本发明专利技术涉及一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置及其应用，所述的装置包括反应器筒体、沿反应器筒体的轴向平行设置在反应器筒体内部的1#膜组件及2#膜组件、设置在反应器筒体顶部的反应器顶盖，1#膜组件的轴向长度大于2#膜组件的轴向长度，并沿轴向贯穿整个反应器筒体的内腔，1#膜组件中通氢气，进行无泡曝气，2#膜组件则抽滤取反应器筒体内上端液面作为出水；所述的装置用于处理地下水及工业废水中的氧化性污染物。与现有技术相比，本发明专利技术结合MBR工艺的膜法出水避免传统MBfR工艺的微生物自流流失，增大污泥浓度从而提高去除效果，膜法曝气促进气体在水相中溶解，提高气体利用率，可有效处理地下水及部分工业废水中氧化性污染物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境工程和市政工程污水处理的
，涉及一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置及其应用。
技术介绍
在我国的不少地区，地下水被氧化态物质污染的程度是相当严重的。这些氧化态物质主要包括离子化合物(如硝酸盐、硫酸盐、溴酸盐等)，氧化态重金属(Cr(Ⅵ))和挥发性有机物质(如氯仿、对硝基氯苯等)。在污水处理、水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)，是一种由活性污泥法与结合的新型水处理技术。膜的种类繁多，按分离机理进行分类，有反应膜、离子交换膜、渗透膜等；按膜的性质分类，有天然膜(物膜)和合成膜(有机膜和无机膜)；按膜的结构型式分类，有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。氢基质生物膜技术是一种自养生物还原方法，具有清洁、无残留、利用率高、成本低廉、无须后续生物稳定性处理等优点，适用于有机碳源缺乏的地下水处理。该技术采用氢气作为电子供体，中空纤维膜作为生物膜载体。氢气从中空纤维膜内部通过无泡扩散方式扩散到膜外，被膜表面的微生物利用；同时，氧化性物质被还原而达到净化水质目的，如硝酸盐被彻底还原为无毒的氮气，溴酸盐被还原成低毒的溴离子。氢基质生物膜反应器在我国的使用目前停留在实验室研究较多，如申请号200810202126.1和申请号201210525050.2的中国专利申请。其中，后者是前者的改进装置。申请号200810202126.1的专利，筒体内底有水下搅拌器，下部有与内壁固结的固定支架装置，内部有通过纤维膜密封胶将两端的中空纤维膜和膜组件端头套筒固结并密封的可拆卸中空纤维膜组件，膜组件端头套筒通过内螺纹紧固套筒分别与底端的膜组件支架和顶端与法兰盖固结的膜组件固定件连接，法兰盖上有氢气管接头。氢气可经由膜组件端头套筒进入中空纤维膜内部并以无泡扩散的方式扩散到膜丝外表面。通过长期的运行实践，上述专利中的氢基质生物膜反应器运行稳定，处理效果良好，但存在以下4个问题：1)上述专利PVDF中空纤维超滤膜膜长及膜丝根数受到反应器大小的限制，膜丝根数有限，中空纤维膜组件顶端通氢气：膜丝过长，氢气在传输过程中受到沿程阻力影响扩散不均，导致膜丝表面生物膜顶端较厚，底端较薄，氢气利用效率低；膜丝过短，氧化态污染物去除效果不佳；2)上述专利未考虑脱落的生物膜收集及排出,在实际运行过程中，随着微生物的生长周期，脱落的生物膜慢慢积累，如果得不到有效排出，会减小反应器的有效体积，同时恶化出水水质；3)MBfR处理对象主要是地下水等贫碳源、低负荷废水中氧化态污染物，具有较强的局限性，且处理效果相比摇瓶实验略差，对于稍高污染物负荷的废水处理效果不佳，根本原因在于：第一，由于膜丝长度及根数的限制，附着生长的生物膜数量有限；第二，由于H2传递效率的限制，附着生长的生物膜厚度有限，污泥浓度较低；第三，受到顶端自流出水及膜法H2100％利用率的限制，反应器内部不会长久存在悬浮态微生物，仅靠PVDF中空纤维膜上微生物处理氧化态污染物，污泥浓度偏低；4)上述专利中膜组件与反应器箱体连接，离线清洗或者更换膜组件需要拆卸反应器，工作量较大，并且容易破坏反应器的缺氧环境，影响反应器的连续稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种处理效果好，气体利用高，拆卸更换膜组件简单易行，污染物去除负荷高，可进行工程放大化的结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置。本专利技术的另一个目的就是提供结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置的应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置，该装置包括底部支架、设置在底部支架上的反应器筒体、沿反应器筒体的轴向平行设置在反应器筒体内部的1#膜组件及2#膜组件、设置在反应器筒体顶部的反应器顶盖，所述的1#膜组件的轴向长度大于2#膜组件的轴向长度，并沿轴向贯穿整个反应器筒体的内腔，所述的1#膜组件中通氢气，进行无泡曝气，所述的2#膜组件则抽滤取反应器筒体内上端液面作为出水，所述的反应器筒体的下端一侧设有进水口、氢气进气口及微孔针头，另一侧设有回流水出口及排泥口。所述的反应器筒体中还设有液位控制器以及压力传感器，所述的反应器筒体的上端还设有回流进水口。所述的1#膜组件包括呈U字型设置的一号PVDF中空纤维膜丝、套设在一号PVDF中空纤维膜丝两端的一号套筒以及与一号套筒相连接的一号接头；所述的2#膜组件包括呈U字型设置的二号PVDF中空纤维膜丝、套设在二号PVDF中空纤维膜丝两端的二号套筒以及与二号套筒相连接的二号接头。