一种氢基质生物膜反应器及其去除地下水中高氯酸盐的方法技术

本发明专利技术涉及一种氢基质生物膜反应器及其去除地下水中高氯酸盐（ClO

Hydrogen matrix biofilm reactor and method for removing perchlorate in ground water

The present invention relates to a hydrogen matrix biofilm reactor and the removal of perchlorate (ClO) in ground water

【技术实现步骤摘要】
一种氢基质生物膜反应器及其去除地下水中高氯酸盐的方法
本专利技术涉及水净化
，具体涉及一种氢基质生物膜反应器及其去除地下水中高氯酸盐的方法。
技术介绍
高氯酸盐（ClO4-）是一种有毒的无机化合物，广泛应用于烟火制造、军工生产以及爆破作业等领域，在生产使用过程中可通过多种途径进入水体环境。由于具有高溶解性、非挥发性、高稳定性和高流动性等特点，可通过水的流动迅速扩散至地下水、地表水或饮用水中。进入人体后不仅会影响身体的新陈代谢及免疫功能，甚至可能导致婴儿发育不良和智力低下等问题。美国环保署已将ClO4-列入第一批环境污染物候选名单，并规定饮水中的含量不得高于15μg/L。目前，在世界各地的水体环境中均检测出了ClO4-，而我国作为传统的烟花生产及消费大国，其污染情况则更为严重。目前，ClO4-的物化处理方法涉及膜过滤、光催化、离子交换、化学还原、电渗析等，但均易产生二次污染，设备运行维护费用高，耗资较大，在实际应用中受到较大限制。生物还原法对ClO4-的去除效果较好，设备简单，但原料制备复杂且利用率较低，易造成浪费，不适于实际水处理工程中的应用。现有技术并没有一种在工程上应用效率高的地下水中ClO4-处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氢基质生物膜反应器及其去除地下水中高氯酸盐中的方法。本专利技术提供的氢基质生物膜反应器能够实现对地下水中高氯酸盐的高效去除。本专利技术提供了一种氢基质生物膜反应器，包括筒体、回流系统、进出水管路系统及供氢系统；所述回流系统与筒体的水流出入口连接，保证筒内水流向为自下而上；所述进出水管路系统中，进水口设在筒体底部，水在中空纤维膜的外部流动，由设在反应器上端的出水口排出；所述筒体中心设有中空纤维膜作为生物膜的附着载体，中空纤维膜的两端固定在所述筒体两端；所述中空纤维膜的顶端与供氢系统的氢气管路连接，氢气从反应器顶部进入到中空纤维膜，以无泡方式从膜的中空纤维膜内层扩散到外层，排到筒体内，再由出水口排出。优选的是，所述中空纤维素膜的材质为聚氯乙烯。优选的是，所述中空纤维素膜的表面积与筒体体积的比为（0.18~0.23）：1m2/L。优选的是，所述中空纤维素膜规格为平均孔径为0.02μm，内径为1.0mm，外径为1.66mm。本专利技术还提供了上述技术方案所述氢基质生物膜反应器在去除地下水中高氯酸盐中的应用。优选的是，所述应用包括以下步骤：1）将驯化污泥与含有100~1000μg/L的ClO4-的驯化用模拟水混合，排出空气后通入氢气，30℃震荡培养；所述模拟水中包括碳源、氮源和磷酸盐缓冲液，所述碳源包括浓度为70~90mg/L的NaHCO3；所述氮源包括浓度为30~60mg/L的NaNO3；所述磷酸盐缓冲液包括Na2HPO4和KH2PO4；待所述模拟水中的NO3-浓度低于0.5mg/L时，得到驯化中间产物；将所述驯化中间产物与含有100~1000μg/L的ClO4-的驯化用模拟水混合重复上述驯化步骤，当ClO4-的还原速率达到稳定，即ClO4-浓度恒定，得到反应器接种用的氢自养菌；2）开启进出水管路系统，将挂膜用水以1.0mL/min流速通入上述技术方案所述的氢基质生物膜反应器中，接种所述步骤1）得到的反应器接种用的氢自养菌，关闭进出水管路系统，开启回流系统、供氢系统和进出水管路系统，进行反应器的挂膜；所述挂膜用水不含ClO4-，包括浓度为44mg/L的NO3-；所述供氢系统提供0.04MPa的氢分压；所述回流系统提供0.5mL/min的回流流量；3）在反应器稳定运行20d后，将进水流量设为2.0mL/min，当出水中NO3-浓度低于0.5mg/L时，且中空纤维膜表面附着的生物膜达到1mm，挂膜完成；4）在体系中通入待处理地下水水样，对所述地下水中的ClO4-进行去除。优选的是，所述步骤1）的模拟水包括以下浓度的组分：60mg/L的NaNO3，80mg/L的NaHCO3，216mg/L的Na2HPO4·12H2O，236mg/L的KH2PO4，1mg/L的FeSO4·7H2O，1mg/L的CaCl2·2H2O，0.1mg/L的ZnSO4·7H2O，0.3mg/L的H3BO3，0.2mg/L的CoCl2·6H2O，0.01mg/L的CuCl2·2H2O，0.03mg/L的Na2MoO4·2H2O，0.01mg/L的MnCl2·4H2O和0.01mg/L的NiCl2·6H2O。优选的是，所述步骤1）驯化后的反应器接种用的氢自养菌包括反硝化细菌和高氯酸盐还原菌。优选的是，所述步骤4）的去除过程中的氢分压为0.03~0.05MPa。优选的是，所述步骤4）的去除过程中的进水流量为1.5~2.5mL/min，回流水流量为0.5~5mL/min，水力停留时间为12~20h，进水ClO4-浓度不高于1500μg/L。本专利技术提供了一种氢基质生物膜反应器及其在去除地下水中高氯酸盐中的应用。本专利技术提供的氢基质生物膜反应器可以使水中ClO4-和微生物膜充分接触，通过控制氢气供应量、水力停留时间和进水污染物浓度而实现对ClO4-的快速、安全和高效的去除；且本专利技术反应器拆卸更换膜组件简单方便，气体利用率高，不产生二次污染。附图说明图1为本专利技术提供的氢基质生物膜反应器的结构示意图；图2为本专利技术实施例1提供的出水ClO4-浓度动态图；图3为本专利技术实施例1提供的出水Cl-浓度动态图；图4为本专利技术实施例3提供的出水ClO4-和Cl-浓度动态图。具体实施方式本专利技术提供了一种氢基质生物膜反应器，包括筒体、回流系统、进出水管路系统及供氢系统；所述回流系统与筒体的水流出入口连接，保证筒内水流向为自下而上；所述进出水管路系统中，进水口设在筒体底部，水在中空纤维膜的外部流动，由设在反应器上端的出水口排出；所述筒体中心设有中空纤维膜作为生物膜的附着载体，中空纤维膜的两端固定在所述筒体两端；所述中空纤维膜的顶端与供氢系统的氢气管路连接，氢气从反应器顶部进入到中空纤维膜，以无泡方式从膜的中空纤维膜内层扩散到外层，排到筒体内，再由出水口排出。所述氢气的供应能够保证氢自养菌的高效筛选和生长。在本专利技术中，所述氢基质生物膜反应器的结构示意图具体参见图1。本专利技术提供的反应器包括筒体，本专利技术对筒体的规格没有特殊的限定，采用污水处理反应器的常规规格即可。具体的在本专利技术的实施例中，采用的是有效容积为1.8L，筒体内径为700mm，高500mm的装置，所述筒体垂直于地面放置。本专利技术提供的生物膜反应器包括回流系统，所述回流系统通过筒体的回流口连接至回流泵再从反应器筒体底部的回流进水口进入筒体，从而保证筒内水流向为自下而上；所述回流系统包括回流泵和回流管线；在本专利技术中，所述回流系统的作用是实现反应器中溶液混合均匀，防止筒体下方菌落营养过剩而上方菌落营养不足导致挂膜不均匀。本专利技术提供的生物膜反应器包括进出水管路系统；所述进出水管路系统包括储水罐、进水管、进水泵和出水口，进水口设在筒体底部，水在中空纤维膜的外部流动，由设在反应器上端的出水口排出。本专利技术提供的反应器包括供氢系统，所述供氢系统与氢基质生物膜反应器顶部的中空纤维膜一端连接，所述供氢系统包括氢气源和氢气管线，所述氢气管线将氢气通入到中空纤维膜中；氢气进入中空纤维膜后，以无泡方式从膜的中空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢基质生物膜反应器，其特征在于，包括筒体、回流系统、进出水管路系统及供氢系统；所述回流系统与筒体的水流出入口连接，保证筒内水流向为自下而上；所述进出水管路系统中，进水口设在筒体底部，水在中空纤维膜的外部流动，由设在反应器上端的出水口排出；所述筒体中心设有中空纤维膜作为生物膜的附着载体，中空纤维膜的两端固定在所述筒体两端；所述中空纤维膜的顶端与供氢系统的氢气管路连接，氢气从反应器顶部进入到中空纤维膜，以无泡方式从膜的中空纤维膜内层扩散到外层，排到筒体内，再由出水口排出。

