1、膜生物反应器的微滤膜亲水修复

1.1 膜生物反应器

膜生物反应器MBR是一种新型污水处理工艺，它将膜分离技术与生物处理技术有机结合在一起，采用膜分离装置来代替一般生物反应器中二沉池，获得了高效的固液分离效果，具有出水水质稳定、占地面积小等优点，另外，因MBR中膜过滤可使污泥停留时间与水力停留时间相分离，减少剩余污泥产量及其处理处置费用，因此，在废水处理及回用方面，MBR工艺有着广阔的应用前景。同时，存在膜污染和高能耗等问题，其中，膜污染会导致跨膜压差TMP增加，膜渗透通量和分离特性下降，使得膜清洗和膜组件更换的频率增加，运行成本提高，它被认为是制约MBR进一步推广应用的主要障碍。

1.2 膜污染

MBR中不可逆膜污染按污染物可分无机污染、有机污染和生物污染。目前，常用污染膜清洗技术主要有物理清洗、化学清洗和生物清洗，与物理清洗相比，化学清洗可维持系统更长的运行时间。化学药剂与膜面污染物发生化学反应是化学清洗达到清洗膜目的的基本原理。目前，大多数实际废水处理MBR工程中，膜污染的化学清洗方法由膜生产厂家提供，这些清洗方法虽有一定的普适性和较好的清洗效果，但不同进水水质及运行管理水平下，膜污染速度、膜面污染层组成及特性不同，所需清洗剂浓度、清洗剂的清洗顺序等也不同。此外，虽然已有文献报道化学清洗对膜性能的影响，有许多学者研究发现，次氯酸钠清洗后膜面的亲疏水性会被破坏，但是对清洗后的膜亲水性修复的研究很少。因此，为节省膜污染化学清洗成本并提高清洗效果，开发成本低、易操作且适用于不同废水污染膜的清洗技术和修复膜亲水性的修复剂至关重要。

1.3 膜的亲水性

膜的亲疏水性决定膜本身的抗污染性能，亲水性能越差，膜的抗污染能力越差，膜越容易受到污染。膜的亲水性主要来源于膜面的亲水基团，频繁的化学清洗使得亲水基团消失，造成膜亲水性下降。以聚乙烯吡络烷酮（PVP）为成孔剂的PVDF膜为例，其亲水性主要是由于PVP分子中的内酰胺基团，该基团是强极性基团，具有亲水和极性基团作用，重复清洗会使膜面PVP减少甚至消失，主要是由于PVP是水溶性聚合物，一方面随着清洗次数的增加，PVP会逐渐溶于水，另一方面化学清洗（如次氯酸钠清洗)中的清洗剂会与PVP发生反应，导致亲水基团消失，致使膜的抗污染能力下降，更易受污染。对清洗膜的亲水性进行修复，可减缓膜通量衰减。

1.4 提高膜亲水性的方法

一是引入亲水聚合物，在制作膜的过程中投加亲水性的高分子或用亲水性高分子对成膜表面进行涂覆；二是原子转移自由基聚合方法；三是表面化学改性，包括接枝有机物或无机物。本试验对象为成膜，考虑操作简单和稳定性，选择对膜进行表面化学改性。

2、试验材料与方法

2.1 试验材料

试验所用的膜为市售PVDF平板膜，膜孔径为0.2μm。试验所需主要试剂包括分析纯：高锰酸钾、氢氧化钾、亚硫酸氢钠、聚乙烯吡络烷酮、无水甲醇。

2.2 试验方法

2.2.1 膜片预处理方法

将PVDF膜片剪成有效面积为33.2cm2的圆片，置于无水乙醇中浸泡数小时，再用去离子水冲洗数次后，置于去离子水中置换出膜孔中的乙醇，使膜被水完全浸润。然后，将膜片置于高浓度次氯酸钠中浸泡3h，取出冲洗掉残留次氯酸钠，浸入去离子水中，待用。

2.2.2 KMnO4亲水修复研究

（1）在25℃下，将预处理的膜片浸入不同浓度（1%、2%、3%和5%）高锰酸钾溶液（用KOH溶液调其pH至10）中，60min后取出，用去离子水冲洗，再浸入2%NaHSO3溶液至膜面颜色恢复至白色，然后用去离子水反复清洗，将膜片置于0.5%PVP溶液中涂层2h。

（2）在不同温度（25℃、35℃、45℃、60℃）条件下，将预处理膜片浸泡于一定浓度的高锰酸钾溶液中，60min后取出，用去离子水冲洗，再浸入2%NaHSO3溶液至膜面颜色恢复至白色，然后用去离子水反复清洗，将膜片置于0.5%PVP溶液中涂层2h。

（3）在一定温度下，将预处理膜片浸泡于一定浓度的高锰酸钾溶液中，分别浸泡10min、30min、60min、120min和240min，用去离子水冲洗，再浸入2%NaHSO3溶液至膜面颜色恢复至白色，然后用去离子水反复清洗，将膜片置于0.5%PVP溶液中涂层2h。

2.2.3 甲醇亲水修复研究

（1）取四片预处理膜片浸入甲醇中10h，取出后，分别浸入温度为25℃、35℃、45℃和60℃且pH为10的甲醇溶液（KOH调pH）中，60min后，再次将膜浸入甲醇溶液中，水洗去除膜表面的残液。

（2）取四片预处理膜片浸入甲醇中10h，取出后，浸入到一定温度、pH为10甲醇溶液（KOH调pH）中，10min、30min、60min、90min和120min后，再次将膜浸入甲醇溶液中，水洗去除膜表面的残液。