[发明专利]一种处理饮用水中氧化性污染物的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理饮用水中氧化性污染物质的装置，属于环境工程中饮用水中氧化性污染物质的处理技术领域，具体是利用氢气自养菌生物膜对污染水体进行净化处理的装置。

背景技术

在我国的不少地区饮用水的氧化性污染物质污染相当严重，这些氧化性物质主要包括硝酸盐、高价态重金属物质及挥发性有机物质如氯仿等。含高浓度硝酸盐污染的饮用水被婴幼儿饮用后，易导致“蓝婴综合症”。为了提高饮水安全性，世界上很多国家设定了饮用水中硝酸盐和亚硝酸盐浓度标准，世界卫生组织(WHO)规定的饮用水中硝酸盐氮含量不超过10mg·L^-1；我国现行GB/T14848-93地下水水质标准中III类饮用水标准规定NO₃^--N≤20mg·L^-1。目前去除饮用水中硝酸盐的方法主要有离子交换法、反渗透法、电解法、化学还原法及异养生物反硝化法。反渗透、离子交换和电渗析通常认为是去除含硝酸盐污染地下水的最佳可行技术(BAT)。然而，前四种方法属于物理化学法处理技术领域，其所需装置复杂，技术成本高，处理后产生的浓缩废液还需要进一步处理；异养生物反硝化常常因地下水中有机物含量较低而受到限制。对饮用水中的高价态重金属如六价铬，国内外通常使用FeSO₄^-石灰法、SO₂还原法、电解法、铁氧体法、钡盐法、活性炭吸附法、铁屑过滤法、反渗透、电渗析法及藻类吸附等，这些方法有一定的效果，但耗资较大，还可能造成二次污染。近年来研究表明，微生物法处理重金属铬，不仅去除效率高，而且运行成本低。生物还原可以将Cr(VI)以适当的方式还原成Cr(III)而降低其毒性，或者还原所生成的Cr(III)形成Cr(OH)₃(s)沉淀，通过过滤加以去除，但饮用水中有机营养贫乏，异养生物还原Cr(VI)也受到一定的限制。

氢基质膜生物技术是一种自养生物还原方法，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扩散到膜外的过程中，被膜面的微生物利用；同时，氧化性物质被还原而达到净水目的，如硝酸盐被彻底还原为氮气，Cr(VI)被还原成Cr(III)而使其毒性降低，或者还原所生成的Cr(III)形成Cr(OH)₃(s)沉淀后经过滤而得以去除。氢气原料具有清洁、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。美国亚利桑那州立大学的Rittmann教授采用hollow fiber membrane biofilm reactor(HFMBfR)处理饮用水中的氧化性污染物质，如硝酸盐、六价铬等，取得良好效果；但该反应器采用外循环泵以达到完全混合的效果，动力消耗大，且膜组件膜拆卸不方便，膜面沉积钙盐等污染物质后不易清除，限制了氢气的供应及有效利用，对处理效果的影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理饮用水中氧化性污染物质的装置，该装置属于完全混合式氢基质膜生物反应器，具有生物挂膜容易，氢气利用率高，污染物去除效率高，膜组件易于拆卸和清洗、膜污染易于清除等优点，解决了基于氢基质的生物膜反应器因氢气利用效率低、膜污染不易清除及膜组件不易更换等限制其推广应用的问题。

为达上述目的，本发明是通过如下的技术方案实现的：包括设有进水口和出水口的筒体，以及筒体内的内膜孔与氢气连接的中空纤维膜，氢气由内膜孔扩散到膜外，流经膜面的水中的氧化性物质被膜面氢自养微生物还原而除去。其结构要点是：筒体内的底部固定盘的中心固结水下搅拌器；筒体下部进水口和放空管的上面设有与筒体内壁固定连接的固定支架装置，固定支架装置开设与支架螺栓大小匹配的孔；筒体内有2-4组均由中空纤维膜和两端的膜组件端头套筒组成的可拆卸中空纤维膜组件；两端的膜组件端头套筒和中空纤维膜通过纤维膜密封胶固结并密封；两端的膜组件端头套筒的外螺纹与内螺纹紧固套筒的螺纹匹配，通过正、反方向旋转与法兰盖固结的膜组件固定件的外周凸台上挂有的能转动的内螺纹紧固套筒，选择将顶端的膜组件端头套筒与膜组件固定件连接成一体，或分开；同样，通过正、反方向旋转膜组件支架的外周凸台上挂有能转动的内螺纹紧固套筒，选择将底端的膜组件端头套筒与膜组件支架连接成一体，或分开；底端的膜组件支架上固结有支架螺栓，将支架螺栓插入固定支架装置的孔内，达到可拆卸中空纤维膜组件的安装就位；再通过固定螺母及螺栓将法兰盖、法兰垫片与筒体顶端的法兰固结成一体，构成处理饮用水中氧化性污染物质的装置。