【技术特征摘要】
1.一种氢基质生物膜反应器，其特征在于，包括筒体、回流系统、进出水管路系统及供氢系统；所述回流系统与筒体的水流出入口连接，保证筒内水流向为自下而上；所述进出水管路系统中，进水口设在筒体底部，水在中空纤维膜的外部流动，由设在反应器上端的出水口排出；所述筒体中心设有中空纤维膜作为生物膜的附着载体，中空纤维膜的两端固定在所述筒体两端；所述中空纤维膜的顶端与供氢系统的氢气管路连接，氢气从反应器顶部进入到中空纤维膜，以无泡方式从膜的中空纤维膜内层扩散到外层，排到筒体内，再由出水口排出。2.根据权利要求1所述的生物膜反应器，其特征在于，所述中空纤维素膜的材质为聚氯乙烯。3.根据权利要求1所述的生物膜反应器，其特征在于，所述中空纤维素膜的表面积与筒体体积的比为（0.18~0.23）：1m2/L。4.根据权利要求1~3任意一项所述的生物膜反应器，其特征在于，所述中空纤维素膜规格为平均孔径为0.02μm，内径为1.0mm，外径为1.66mm。5.权利要求1~4任意一项所述氢基质生物膜反应器在去除地下水中高氯酸盐中的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：1）将驯化污泥与含有100~1000μg/L的ClO4-的驯化用模拟水混合，排出空气后通入氢气，30℃震荡培养；所述模拟水中包括碳源、氮源和磷酸盐缓冲液，所述碳源包括浓度为70~90mg/L的NaHCO3；所述氮源包括浓度为30~60mg/L的NaNO3；所述磷酸盐缓冲液包括Na2HPO4和KH2PO4；待所述模拟水中的NO3-浓度低于0.5mg/L时，得到驯化中间产物；将所述驯化中间产物与含有100~1000μg/L的ClO4-的驯化用模拟水混合重复上述驯化步骤，当ClO4-的还原速率达到稳定，即ClO4-浓度恒定，得到反应器接种用的氢自养菌；2）开启进出水管路系统，将挂膜用...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋敏敏，李海翔，韩亚梅，张欢，林华，张学洪，曾鸿鹄，莫凌云，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45