1、超濾膜分離技術(shù)因具有高效、精密、簡便、節(jié)能等特點而受到廣泛重視和應(yīng)用。膜生物反應(yīng)器（MBR）利用超濾膜裝置替代二沉池，不但可高效進行泥水分離，而且提高了生物反應(yīng)器處理效率和效果，是一種高效污水處理技術(shù)。聚偏氟乙烯（PVDF）膜材料因具有力學(xué)性能優(yōu)良、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐酸堿腐蝕、制備簡單、成本低廉而倍受關(guān)注。但因其較強的疏水性，在MBR中易發(fā)生膜污染，造成膜通量下降、膜清洗頻繁、能耗增加等問題，制約了PVDF膜在MBR中的應(yīng)用。因此，膜污染

2、防治與控制成為MBR良好運行的關(guān)鍵問題。其中對膜材料進行改性是提高膜通量、降低膜污染的重要方法。
　　本研究采用5種低溫等離子體改性方法對PVDF中空纖維超濾膜進行改性。研究了改性膜通量、表面形態(tài)及化學(xué)組成、力學(xué)性能的變化；探索了PVDF中空纖維膜接觸角及膜面、膜孔Zeta電位同步測試方法；考察了不同改性膜和原膜在MBR中的耐污染性能，分析其污染模型，解析污染阻力構(gòu)成，結(jié)合膜物理化學(xué)表征結(jié)果，明晰了改性膜性質(zhì)變化對膜污染發(fā)生的影響

3、規(guī)律，探究低溫等離子體改性對膜耐污染性能提高的作用與機理；驗證了最優(yōu)改性膜在實際工程應(yīng)用條件下的性能表現(xiàn)。
　　分別采用單獨氮等離子處理（PT），氮等離子體引發(fā)丙烯酸氣相接枝（PIGGP），氮等離子體引發(fā)丙烯酸液相接枝（PIGLP），丙烯酸單一等離子體化學(xué)聚合沉積（SPCVD），丙烯酸、氮氣混合等離子體化學(xué)聚合沉積（MPCVD）對PVDF中空纖維超濾膜進行改性，并對改性膜膜固有阻力、表面形態(tài)、化學(xué)組成、膜孔徑及力學(xué)性能進行分析研究

4、。結(jié)果表明：5種等離子體改性后的PVDF膜通量及對應(yīng)的膜固有阻力變化率均有所增加，但隨時間表現(xiàn)出不同變化規(guī)律。PT、SPCVD改性膜先上升后下降，其他改性方法基本呈緩慢上升趨勢，到20天時所有改性膜基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。最終，不同等離子體改性膜膜平均固有阻力變化率排序為：MPCVD＞PT＞PIGLP＞PIGGP＞SPCVD。X射線能譜（EDS）和傅里葉紅外光譜-衰減全反射（FTIR-ATR）分析結(jié)果都證實等離子體改性后膜表面化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)發(fā)

5、生了變化，膜表面產(chǎn)生了羧酸、酰胺及羥基等官能團，而碳氮元素比（C/N）、碳氧元素比（C/O）較原膜相比都有所下降，其中C/O下降更為顯著。掃描電鏡（SEM）檢測顯示改性后膜表面粗糙度都有增加，膜孔被表面層狀或顆粒狀凝膠態(tài)物質(zhì)遮擋。力學(xué)實驗表明，改性提高了PVDF膜的力學(xué)性能，改性后膜的彈性模量有大幅提高，斷裂強力稍有增加，僅膜的斷裂伸長率略有下降，其中PT改性膜下降程度較多。
　　對5種等離子體改性膜和PVDF原膜在MBR中的耐污

