本實(shí)用新型屬于環(huán)境工程和市政工程污水處理的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無泡曝氣與微孔曝氣相結(jié)合的混合式氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

在我國的不少地區(qū)，地下水被氧化態(tài)物質(zhì)污染的程度是相當(dāng)嚴(yán)重的。這些氧化態(tài)物質(zhì)主要包括離子化合物(如硝酸鹽、硫酸鹽、溴酸鹽等)，氧化態(tài)重金屬(Cr(Ⅵ))和揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)(如氯仿、對硝基氯苯等)。

在污水處理、水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor)，是一種由活性污泥法與結(jié)合的新型水處理技術(shù)。膜的種類繁多，按分離機(jī)理進(jìn)行分類，有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等；按膜的性質(zhì)分類，有天然膜(物膜)和合成膜(有機(jī)膜和無機(jī)膜)；按膜的結(jié)構(gòu)型式分類，有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。

氫基質(zhì)生物膜技術(shù)是一種自養(yǎng)生物還原方法，具有清潔、無殘留、利用率高、成本低廉、無須后續(xù)生物穩(wěn)定性處理等優(yōu)點(diǎn)，適用于有機(jī)碳源缺乏的地下水處理。該技術(shù)采用氫氣作為電子供體，中空纖維膜作為生物膜載體。氫氣從中空纖維膜內(nèi)部通過無泡擴(kuò)散方式擴(kuò)散到膜外，被膜表面的微生物利用；同時(shí)，氧化性物質(zhì)被還原而達(dá)到凈化水質(zhì)目的，如硝酸鹽被徹底還原為無毒的氮?dú)?，溴酸鹽被還原成低毒的溴離子。

氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器在我國的使用目前停留在實(shí)驗(yàn)室研究較多，如申請?zhí)?00810202126.1和申請?zhí)?01210525050.2的中國專利申請。其中，后者是前者的改進(jìn)裝置。申請?zhí)?00810202126.1的專利，筒體內(nèi)底有水下攪拌器，下部有與內(nèi)壁固結(jié)的固定支架裝置，內(nèi)部有通過纖維膜密封膠將兩端的中空纖維膜和膜組件端頭套筒固結(jié)并密封的可拆卸中空纖維膜組件，膜組件端頭套筒通過內(nèi)螺紋緊固套筒分別與底端的膜組件支架和頂端與法蘭蓋固結(jié)的膜組件固定件連接，法蘭蓋上有氫氣管接頭。氫氣可經(jīng)由膜組件端頭套筒進(jìn)入中空纖維膜內(nèi)部并以無泡擴(kuò)散的方式擴(kuò)散到膜絲外表面。通過長期的運(yùn)行實(shí)踐，上述專利中的氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，但存在以下4個(gè)問題：1)上述專利PVDF中空纖維超濾膜膜長及膜絲根數(shù)受到反應(yīng)器大小的限制，膜絲根數(shù)有限，中空纖維膜組件頂端通氫氣：膜絲過長，氫氣在傳輸過程中受到沿程阻力影響擴(kuò)散不均，導(dǎo)致膜絲表面生物膜頂端較厚，底端較薄，氫氣利用效率低；膜絲過短，氧化態(tài)污染物去除效果不佳；2)上述專利未考慮脫落的生物膜收集及排出,在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著微生物的生長周期，脫落的生物膜慢慢積累，如果得不到有效排出，會(huì)減小反應(yīng)器的有效體積，同時(shí)惡化出水水質(zhì)；3)MBfR處理對象主要是地下水等貧碳源、低負(fù)荷廢水中氧化態(tài)污染物，具有較強(qiáng)的局限性，且處理效果相比搖瓶實(shí)驗(yàn)略差，對于稍高污染物負(fù)荷的廢水處理效果不佳，根本原因在于：第一，由于膜絲長度及根數(shù)的限制，附著生長的生物膜數(shù)量有限；第二，由于H₂傳遞效率的限制，附著生長的生物膜厚度有限，污泥濃度較低；第三，受到頂端自流出水及膜法H₂100％利用率的限制，反應(yīng)器內(nèi)部不會(huì)長久存在懸浮態(tài)微生物，僅靠PVDF中空纖維膜上微生物處理氧化態(tài)污染物，污泥濃度偏低；4)上述專利中膜組件與反應(yīng)器箱體連接，離線清洗或者更換膜組件需要拆卸反應(yīng)器，工作量較大，并且容易破壞反應(yīng)器的缺氧環(huán)境，影響反應(yīng)器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種處理效果好，氣體利用高，拆卸更換膜組件簡單易行，污染物去除負(fù)荷高，可進(jìn)行工程放大化的無泡曝氣與微孔曝氣相結(jié)合的混合式氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器。

