本公開屬于膜生物反應(yīng)器復(fù)合膜制備和膜生物反應(yīng)器，尤其涉及一種復(fù)合膜及其制備方法和膜生物反應(yīng)器，更具體地涉及一種適用于膜生物反應(yīng)器的復(fù)合膜及其制備方法和膜生物反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、膜生物反應(yīng)器是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)相結(jié)合的污水處理工藝，該工藝具有出水水質(zhì)優(yōu)良、占地面積小、污泥產(chǎn)量低等顯著優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于城市污水處理和工業(yè)廢水處理中。隨著膜技術(shù)與生物水處理技術(shù)的不斷融合與發(fā)展，逐漸演化形成了多種膜生物反應(yīng)器類型，包括：浸沒式膜生物反應(yīng)器、分離式膜生物反應(yīng)器、厭氧膜生物反應(yīng)器、膜生物膜反應(yīng)器、膜曝氣生物膜反應(yīng)器等，以滿足不同的處理場景和需求。在當(dāng)前“降碳、降耗”的行業(yè)背景下，膜曝氣生物膜反應(yīng)器因其較低能耗的曝氣方式和在單一反應(yīng)體系內(nèi)能實現(xiàn)同步硝化反硝化功能，逐漸引起研究者的廣泛關(guān)注。

2、膜曝氣生物膜反應(yīng)器通過膜組件對水體進(jìn)行無泡供氧，氧氣和污染物分別在膜的兩側(cè)流動，通過濃度差的驅(qū)動以及微生物的吸附作用，使污染物被生物膜分解利用，從而實現(xiàn)水體凈化。

3、膜曝氣生物膜反應(yīng)器的膜通常為微孔膜和致密膜，其中，微孔膜在長期運行過程中容易出現(xiàn)膜堵塞的問題，致密膜則可以較好的避免微孔膜的堵塞，但是致密膜存在成本較高且氣體滲透性較低的問題。

4、為此，針對微孔膜和致密膜存在的優(yōu)缺點，當(dāng)前已提出制備同時包含微孔和致密結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，在保證良好的氧氣滲透性的同時，還可以有效防止微孔膜的膜孔堵塞。但是復(fù)合膜的制備方法通常以表面涂覆、界面聚合等方法在微孔膜表面制備致密層來實現(xiàn)。雖然采用前述方法在微孔膜上制備出了具有致密結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，但是該復(fù)合膜在較高供氣壓力下容易出現(xiàn)微孔膜和致密膜分離或致密膜破損的問題，進(jìn)而長期運行過程中微孔膜孔仍可能被微生物及其分泌物堵塞，導(dǎo)致微孔膜的性能下降。此外，致密膜的表面較為平整且光滑，對微生物形成生物膜的初始定殖造成困難，且容易造成所形成的生物膜大片脫落，嚴(yán)重影響膜生物膜反應(yīng)器的整體處理效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述技術(shù)問題，本公開提供了一種復(fù)合膜及其制備方法和膜生物反應(yīng)器，以期至少部分地解決上述技術(shù)問題。對此，本公開提供的技術(shù)方案如下。

2、作為本公開的第一個方面，本公開提供了一種復(fù)合膜，包括：具有第一平均膜孔徑的基膜和具有第二平均膜孔徑的大孔膜，以及致密層；其中，致密層包含聚二甲基硅氧烷和四乙基氧硅烷交聯(lián)固化的聚合物，用于粘接基膜和大孔膜；第二平均膜孔徑大于第一平均膜孔徑。

3、作為本公開的第二個方面，提供了一種制備上述復(fù)合膜的方法，包括：在具有第一平均膜孔徑的基膜表面均勻涂覆涂覆劑；在涂覆有涂覆劑的基膜上布設(shè)具有第二平均膜孔徑的大孔膜，并進(jìn)行干燥，在干燥過程中涂覆劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密層，同時涂覆劑粘接基膜和大孔膜，以形成復(fù)合膜；其中，涂覆劑包含聚二甲基硅氧烷、四乙基氧硅烷、有機(jī)溶劑和催化劑；第二平均膜孔徑大于第一平均膜孔徑。

4、作為本公開的第三個方面，提供了一種膜生物反應(yīng)，包括：上述實施例中的復(fù)合膜。

5、基于上述技術(shù)方案，本公開提供的一種復(fù)合膜及其制備方法和膜生物反應(yīng)器至少存在以下有益效果之一。

6、（1）在本公開的實施例中，本公開提供的復(fù)合膜具有“三明治”結(jié)構(gòu)，將具有第一平均膜孔徑的薄膜作為基膜，聚二甲基硅氧烷和四乙基氧硅烷交聯(lián)聚合形成的具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密層作為中間層、具有第二平均膜孔徑的大孔膜作為外層。通過利用致密膜連接基膜和大孔膜且將大孔膜的平均膜孔徑設(shè)置成大于基膜的平均膜孔徑，一方面利用外層的大孔膜為致密層提供支撐結(jié)構(gòu)，有效防止長期運行過程中致密層和基膜分離或致密膜的破損；大孔膜所具有合適的孔隙結(jié)構(gòu)有利于提高微生物的初始附著速度，使形成生物膜的結(jié)構(gòu)能夠維持、穩(wěn)定性得以增強(qiáng)；另一方面利用孔徑的差異保證了良好的氣體滲透性。因此，相較于傳統(tǒng)的微孔膜和致密膜形成的復(fù)合膜，本公開提供的具有“三明治”結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，其生物附著效率和負(fù)載量顯著提高，生物膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)，且基膜膜孔沒有堵塞問題發(fā)生，有利于提升膜生物反應(yīng)器的處理效率和穩(wěn)定性。

7、（2）在本公開的實施例中，利用聚二甲基硅氧烷和四乙基氧硅烷作為涂覆劑和粘結(jié)劑，在具有第一平均膜孔徑的基膜表面均勻涂覆，得到涂覆劑-基膜。隨后，在涂覆劑表面布設(shè)具有第二平均膜孔徑的大孔膜并進(jìn)行干燥。在干燥過程中，基膜和大孔膜之間的涂覆劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密層，同時利用涂覆劑的粘附性粘接基膜和大孔膜，從而得到具有“三明治”的復(fù)合膜。該制備方法較為簡單，無需額外使用粘附劑。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合膜，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膜，其中：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合膜，其中：

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的復(fù)合膜，其中：

5.一種制備復(fù)合膜的方法，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中：

8.根據(jù)權(quán)利要求5述的方法，其中：

9.根據(jù)權(quán)利要求8述的方法，其中：

10.一種膜生物反應(yīng)器，包括：如權(quán)利要求1-4中任一項所述的復(fù)合膜。

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種復(fù)合膜及其制備方法和膜生物反應(yīng)器，屬于薄膜制備和膜生物反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。本公開提供的復(fù)合膜包括：具有第一平均膜孔徑的基膜和具有第二平均膜孔徑的大孔膜，以及致密層；其中，致密層包含聚二甲基硅氧烷和四乙基氧硅烷交聯(lián)固化的聚合物，用于粘接基膜和大孔膜；第二平均膜孔徑大于第一平均膜孔徑。

技術(shù)研發(fā)人員：張勇,楚天成,王軍,李魁嶺,徐莉莉,曹愛新
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9