富集反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的串联管式中空纤维膜装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种富集反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的串联管式中空纤维膜装置及其方法。它包括串联反应器系统、进出水系统、进出气系统。串联反应器系统由一定数量的管式中空纤维膜反应器串联组成。单根管式中空纤维膜反应器包括筒体、中空纤维膜束。进水系统包括进水罐、蠕动泵和进水管；出水系统包括溢流管、溢流瓶、出水管和出水罐。进气系统包括甲烷钢瓶、干路进气管和支路进气管；出气系统包括支路出气管、支路出气阀、出气汇流板、干路出气管和气袋。本发明专利技术利用管程的变化可以实现溶解氧浓度的梯度消减，反应器前端的好氧微生物消耗水体中的溶解氧，为后端厌氧甲烷氧化微生物提供厌氧条件，从而有效富集反硝化型厌氧甲烷氧化微生物。

Series tubular hollow fiber membrane device for enriching denitrifying anaerobic methane oxidizing microorganisms and its method

【技术实现步骤摘要】
富集反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的串联管式中空纤维膜装置及其方法
本专利技术属于微生物培养富集装置领域，具体涉及一种富集反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的串联管式中空纤维膜装置及其方法。
技术介绍
反硝化型厌氧甲烷氧化(N-DAMO)微生物包括硝酸盐型厌氧甲烷氧化古菌(Na-DAMO)和亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化细菌(Ni-DAMO)，能够耦合甲烷的厌氧氧化和硝酸盐或亚硝酸盐的还原过程，Na-DAMO和Ni-DAMO介导的甲烷氧化理论方程式如下：ΔGo'＝-765kJmol-1ΔGo'＝-928kJmol-1近年来，随着污水处理概念厂的提出，污水处理厂的低碳处理和能源开发成为可持续发展共识。N-DAMO微生物能够利用污泥厌氧消化过程产生的甲烷，将传统污水处理工艺末端的硝态氮还原为氮气。一方面，将甲烷氧化为二氧化碳排放，减少了排放气体的温室效应；另一方面，以原位产生的甲烷为电子受体，省略了传统反硝化过程中外加的有机碳源，节约了运营成本。因此，N-DAMO微生物具有很好的工程应用前景。微生物介导的反硝化型厌氧甲烷氧化过程涉及气相、液相和生物相三相反应。目前N-DAMO微生物富集工作中用到的反应器类型有磁搅式，磁搅气升式和一体式中空纤维膜反应器。磁搅气升式在磁搅式的基础上，采用微孔曝气的方式增大了气液接触面积，强化了甲烷传质过程；一体式中空纤维膜反应器在保证气体传质效果的前提下，使生物相附着于膜表面，减少了连续流运行过程中生物量的损失，且通常设置液体外循环，使反应器内液相接近完全混合状态。研究表明反硝化型厌氧甲烷氧化微生物需在严格厌氧的条件下生长，因此实验规模下的全混合态反应器的进水罐需进行预曝气处理以去除进水中的溶解氧，但实际污水处理厂中二沉池出水往往不能达到完全厌氧的状态。此外，一体式中空纤维膜反应器面临膜污染后反应装置整体崩溃的问题，在实际废水处理过程中的可调性较差。基于以上问题，本专利提出一种反硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置。该装置内的流体流态接近平推流状态，液相条件包括基质浓度、溶解氧以及pH等会随着流经管程的不同而梯度变化。对于含有一定溶解氧浓度的废水，该装置可利用前端的好氧微生物预消耗水体中的溶解氧，为后端反硝化型厌氧甲烷氧化微生物提供适宜的生长条件。同时，串联系统的设置增加了反应器系统的灵活性，实际运行中可更换部分管式中空纤维膜反应器或调整管式中空纤维膜反应器的位置来应对膜污染问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中进水不能达到完全厌氧状态时，一体式中空纤维膜反应器面临膜污染后装置整体崩溃的问题，并提供一种富集反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的串联管式中空纤维膜装置，使反硝化型厌氧甲烷氧化微生物在富集过程中对进水中的溶解氧具有一定的缓冲能力，同时提供一种灵活性较高的微生物培养装置，对实际废水的处理具有更好的适应性。