本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種無泡曝氣與微孔曝氣相結(jié)合的混合式氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器，該裝置包括底部支架、設(shè)置在底部支架上的反應(yīng)器筒體、沿反應(yīng)器筒體的軸向平行設(shè)置在反應(yīng)器筒體內(nèi)部的1#膜組件及2#膜組件、設(shè)置在反應(yīng)器筒體頂部的反應(yīng)器頂蓋、垂直掛設(shè)在反應(yīng)器頂蓋上的液位控制器以及設(shè)置在反應(yīng)器筒體內(nèi)部的壓力傳感器，所述的反應(yīng)器筒體的下端一側(cè)設(shè)有進(jìn)水口、氫氣進(jìn)氣口及微孔針頭，另一側(cè)設(shè)有回流水出口及排泥口。

所述的1#膜組件的軸向長度大于2#膜組件的軸向長度，并沿軸向貫穿整個(gè)反應(yīng)器筒體的內(nèi)腔，所述的1#膜組件中通氫氣，進(jìn)行無泡曝氣，所述的2#膜組件則抽濾取反應(yīng)器筒體內(nèi)上端液面作為出水，

所述的1#膜組件包括呈U字型設(shè)置的一號PVDF中空纖維膜絲、套設(shè)在一號PVDF中空纖維膜絲兩端的一號套筒以及與一號套筒相連接的一號接頭；

所述的2#膜組件包括呈U字型設(shè)置的二號PVDF中空纖維膜絲、套設(shè)在二號PVDF中空纖維膜絲兩端的二號套筒以及與二號套筒相連接的二號接頭。

所述的一號PVDF中空纖維膜絲及二號PVDF中空纖維膜絲的外徑為1.0-3.0mm，內(nèi)徑為0.5-1.5mm，膜孔徑為0.01-0.4μm。

所述的一號PVDF中空纖維膜絲共設(shè)有55-75根，所述的二號PVDF中空纖維膜絲共設(shè)有20-40根。

所述的1#膜組件的一號接頭通過軟管依次與一號三通管、一號雙通管與外界的氫氣源相連通。

所述的2#膜組件的二號接頭通過軟管依次與二號三通管、二號雙通管與外界的抽水泵相連通。

所述的反應(yīng)器頂蓋上設(shè)有備用排氣口，所述的反應(yīng)器頂蓋與反應(yīng)器筒體之間設(shè)有硅膠墊。

所述的反應(yīng)器筒體為圓柱形反應(yīng)器筒體，該圓柱形反應(yīng)器筒體的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。

本實(shí)用新型裝置在受氧化性物質(zhì)污染的地下水源處理中有著廣泛的應(yīng)用前景，如應(yīng)用于含高硝酸鹽的地下水、礦區(qū)地下水重金屬污染、干洗行業(yè)廢水含氯仿類污染物污染的地下水、含高氧化態(tài)污染物實(shí)際廢水等。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思路是在反應(yīng)器筒體內(nèi)部投加兩束PVDF中空纖維超濾膜，一束進(jìn)行無泡曝氫氣，另一束模擬MBR工藝出水，利用氫生物膜態(tài)及懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌對貧碳源受氧化態(tài)污染物質(zhì)污染的污水進(jìn)行凈化處理。

