[发明专利]一种截留氨氮和抗膜污染的正渗透膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种截留氨氮和抗膜污染的正渗透膜及其制备方法与应用，所述正渗透膜为聚酰胺胺树状分子表面接枝的复合膜，所述复合膜的基层为磺化聚醚砜，分离层为聚酰胺，具体制备步骤如下：步骤一、磺化聚醚砜基膜的制备；步骤二、聚酰胺复合膜的制备；步骤三、聚酰胺胺树状分子接枝聚酰胺复合膜的制备。上述方法制备的截留氨氮和抗膜污染的正渗透膜可用于浓缩生活污水。本发明制备的正渗透复合膜中，磺化聚醚砜能够显著增加支撑层的亲水性，降低膜内浓差极化，从而极大地提高了膜的水通量；同时接枝在聚酰胺活性层表面的聚酰胺胺树状分子能够提高膜表面对氨氮的排斥力和膜表面的亲水性，从而提高接枝膜对氨氮的截留能力和抗膜污染能力。

技术领域

本发明涉及一种渗透膜的制备方法及其应用，尤其涉及一种高氨氮截留能力且同时具有较强抗膜污染能力的正渗透膜及其制备方法以及用于浓缩生活污水的实际效能。

背景技术

由于人口迅速增长、城市化进程加剧以及人类活动的加剧，淡水资源短缺和资源匮乏已日益成为威胁人类可持续发展的严重问题。目前，全国生活污水的总排放量正在逐年上升，受限于污水处理厂的规模，大量的生活污水未经处理就直接排放进入天然水体。活性污泥法是目前处理生活污水成熟有效的方法。然而，由于活性污泥法是依靠微生物对污水中的有机物和营养物的代谢而达到净化污水的目的，因此，其不能有效地对污水中的能源物质和氮磷进行回收。由于在处理过程中对污水进行曝气需要投入大量的电能，因此活性污泥处理是能量密集的。生活污水中的大部分能源物质和氮磷都以大量能量输入为代价而消散。而厌氧处理在没有氧气参与的情况下可将有机物质转化为生物能源(甲烷)，并且将磷转化为化学可用的状态以便于随后的回收。因此，从活性污泥法向厌氧法转变来处理生活污水有利于显著降低处理过程中的能量消耗(即通过避免通气)以及实现能源和资源回收。然而，生活污水中的有机物浓度通常很低，在厌氧消化器中不能保持足够的有机负荷率，这也降低了对生活污水直接厌氧消化来回收能源和资源的可行性。

正渗透膜分离技术(FO)是一种依靠膜两侧的渗透压差作为驱动力的膜工艺，其在分离过程中不需要外加水力压力，这赋予了FO运行能耗低、水回收效率高和抗膜污染能力强等优势。利用FO对生活污水进行处理得到的浓缩液具有较高的有机负荷，可满足后续厌氧处理的要求。此外，FO在浓缩生活污水过程中被稀释的汲取液(一般是氯化钠溶液)可通过低压反渗透系统进行再浓缩处理，从而以较低的能耗获得淡水。因此，将FO与厌氧消化联用处理生活污水可有效地实现从生活污水中回收能源和淡水资源的目的。近年来，chen等人和Gu等人利用厌氧渗透膜生物反应器(An-OMBR)对生活污水进行资源回收实验，结果表明An-OMBR具有较高的能源回收效率(0.3L CH₄/g COD)。然而，由于目前商用的FO膜对氨氮截留能力较差，An-OMBR在处理生活污水过程中出现大量氨氮进入FO的汲取液，一方面会导致后续联用的低压反渗透出水中的氨氮超标，另一方面还会导致消化液中的氨氮流失从而降低后续的氮磷的回收效率。此外，商用的FO膜较弱的抗膜污染能力还会导致An-OMBR急剧下降，极大地降低了浓缩效率和淡水生产产能。因此，提高FO膜对氨氮的截留能力和抗膜污染能力是目前研究的重点，也是今后规模使用的必然趋势。

发明内容

为了解决现有商用FO膜对氨氮截留能力不强以及抗膜污染能力差的问题，本发明提供了一种截留氨氮和抗膜污染的正渗透膜及其制备方法与应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种截留氨氮和抗膜污染的正渗透膜，为聚酰胺胺树状分子表面接枝的复合膜，所述复合膜的基层为磺化聚醚砜，分离层为聚酰胺。

一种上述截留氨氮和抗膜污染的正渗透膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、磺化聚醚砜基膜的制备