[发明专利]以二氧化碳为碳源的回流式水平流氢基质生物膜反应器

说明书

技术领域

本发明涉及—种以二氧化碳为碳源的水平流回流式氢基质生物膜反应器，具体是采用二氧化碳为无机碳源，利用氢自养菌生物膜对贫碳源受氧化态污染物质污染的污水进行净化处理的水平流回流式氢基质生物膜反应器，属于环境工程和市政工程污水处理技术领域。 

背景技术

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）。 

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，PVDF中空纤维膜作为生物膜载体。氢气从PVDF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。申请号为201210525050.2的装置反应器筒体内设有内部通H₂的膜组件和内部通CO₂的膜组件，其中H₂作为初始能源和无机氢供体，CO₂作为碳源，利用膜曝气方法通入CO₂气体，CO₂溶于水后产生的H₂CO₃，可还原氧化性污染物，中和过程中产生的OH^-生成HCO₃^-，HCO₃^-可作为氢自养还原菌生长必需的无机碳源被其利用，通过调节CO₂分压，调节反应器内溶液pH值，在氢自养还原菌适宜生长的范围内，并有效控制Ca²⁺、Mg²⁺离子的沉淀。该反应器采用回流式搅拌，通过高速回流使反应器内溶液混合均匀，当生物膜过厚时，可通过高速反冲洗进行洗膜。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，由于上述反应器均采用竖向流进水方式，即反应器形状为立式反应器，在垂直方向上深度较大。随着氢气和二氧化碳通过膜孔扩散到介质中，膜丝内气 体压力沿程降低较快，到一定高度时气体压力小于周围水压，出现水渗入膜丝的情况，该处以下膜表面得不到气体供应，影响反应器的正常运行。 

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，上述专利中反应器内液体的完全混合状态由较高的回流比实现，一般需要达到150以上，需要消耗大量能源，在实际工程中不可能实现，限制了其在实际工程应用中的推广。 

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。 

发明内容

本发明的目的是提供—种利用二氧化碳为碳源的水平流回流式氢基质生物膜反应器。该反应器处理效果好，气体利用率高，拆卸更换膜组件简单易行，可进行工程放大化。