本實(shí)用新型的反應(yīng)器筒體的形狀為圓柱形，將裝置的高度降低、內(nèi)徑增大，有效容積不變。反應(yīng)器筒體底部可連續(xù)進(jìn)水，內(nèi)部投加兩束PVDF中空纖維超濾膜，膜組件通過三通及螺紋固定在反應(yīng)器頂蓋上，離線清洗和更換極為方便：一號PVDF中空纖維超濾膜中利用膜曝氣的方法連續(xù)通入H₂氣體，H₂擴(kuò)散方式為無泡擴(kuò)散，安全且100％高效利用；該膜組件采用U型結(jié)構(gòu)，在不增加高度的基礎(chǔ)上，增加了微生物的附著面積，并且使膜絲表面都可以與污水接觸；二號PVDF中空纖維超濾膜結(jié)合MBR工藝?yán)萌鋭?dòng)泵連續(xù)抽濾出水，改進(jìn)了自流出水使反應(yīng)器密閉，內(nèi)部存在懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌。底端固定伸入微孔注射器針頭間歇微孔曝氫氣，介于鼓泡曝氣與無泡曝氣之間，為反應(yīng)器內(nèi)部氫自養(yǎng)菌懸浮生長提供充足的電子。由于H₂以微小氣泡形式擴(kuò)散，出于安全性考慮，反應(yīng)器密封性良好，設(shè)有液位控制器，有效控制反應(yīng)器內(nèi)部的液位。反應(yīng)器筒體內(nèi)部還設(shè)置壓力傳感器，用以控制反應(yīng)器內(nèi)部氫氣分壓，保證氫氣供應(yīng)量，指示反應(yīng)器安全；設(shè)置排氣口目的在于定期使用真空泵抽真空，后重新通入一定分壓氫氣，保證氫氣純度，比如硫酸鹽經(jīng)過氫自養(yǎng)菌還原產(chǎn)生H₂S氣體。反應(yīng)器采用磁力攪拌及回流擾動(dòng)，通過高速回流使反應(yīng)器內(nèi)溶液混合均勻。

在實(shí)際組裝時(shí)，可通過法蘭螺絲將反應(yīng)器頂蓋和反應(yīng)器筒體緊密連接成一體，保證反應(yīng)器內(nèi)為嚴(yán)格密閉環(huán)境。反應(yīng)器筒體下端設(shè)置微孔進(jìn)氣口，注射器針頭伸入反應(yīng)器筒體內(nèi)部，嚴(yán)格密閉，壓力傳感器控制底部氫氣間歇曝氣，反應(yīng)器壁厚均為10mm，承壓性能良好，保證安全。

本實(shí)用新型裝置運(yùn)行時(shí)，H₂以一定壓力通過氣體管路：一方面，進(jìn)入1#膜組件中空纖維膜膜絲內(nèi)部，再通過通過膜絲表面的微孔以無泡擴(kuò)散方式擴(kuò)散至膜絲外部；另一方面通過底部微孔曝氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部水體，通過蠕動(dòng)泵，以相同流速連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)抽濾出水，液位控制器以防出現(xiàn)故障液位較高，頂空：液體容積比例1：3。壓力傳感器控制反應(yīng)器內(nèi)部壓力，每天通過排氣口利用真空泵抽真空，后重新通入氫氣，保證純度。回流進(jìn)水口與回流出水口之間用蠕動(dòng)管連接，中間經(jīng)回流泵提供動(dòng)力，使得筒體內(nèi)形成回流，使筒體內(nèi)的水流呈完全混合流。氫氣經(jīng)膜孔擴(kuò)散后，再由從生物膜的內(nèi)部向外部擴(kuò)散，同時(shí)水中的污染物質(zhì)由生物膜外部向內(nèi)部擴(kuò)散，逆向擴(kuò)散導(dǎo)可提高氣體和底物的利用速率。同時(shí)水體中懸浮態(tài)自養(yǎng)菌的存在進(jìn)一步提高污染物去除率。微生物利用HCO₃^-作為無機(jī)碳源，以氧化性污染物為底物，利用氫氣提供的電子將氧化性污染物還原成低毒或無毒的形態(tài)，還原產(chǎn)物或形成沉淀被生物膜吸附，或回到水體中。凈化后的水由頂部的MBR工藝抽濾出水。

本實(shí)用新型結(jié)合MBR工藝的膜法出水避免傳統(tǒng)MBfR工藝的微生物自流流失，增大污泥濃度從而提高去除效果；膜法曝氣促進(jìn)氣體在水相中溶解，提高氣體利用率，底部微孔曝氣保證反應(yīng)器內(nèi)部氫氣供應(yīng)；回流系統(tǒng)及磁力攪拌使反應(yīng)器內(nèi)部出于完全混合狀態(tài)，有利于污染物的去除；上下兩端通氣避免了沿程阻力帶來的氣體擴(kuò)散不均勻和利用率低的不足膜的清洗無需拆卸膜組件即可完成。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，處理效果好，可有效處理地下水及部分工業(yè)廢水中氧化性污染物。