6、染性能和清洗效果進行了平行對比實驗，結(jié)果表明：不同膜在MBR中通量衰減符合指數(shù)衰減規(guī)律，通量衰減速率排序為PIGGP＜MPCVD＜PIGLP＜原膜＜PT＜SPCVD；從臨界壓力看，PIGLP改性膜約為7.7kPa，其他各膜臨界壓力在12.1kPa～14.2kPa之間；膜的初始吸附性污染程度排序為SPCVD＞原膜＞PT＞PIGGP＞PIGLP＞MPCVD；膜污染阻力構(gòu)成結(jié)果說明，MBR中膜污染阻力以可逆性濾餅層污染為主，但不可逆污染和殘留

7、污染阻力差異較大：PT、PIGLP、SPCVD、MPCVD改性膜都小于1.0×1011m-1，而PIGGP改性膜和原膜的不可逆阻力及殘留阻力是其它膜兩倍左右，占總阻力比例更大，其中原膜情況最為嚴重。綜合考慮膜通量、污染速率和污染阻力大小與類型，MPCVD改性膜具有最佳的耐污染性能。
　　利用Hermia污染模型分析了改性膜和原膜污染機理，發(fā)現(xiàn)在初期40min，膜污染屬于孔堵塞污染，污染程度排序為PIGGP＜MPCVD＜原膜＜SPC

8、VD＜PIGLP＜PT，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)闉V餅層污染機理；通過數(shù)學(xué)模型分析發(fā)現(xiàn)，PIGGP和MPCVD改性膜濾餅層滲透系數(shù)小于原膜，說明等離子體改性不但通過改變膜的表面物理化學(xué)性能影響膜過濾中的污染熱力學(xué)行為，更重要的是還會對膜表面濾餅層的形成和演變產(chǎn)生顯著影響。
　　采用SPASS18.0軟件對klnJ-t（孔堵塞污染模型斜率）、kt/v-t（濾餅層污染模型斜率）、τ(膜污染時間常數(shù))、Rz（膜污染總阻力）、Rrf（膜可逆污染阻力）、R

9、irf（膜不可逆污染阻力）、Rres（膜殘留污染阻力）、Ra（膜吸附阻力）等反映膜污染性質(zhì)和程度的污染指標因子與C/N、C/O、θ（純水接觸角）、Pmax（起始泡點壓力）、ξs（膜面Zeta電位）、ξp（膜孔Zeta電位）等反映膜物理化學(xué)性能特點的指標因子的相關(guān)性進行分析，結(jié)果表明：MBR中膜污染特征是以可逆阻力為主，膜孔堵塞是膜不可逆污染及殘留污染的主要成因，膜初始吸附性污染對以上阻力都有促進作用。膜物理化學(xué)性質(zhì)因子中，膜面、膜孔Ze

10、ta電位對膜污染性能有最為重要而顯著的影響。更大的Zeta電位增加了膜與污染物質(zhì)的靜電排斥作用，降低了膜孔堵塞和濾餅層污染的發(fā)生。C/O與Rrf、Rirf、Rres的相關(guān)性表明，膜表面氧元素含量的增高會增大膜的不可逆污染及永久不可逆殘留污染。該結(jié)果提示了膜在等離子體改性時應(yīng)符合以下條件：控制等離子體刻蝕對膜孔徑的增大作用；單體選擇既要有利于增大膜表面Zeta電位，又要注意防止單體化學(xué)組成對微生物附著的促進作用。
　　對面積為1m2

11、的工程用簾式膜組件，采用綜合表現(xiàn)最好的MPCVD改性方法進行工程應(yīng)用條件下的驗證實驗，結(jié)果表明：改性膜臨界壓力提高了3kPa，膜純水通量增加12.04％～16.12%，初始吸附污染阻力降低2/3。在20：1，10：1，40：1不同氣水比條件下濾餅層阻力均有減小，產(chǎn)水能力獲得提高，這在低氣水比條件下尤為突出。說明MPCVD改性方法有利于阻止MBR中污染物靠近膜表面，形成的膜表面濾餅沉積層更薄、滲透性更強。實驗中，改性膜平均產(chǎn)水能力是未改性