[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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：

ΔG^o'＝-765kJmol^-1

ΔG^o'＝-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。

发明内容

本发明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。

本发明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；