离和提纯。不同于传统分离过程膜分离技术，具有能耗低、分离效率高、设备简单、无污染、无相变等优点。

从目前水环境总体情况来看，受多种因素影响，我国工业水污染问题严重，工业水污染控制已成为环境保护工程的核心内容。当前，中国高度重视环境保护、资源开发和能源节约利用，倡导可持续发展。因此，有必要加强工业水处理技术的研究。PVDF超滤膜技术作为水处理技术的典型代表，具有重要的实际意义。超滤膜技术与一般的净化技术相比，具有能耗小、分离率高、操作压力低等优点，为环境工业废水的处理做出了巨大的贡献。而不同的膜分离的主要对象也不同。

微滤是低压环境下的膜分离技术，孔径范围在0.1-10um，微滤的操作压在0.1-0.3MPa微滤可以有效的去除水中的小颗粒有机物、悬浮固体以及微生物(产水浊度低于1NTU)，但对分子较小的污染物去除效果不明显。超滤的孔径相比微滤的孔径要小一些，一般情况下用于去除溶解性大分子等有机物，并且过水的性能较强，出水浊度小。反渗透一般是用于剔除水中的无机盐、氨基酸等等。纳滤主要是用以截留二价或多价离子^[1]。纳滤也被称为低压反渗透膜，在截留分子量大的组分同时，还能使小分子物质通过。因此适用于水软化和饮用水的处理。

1.2 PVDF超滤膜简介

聚偏氟乙烯Poly(vinylidene fluoride) 又称PVDF，以它为材料能制造不同类型不同规格的膜，可根据工作需要选择。与传统工艺相比，它具有能量消耗较低、工作所需的环境压力小、分离效率高、可回收利用物质多等优点，被广泛用于不同情况的水处理过程中。该技术的应用可以有效分离需要过滤的介质，从而提高水质的纯度。随着技术的不断发展，该技术体现出了许多其他技术没有的优势。有机聚合物常常用作超滤和微滤的基材，在这其中各种高分子材料已被广泛采用，这些材料因为其重要的特性被认为是可行的超滤膜基材。PVDF具有重复单元，是半结晶聚合物，它的晶体相能够提供良好的机械强度和抗冲击能力，而非晶相提供灵活性，因此PVDF在受到腐蚀性化学物质或强氧化剂在内的有机化合物攻击时也都能十分稳定。PVDF具有机械强度高、热稳定性及耐化学性好，这些性能对其作为分离膜十分的重要，并且PVDF较高的疏水性使其能够广泛应用于水处理行业，除此之外，它还具有非常良好的加工性能，可用于制备平板膜、管状膜及中空纤维膜^[2]。

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