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种反硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，它包括串联反应器系统、进水系统、出水系统、进气系统和出气系统；所述串联反应器系统包括若干管式中空纤维膜反应器和若干串联管；每个管式中空纤维膜反应器包括筒体和中空纤维膜束，所述筒体底部设有进水口和进气口，筒体顶部设有出水口和出气口，中空纤维膜束沿轴向设置于筒体内腔中，中空纤维膜束顶端封闭，底端连通进气口，筒体内设置有溶解氧探头和pH探头；若干条管式中空纤维膜反应器的水流流路串联，位于上游的管式中空纤维膜反应器的出水口通过串联管连接位于下游的管式中空纤维膜反应器的进水口；所述的进水系统包括进水罐、进水泵和进水管，进水管连接进水罐和位于串联流路最前端的管式中空纤维膜反应器的进水口，所述进水泵设置于进水管上；所述出水系统包括溢流管、溢流瓶、出水管和出水罐，溢流管连接溢流瓶和位于串联流路最末端的管式中空纤维膜反应器的出水口，溢流瓶通过出水管连接出水罐；所述进气系统包括甲烷钢瓶、干路进气管和支路进气管，干路进气管一端连接甲烷钢瓶的出气口，另一端分别连接若干条支路进气管，每条支路进气管分别连接一个管式中空纤维膜反应器的进气口；靠近出气口位置的干路进气管设有干路进气阀和干路气压表，每条所述的支路进气管上分别设有支路进气阀和支路气压表；所述的出气系统包括支路出气管、汇流板、干路出气管和气袋，每个管式中空纤维膜反应器的出气口分别通过带有支路出气阀的干路出气管连接至汇流板，经汇流板汇流后经由干路出气管连接至气袋。作为优选，管式中空纤维膜反应器的长径比为8～20。作为优选，管式中空纤维膜反应器内的膜丝填充密度为100～500m2/m3。作为优选，所述的串联反应器系统中，至少有3个及以上的管式中空纤维膜反应器。作为优选，所述的管式中空纤维膜反应器的串联方式为水平横向串联、垂直竖向串联或横竖向组合串联。作为优选，所述的进水泵采用蠕动泵。作为优选，所述的溢流瓶的水流进口低于出口，且出口高度与管式中空纤维膜反应器的最高液面高度平齐。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述串联管式中空纤维膜装置的硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集方法，其步骤如下：向进水罐中加入悬浮态接种污泥，开启进水系统中的进水泵，通过进水管给串联反应器系统持续接种污泥，接种至串联管式中空纤维膜反应器内的中空纤维膜束表面附着一层污泥后，关闭进水泵；将进水罐中液体更换为新鲜培养基，开启进水泵，使新鲜培养基通过进水管进入沿程的管式中空纤维膜反应器，调节流量使反应器内的流体流态呈平推流态；培养基经串联管流经整个串联反应器系统，最后通过溢流管进入溢流瓶，待溢流瓶内液面与管式中空纤维膜反应器内液面高度平齐后，出水流经出水管进入出水罐；打开并调节进气系统中的干路进气阀，使干路气压表的读数在1.2atm，然后依次打开和调节支路进气阀，使各支路气压表的读数保持一致，再调节干路进气阀，使各支路进气阀的读数保持在1.2atm；甲烷钢瓶中的甲烷气体经干路进气管、支路进气管流入管式中空纤维膜反应器，通过中空纤维膜束的侧壁溢出并溶于液相，供膜上微生物利用；当支路气压表的度数下降至1.0atm以下时，重新调节干路进气阀和支路进气阀，恢复支路气压至1.2atm；生物反应过程产生的气体通过管式中空纤维膜反应器顶部的出气口进气支路出气管，定期打开支路出气阀，将气体排入汇流板，最终通过干路出气管进入气袋；保持新鲜培养基持续进入沿程的各管式中空纤维膜反应器中，串联流路前端的好氧微生物逐渐消耗新鲜培养基中的溶解氧，沿管程形成溶解氧浓度梯度消减的状态，为后端厌氧甲烷氧化微生物提供厌氧条件，好氧甲烷氧化微生物和反硝化型厌氧甲烷氧化微生物沿管程逐渐分离，实现反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的富集。作为优选，串联反应器系统内，各管式中空纤维膜反应器中的流体流态均为平推流状态或接近平推流状态；管式中空纤维膜反应器内的pH维持在7.0-7.5范围内。作为优选，串联反应器系统中的气路通过并联的方式连接，支路进气管中的气压可通过干路进气阀和支路进气阀协同调节，各支路气压相等且在1～2atm范围内。本专利技术具有的有益效果：1)利用中空纤维膜进行通气，保证了气液接触面积和甲烷分压，保证了优良的甲烷传质效果，同时使生物相附着于中空纤维膜表面，具有良好的生物截留作用；2)利用管式反应器通过控制流量使装置内的流体流态接近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，其特征在于，包括串联反应器系统(Ⅰ)、进水系统(Ⅱ)、出水系统(Ⅲ)、进气系统(Ⅳ)和出气系统(Ⅴ)；所述串联反应器系统(Ⅰ)包括若干管式中空纤维膜反应器(1)和若干串联管(2)；每个管式中空纤维膜反应器(1)包括筒体(3)和中空纤维膜束(4)，所述筒体(3)底部设有进水口(5)和进气口(8)，筒体(3)顶部设有出水口(6)和出气口(9)，中空纤维膜束(4)沿轴向设置于筒体(3)内腔中，中空纤维膜束(4)顶端封闭，底端连通进气口(8)，筒体(3)内设置有溶解氧探头(30)