本實(shí)用新型裝置考慮到脫落的生物膜收集及排出，在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著微生物的生長周期，脫落的生物膜慢慢積累，增設(shè)排泥口有效排出脫落生物膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)合MBR工藝的膜法出水避免傳統(tǒng)MBfR工藝的微生物自流流失，增大污泥濃度，從而提高去除效果；膜法曝氣促進(jìn)氣體在水相中溶解，提高氣體利用率，底部微孔曝氣保證反應(yīng)器內(nèi)部氫氣供應(yīng)；回流系統(tǒng)及磁力攪拌使反應(yīng)器內(nèi)部出于完全混合狀態(tài)，有利于污染物的去除；上下兩端通氣避免了沿程阻力帶來的氣體擴(kuò)散不均勻和利用率低的不足膜的清洗無需拆卸膜組件即可完成。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，處理效果好，可有效處理地下水及部分工業(yè)廢水中氧化性污染物。具有以下特點(diǎn)：

1)由于本實(shí)用新型反應(yīng)器為保證混合均勻及儀表安放位置控制，反應(yīng)器的深度降低，內(nèi)徑增大，有效容積不變，膜絲長度也減小，氫氣可以有效傳質(zhì)到膜絲各個(gè)位置，避免了膜絲內(nèi)部氣壓沿程下降，導(dǎo)致膜絲外部水壓高于膜絲內(nèi)部氣壓，污水滲入膜絲，影響反應(yīng)器的正常運(yùn)行，因此具有氣體利用率高，污染物去除效率高的優(yōu)點(diǎn)；

2)本實(shí)用新型反應(yīng)器內(nèi)部中空纖維膜組件均采用U型結(jié)構(gòu)，在不增加高度的基礎(chǔ)上：增加了微生物的附著面積，并且使膜絲表面都可以與污水接觸；增加量抽濾出水膜絲面積，減緩膜污染速度；膜絲分布均勻，疏密適中，膜絲比表面積大,結(jié)構(gòu)簡單，易于大規(guī)模工程化應(yīng)用；

3)本實(shí)用新型氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器結(jié)合MBR工藝，將原有自流出水改進(jìn)為MBR抽濾出水，保證反應(yīng)器內(nèi)部存在懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌，不因自流出水流失，增大污泥利用率及污泥濃度，進(jìn)而提高污染物去除效率，同時(shí)將MBfR與MBR相結(jié)合具有創(chuàng)新性；

4)本實(shí)用新型氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器底部增設(shè)間歇微孔曝氣，保證反應(yīng)器內(nèi)部懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌氫氣供給充足，增大了污泥濃度，提高氧化態(tài)還原速度及去除效率；

5)本實(shí)用新型反應(yīng)器頂蓋設(shè)有液位控制器，有效控制反應(yīng)器內(nèi)液位，保證頂空氫氣充足，為懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌提供電子，且輔助控制反應(yīng)器內(nèi)部壓力；

6)本實(shí)用新型反應(yīng)器頂蓋設(shè)置壓力傳感器，壁厚10mm，有效控制反應(yīng)器內(nèi)氫氣壓力與合理范圍內(nèi)，且可直觀反映反應(yīng)器內(nèi)氫氣變化情況，保證反應(yīng)器安全，方便研究；

7)本實(shí)用新型反應(yīng)器底部設(shè)置排泥口，一方面方面對污泥取樣研究，另一方面，脫落生物膜經(jīng)過收集后通過排泥口排除，避免脫落的生物膜占用反應(yīng)器的有效體積，惡化出水水質(zhì)，從而保證反應(yīng)器的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型裝置的主剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型裝置的左視剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型裝置的工藝流程圖；

