[发明专利]一种甲烷基质生物膜反应器及去除饮用水中高氯酸盐的工艺

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术的应用领域，具体涉及一种甲烷基质生物膜反应器及去除高氯酸盐的工艺。

背景技术

高氯酸盐一直被广泛用于火箭及导弹的推进剂、烟花爆竹制造、军火工业、汽车气囊、润滑剂、电镀液、皮革鞣剂、橡胶制品染料涂料、高速公路安全闪光板等众多领域，农业施肥过程中也存在高氯酸盐。过高浓度的高氯酸盐对人体具有抑制甲状腺吸收碘的影响作用，削弱甲状腺活性机能，造成甲状腺功能失调，影响人体正常的新陈代谢，影响婴幼儿的正常生长和大脑发育。高氯酸盐具有极易溶于水、扩散速度快并且性质稳定的特点，一旦进入到环境中，很容易随着地下水和地表水不断发生迁移扩散，导致高氯酸盐的污染进一步扩大，甚至对饮用水源构成威胁。随着工农业和社会经济的迅速发展，高氯酸盐的应用越来越多，生产和使用中高氯酸盐的排放和废弃也越来越多，使得高氯酸盐在水体中的积累日趋严重。国内研究调查表明，我国部分水域高氯酸盐的含量较高。作为大量使用农药化肥的传统农业大国，同时也是烟花爆竹、易燃易爆物生产以及消费大国，高氯酸盐对地下水、地表水及饮用水的潜在污染问题不容忽视，谋求高效、环保、安全的高氯酸盐去除技术势在必行。

生物还原高氯酸盐法，因其成本低、效率高，近年来成为了国内外密切关注的研究方向之一。高氯酸盐具有非挥发性和高溶解性，普通物理方法如过滤、沉淀等基本无处理效果；并且高氯酸盐具有强氧化性，使其在一般环境条件下与大多数还原剂都不发生反应，化学处理开发技术成本较大，难度较高。相比之下，生物还原高氯酸盐法被认为是一种经济、有效和安全的技术。的生物还原降解途径，通常是在缺氧或厌氧的条件下，以自身作为电子受体，在外源电子供体的存在条件下，按照的过程依次转化降解，此过程中释放的O₂可以被甲烷氧化过程所利用。

厌氧甲烷氧化耦合高氯酸盐还原，是一个甲烷氧化菌与高氯酸盐还原菌相互作用的过程；依靠厌氧甲烷氧化微生物以甲烷作为有机碳源和能源将甲烷氧化为二氧化碳，提供电子供体，作为电子受体在高氯酸盐还原菌的作用下得到降解。与甲烷反应所释放的能量较大，可以作为甲烷氧化的电子受体，热力学反应公式如下所示：

ΔG⁰＇＝-792kJmol^-1CH₄

甲烷作为污染水体生物处理技术的新型碳源，具有来源广泛、廉价无毒、储备充足、溶解度低不会引起出水COD增加的优点，与甲醇、乙酸等碳源相比具有明显的优势，甲烷在废水处理中具有潜在应用性，厌氧甲烷氧化耦合高氯酸盐还原技术的研发对于污染水体的治理和达标排放以及实现甲烷的资源化且有效减缓甲烷排放引发的温室效应利用具有重要意义。厌氧甲烷氧化耦合高氯酸盐还原过程是一种潜在的新型水处理技术。

由于甲烷氧化菌为自养微生物，生长缓慢；另一方面，甲烷气体在水中溶解度低，传质系数较小，常用的生物反应器，如序批式反应器(SBR)、连续搅拌罐反应器(CSTR)和生物膜反应器(MBR)等，在厌氧甲烷氧化耦合高氯酸盐还原技术的应用受到了限制。因此缩短系统微生物的富集时间，提高甲烷气体利用率，提高系统微生物的处理效率，研发高效、环保、安全的处理装置成为了解决甲烷氧化耦合高氯酸盐还原技术发展瓶颈问题的重要途径。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明要解决的技术问题之一是提供一种甲烷基质生物膜反应器，包括反应器壳体，中空纤维膜组件，供水系统及甲烷供气系统。该反应器有效提高甲烷利用率，在较短时间内得到富集的甲烷氧化耦合高氯酸盐还原的系统微生物，实现高氯酸盐的高效去除。

所述反应器壳体(10)下部设有进水口(1)、上部设有出水口(3)、顶端设有顶端法兰盖(6)和底端设有底座(11)；

所述顶端法兰盖向外设置7个进气口(5)，向内设置固结的膜组件固定件(8)与顶端法兰盖(6)紧固连结；

所述壳体上部还设有内循环出水口(2)，在所述壳体下部还设有内循环进水口(4)，在所述内循环出水口(2)和内循环进水口(4)之间设置控制阀门(12)、流量计(14)、内循环水泵(13)及管线；

所述壳体(10)内部设置7组中空纤维膜组件，由中空纤维膜丝束(9)和膜组件封头(8)组成，中空纤维膜丝束(9)呈U型开口向上，端口通过环氧树脂胶固结并密封固定在膜组件封头(8)上；

所述中空纤维膜丝束(9)的中空纤维膜为市售的脱气膜，疏水性中空纤维膜，聚丙烯材质，膜外径400μm～450μm，膜内径320μm～350μm，膜孔径为0.02μm～0.2μm；