所述的一号PVDF中空纤维膜丝及二号PVDF中空纤维膜丝的外径为1.0-3.0mm，内径为0.5-1.5mm，膜孔径为0.01-0.4μm。所述的一号PVDF中空纤维膜丝共设有55-75根，所述的二号PVDF中空纤维膜丝共设有20-40根。所述的1#膜组件的一号接头通过软管依次与一号三通管、一号双通管与外界的氢气源相连通。所述的2#膜组件的二号接头通过软管依次与二号三通管、二号双通管与外界的抽水泵相连通。所述的反应器顶盖上设有备用排气口，所述的反应器顶盖与反应器筒体之间设有硅胶垫。所述的反应器筒体为圆柱形反应器筒体，该圆柱形反应器筒体的材质为有机玻璃。一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置的应用，所述的装置用于处理地下水及工业废水中的氧化性污染物。本专利技术装置在受氧化性物质污染的地下水源处理中有着广泛的应用前景，如应用于含高硝酸盐的地下水、矿区地下水重金属污染、干洗行业废水含氯仿类污染物污染的地下水、含高氧化态污染物实际废水等。本专利技术设计思路是在反应器筒体内部投加两束PVDF中空纤维超滤膜，一束进行无泡曝氢气，另一束模拟MBR工艺出水，利用氢生物膜态及悬浮态氢自养菌对贫碳源受氧化态污染物质污染的污水进行净化处理。本专利技术的反应器筒体的形状为圆柱形，将装置的高度降低、内径增大，有效容积不变。反应器筒体底部可连续进水，内部投加两束PVDF中空纤维超滤膜，膜组件通过三通及螺纹固定在反应器顶盖上，离线清洗和更换极为方便：一号PVDF中空纤维超滤膜中利用膜曝气的方法连续通入H2气体，H2扩散方式为无泡扩散，安全且100％高效利用；该膜组件采用U型结构，在不增加高度的基础上，增加了微生物的附着面积，并且使膜丝表面都可以与污水接触；二号PVDF中空纤维超滤膜结合MBR工艺利用蠕动泵连续抽滤出水，改进了自流出水使反应器密闭，内部存在悬浮态氢自养菌。底端固定伸入微孔注射器针头间歇微孔曝氢气，介于鼓泡曝气与无泡曝气之间，为反应器内部氢自养菌悬浮生长提供充足的电子。由于H2以微小气泡形式扩散，出于安全性考虑，反应器密封性良好，设有液位控制器，有效控制反应器内部的液位。反应器筒体内部还设置压力传感器，用以控制反应器内部氢气分压，保证氢气供应量，指示反应器安全；设置排气口目的在于定期使用真空泵抽真空，后重新通入一定分压氢气，保证氢气纯度，比如硫酸盐经过氢自养菌还原产生H2S气体。反应器采用磁力搅拌及回流扰动，通过高速回流使反应器内溶液混合均匀。在实际组装时，可通过法兰螺丝将反应器顶盖和反应器筒体紧密连接成一体，保证反应器内为严格密闭环境。反应器筒体下端设置微孔进气口，注射器针头伸入反应器筒体内部，严格密本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置，其特征在于，该装置包括底部支架(1)、设置在底部支架(1)上的反应器筒体(2)、沿反应器筒体(2)的轴向平行设置在反应器筒体(2)内部的1#膜组件(3)及2#膜组件(4)、设置在反应器筒体(2)顶部的反应器顶盖(5)，所述的1#膜组件(3)的轴向长度大于2#膜组件(4)的轴向长度，并沿轴向贯穿整个反应器筒体(2)的内腔，所述的1#膜组件(3)中通氢气，进行无泡曝气，所述的2#膜组件(4)则抽滤取反应器筒体(2)内上端液面作为出水，所述的反应器筒体(2)的下端一侧设有进水口(6)、氢气进气口(7)及微孔针头(8)，另一侧设有回流水出口(9)及排泥口(10)。
【技术特征摘要】
1.一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置，其特征在于，该装置包括底部支架(1)、设置在底部支架(1)上的反应器筒体(2)、沿反应器筒体(2)的轴向平行设置在反应器筒体(2)内部的1#膜组件(3)及2#膜组件(4)、设置在反应器筒体(2)顶部的反应器顶盖(5)，所述的1#膜组件(3)的轴向长度大于2#膜组件(4)的轴向长度，并沿轴向贯穿整个反应器筒体(2)的内腔，所述的1#膜组件(3)中通氢气，进行无泡曝气，所述的2#膜组件(4)则抽滤取反应器筒体(2)内上端液面作为出水，所述的反应器筒体(2)的下端一侧设有进水口(6)、氢气进气口(7)及微孔针头(8)，另一侧设有回流水出口(9)及排泥口(10)。2.根据权利要求1所述的一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置，其特征在于，所述的反应器筒体(2)中还设有液位控制器(11)以及压力传感器(12)，所述的反应器筒体(2)的上端还设有回流进水口(13)。3.根据权利要求1所述的一种结合MBR工艺的氢基质生物膜反应器装置，其特征在于，所述的1#膜组件(3)包括呈U字型设置的一号PVDF中空纤维膜丝(31)、套设在一号PVDF中空纤维膜丝(31)两端的一号套筒以及与一号套筒相连接的一号接头；所述的2#膜组件(4)包括呈U字型设置的二号PVDF中空纤维膜丝(41)、套设在二号PVDF中空纤维膜丝(41)两端的二号套筒以及与二号套筒相连接的二号接头。4.根据权利要求3所述的一种结合MBR工艺的氢基...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏四清，杨潇潇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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