[發明專利]一種甲烷基質生物膜反應器及去除飲用水中高氯酸鹽的工藝

在審

• 申請號: 201510729141.1
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN105271513A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 謝婷;李小明;楊麒;安鴻雪;鐘宇;趙建偉
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于水處理技術的應用領域，具體涉及一種甲烷基質生物膜反應器及去除高氯酸鹽的工藝。

背景技術

高氯酸鹽一直被廣泛用于火箭及導彈的推進劑、煙花爆竹制造、軍火工業、汽車氣囊、潤滑劑、電鍍液、皮革鞣劑、橡膠制品染料涂料、高速公路安全閃光板等眾多領域，農業施肥過程中也存在高氯酸鹽。過高濃度的高氯酸鹽對人體具有抑制甲狀腺吸收碘的影響作用，削弱甲狀腺活性機能，造成甲狀腺功能失調，影響人體正常的新陳代謝，影響嬰幼兒的正常生長和大腦發育。高氯酸鹽具有極易溶于水、擴散速度快并且性質穩定的特點，一旦進入到環境中，很容易隨著地下水和地表水不斷發生遷移擴散，導致高氯酸鹽的污染進一步擴大，甚至對飲用水源構成威脅。隨著工農業和社會經濟的迅速發展，高氯酸鹽的應用越來越多，生產和使用中高氯酸鹽的排放和廢棄也越來越多，使得高氯酸鹽在水體中的積累日趨嚴重。國內研究調查表明，我國部分水域高氯酸鹽的含量較高。作為大量使用農藥化肥的傳統農業大國，同時也是煙花爆竹、易燃易爆物生產以及消費大國，高氯酸鹽對地下水、地表水及飲用水的潛在污染問題不容忽視，謀求高效、環保、安全的高氯酸鹽去除技術勢在必行。

生物還原高氯酸鹽法，因其成本低、效率高，近年來成為了國內外密切關注的研究方向之一。高氯酸鹽具有非揮發性和高溶解性，普通物理方法如過濾、沉淀等基本無處理效果；并且高氯酸鹽具有強氧化性，使其在一般環境條件下與大多數還原劑都不發生反應，化學處理開發技術成本較大，難度較高。相比之下，生物還原高氯酸鹽法被認為是一種經濟、有效和安全的技術。的生物還原降解途徑，通常是在缺氧或厭氧的條件下，以自身作為電子受體，在外源電子供體的存在條件下，按照的過程依次轉化降解，此過程中釋放的O₂可以被甲烷氧化過程所利用。

厭氧甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原，是一個甲烷氧化菌與高氯酸鹽還原菌相互作用的過程；依靠厭氧甲烷氧化微生物以甲烷作為有機碳源和能源將甲烷氧化為二氧化碳，提供電子供體，作為電子受體在高氯酸鹽還原菌的作用下得到降解。與甲烷反應所釋放的能量較大，可以作為甲烷氧化的電子受體，熱力學反應公式如下所示：

ΔG⁰＇＝-792kJmol^-1CH₄

甲烷作為污染水體生物處理技術的新型碳源，具有來源廣泛、廉價無毒、儲備充足、溶解度低不會引起出水COD增加的優點，與甲醇、乙酸等碳源相比具有明顯的優勢，甲烷在廢水處理中具有潛在應用性，厭氧甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原技術的研發對于污染水體的治理和達標排放以及實現甲烷的資源化且有效減緩甲烷排放引發的溫室效應利用具有重要意義。厭氧甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原過程是一種潛在的新型水處理技術。

由于甲烷氧化菌為自養微生物，生長緩慢；另一方面，甲烷氣體在水中溶解度低，傳質系數較小，常用的生物反應器，如序批式反應器(SBR)、連續攪拌罐反應器(CSTR)和生物膜反應器(MBR)等，在厭氧甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原技術的應用受到了限制。因此縮短系統微生物的富集時間，提高甲烷氣體利用率，提高系統微生物的處理效率，研發高效、環保、安全的處理裝置成為了解決甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原技術發展瓶頸問題的重要途徑。

發明內容

基于現有技術的不足，本發明要解決的技術問題之一是提供一種甲烷基質生物膜反應器，包括反應器殼體，中空纖維膜組件，供水系統及甲烷供氣系統。該反應器有效提高甲烷利用率，在較短時間內得到富集的甲烷氧化耦合高氯酸鹽還原的系統微生物，實現高氯酸鹽的高效去除。

所述反應器殼體(10)下部設有進水口(1)、上部設有出水口(3)、頂端設有頂端法蘭蓋(6)和底端設有底座(11)；

所述頂端法蘭蓋向外設置7個進氣口(5)，向內設置固結的膜組件固定件(8)與頂端法蘭蓋(6)緊固連結；

所述殼體上部還設有內循環出水口(2)，在所述殼體下部還設有內循環進水口(4)，在所述內循環出水口(2)和內循環進水口(4)之間設置控制閥門(12)、流量計(14)、內循環水泵(13)及管線；

所述殼體(10)內部設置7組中空纖維膜組件，由中空纖維膜絲束(9)和膜組件封頭(8)組成，中空纖維膜絲束(9)呈U型開口向上，端口通過環氧樹脂膠固結并密封固定在膜組件封頭(8)上；

所述中空纖維膜絲束(9)的中空纖維膜為市售的脫氣膜，疏水性中空纖維膜，聚丙烯材質，膜外徑400μm～450μm，膜內徑320μm～350μm，膜孔徑為0.02μm～0.2μm；