和pH探头(31)；若干条管式中空纤维膜反应器(1)的水流流路串联，位于上游的管式中空纤维膜反应器(1)的出水口(6)通过串联管(2)连接位于下游的管式中空纤维膜反应器(1)的进水口(5)；所述的进水系统(Ⅱ)包括进水罐(10)、进水泵(11)和进水管(12)，进水管(12)连接进水罐(10)和位于串联流路最前端的管式中空纤维膜反应器(1)的进水口(5)，所述进水泵(11)设置于进水管(12)上；所述出水系统(Ⅲ)包括溢流管(13)、溢流瓶(14)、出水管(15)和出水罐(16)，溢流管(13)连接溢流瓶(14)和位于串联流路最末端的管式中空纤维膜反应器(1)的出水口(6)，溢流瓶(14)通过出水管(15)连接出水罐(16)；所述进气系统(Ⅳ)包括甲烷钢瓶(17)、干路进气管(20)和支路进气管(21)，干路进气管(20)一端连接甲烷钢瓶(17)的出气口，另一端分别连接若干条支路进气管(21)，每条支路进气管(21)分别连接一个管式中空纤维膜反应器(1)的进气口(8)；靠近出气口位置的干路进气管(20)设有干路进气阀(18)和干路气压表(19)，每条所述的支路进气管(21)上分别设有支路进气阀(22)和支路气压表(23)；所述的出气系统(Ⅴ)包括支路出气管(25)、汇流板(26)、干路出气管(27)和气袋(28)，每个管式中空纤维膜反应器(1)的出气口(9)分别通过带有支路出气阀(24)的干路出气管(27)连接至汇流板(26)，经汇流板(26)汇流后经由干路出气管(27)连接至气袋(28)。...

【技术特征摘要】
1.一种反硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，其特征在于，包括串联反应器系统(Ⅰ)、进水系统(Ⅱ)、出水系统(Ⅲ)、进气系统(Ⅳ)和出气系统(Ⅴ)；所述串联反应器系统(Ⅰ)包括若干管式中空纤维膜反应器(1)和若干串联管(2)；每个管式中空纤维膜反应器(1)包括筒体(3)和中空纤维膜束(4)，所述筒体(3)底部设有进水口(5)和进气口(8)，筒体(3)顶部设有出水口(6)和出气口(9)，中空纤维膜束(4)沿轴向设置于筒体(3)内腔中，中空纤维膜束(4)顶端封闭，底端连通进气口(8)，筒体(3)内设置有溶解氧探头(30)和pH探头(31)；若干条管式中空纤维膜反应器(1)的水流流路串联，位于上游的管式中空纤维膜反应器(1)的出水口(6)通过串联管(2)连接位于下游的管式中空纤维膜反应器(1)的进水口(5)；所述的进水系统(Ⅱ)包括进水罐(10)、进水泵(11)和进水管(12)，进水管(12)连接进水罐(10)和位于串联流路最前端的管式中空纤维膜反应器(1)的进水口(5)，所述进水泵(11)设置于进水管(12)上；所述出水系统(Ⅲ)包括溢流管(13)、溢流瓶(14)、出水管(15)和出水罐(16)，溢流管(13)连接溢流瓶(14)和位于串联流路最末端的管式中空纤维膜反应器(1)的出水口(6)，溢流瓶(14)通过出水管(15)连接出水罐(16)；所述进气系统(Ⅳ)包括甲烷钢瓶(17)、干路进气管(20)和支路进气管(21)，干路进气管(20)一端连接甲烷钢瓶(17)的出气口，另一端分别连接若干条支路进气管(21)，每条支路进气管(21)分别连接一个管式中空纤维膜反应器(1)的进气口(8)；靠近出气口位置的干路进气管(20)设有干路进气阀(18)和干路气压表(19)，每条所述的支路进气管(21)上分别设有支路进气阀(22)和支路气压表(23)；所述的出气系统(Ⅴ)包括支路出气管(25)、汇流板(26)、干路出气管(27)和气袋(28)，每个管式中空纤维膜反应器(1)的出气口(9)分别通过带有支路出气阀(24)的干路出气管(27)连接至汇流板(26)，经汇流板(26)汇流后经由干路出气管(27)连接至气袋(28)。2.如权利要求1所述的硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，其特征在于，管式中空纤维膜反应器(1)的长径比为8～20。3.如权利要求1所述的硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，其特征在于，管式中空纤维膜反应器(1)内的膜丝填充密度为100～500m2/m3。4.如权利要求1所述的硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，其特征在于，所述的串联反应器系统(Ⅰ)中，至少有3个及以上的管式中空纤维膜反应器(1)。5.如权利要求1所述的硝化型厌氧甲烷氧化微生物富集用串联管式中空纤维膜装置，其特征在于，所述的管式中空纤维膜反应器(1)的串联方式为水平横向串联、垂直竖向串联或横竖向组...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宝兰，李雨芬，王家骐，华淼莲，叶天强，郑平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33