圖中標(biāo)記說明：

1—底部支架、2—反應(yīng)器筒體、3—1#膜組件、31—一號PVDF中空纖維膜絲、32—一號三通管、33—一號雙通管、4—2#膜組件、41—二號PVDF中空纖維膜絲、42—二號三通管、43—二號雙通管、5—反應(yīng)器頂蓋、6—進(jìn)水口、7—?dú)錃膺M(jìn)氣口、8—微孔針頭、9—回流水出口、10—排泥口、11—液位控制器、12—壓力傳感器、13—回流進(jìn)水口、14—備用排氣口、15—硅膠墊、16—抽水泵、17—反應(yīng)器主體、18—磁力攪拌器、19—進(jìn)水泵、20—回流泵、21—污水池。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

如圖1-2所示，一種無泡曝氣與微孔曝氣相結(jié)合的混合式氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器，該裝置包括底部支架1、設(shè)置在底部支架1上的反應(yīng)器筒體2、沿反應(yīng)器筒體2的軸向平行設(shè)置在反應(yīng)器筒體2內(nèi)部的1#膜組件3及2#膜組件4、設(shè)置在反應(yīng)器筒體2頂部的反應(yīng)器頂蓋5，1#膜組件3的軸向長度大于2#膜組件4的軸向長度，并沿軸向貫穿整個(gè)反應(yīng)器筒體2的內(nèi)腔，1#膜組件3中通氫氣，進(jìn)行無泡曝氣，2#膜組件4則抽濾取反應(yīng)器筒體2內(nèi)上端液面作為出水，反應(yīng)器筒體2的下端一側(cè)設(shè)有進(jìn)水口6、氫氣進(jìn)氣口7及微孔針頭8，另一側(cè)設(shè)有回流水出口9及排泥口10。反應(yīng)器筒體2中還設(shè)有液位控制器11以及壓力傳感器12，反應(yīng)器筒體2的上端還設(shè)有回流進(jìn)水口13。

其中，1#膜組件3包括呈U字型設(shè)置的一號PVDF中空纖維膜絲31、套設(shè)在一號PVDF中空纖維膜絲31兩端的一號套筒以及與一號套筒相連接的一號接頭；2#膜組件4包括呈U字型設(shè)置的二號PVDF中空纖維膜絲41、套設(shè)在二號PVDF中空纖維膜絲41兩端的二號套筒以及與二號套筒相連接的二號接頭。1#膜組件3的一號接頭通過軟管依次與一號三通管32、一號雙通管33與外界的氫氣源相連通。2#膜組件4的二號接頭通過軟管依次與二號三通管42、二號雙通管43與外界的抽水泵16相連通。

反應(yīng)器頂蓋5上設(shè)有備用排氣口14，反應(yīng)器頂蓋5與反應(yīng)器筒體2之間設(shè)有硅膠墊15。反應(yīng)器筒體2為圓柱形反應(yīng)器筒體，該圓柱形反應(yīng)器筒體的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。

本實(shí)施例裝置中，一號PVDF中空纖維膜絲31及二號PVDF中空纖維膜絲41采用市售的外徑1.3mm，內(nèi)徑0.7mm，膜孔徑0.02μm。一號PVDF中空纖維膜絲31共設(shè)有65根，二號PVDF中空纖維膜絲41共設(shè)有30根，總有效膜面積為2000cm²。

本實(shí)施例裝置用于處理地下水及工業(yè)廢水中的氧化性污染物。

在實(shí)際組裝時(shí)，應(yīng)首先制作反應(yīng)器筒體2、反應(yīng)器頂蓋5、底部支架1，均由有機(jī)玻璃材料制成并通過焊接工藝連為一個(gè)整體，隨后于反應(yīng)器筒體2的相應(yīng)位置打孔，并焊接短管，底端開設(shè)進(jìn)水口6、氫氣進(jìn)氣口7、回流水出口9，于反應(yīng)器筒體2的頂端開設(shè)回流進(jìn)水口13，上端開設(shè)5個(gè)法蘭口。然后在反應(yīng)器頂蓋5開設(shè)備用排氣口14，并安裝開關(guān)，固定一號雙通管33、二號雙通管43，最后安裝液位控制器11、壓力傳感器12，微孔針頭8固定。

然后依次進(jìn)行1#和2#膜組件的組裝，1#膜組件3內(nèi)部通H₂，由氫氣管內(nèi)螺紋套筒、氫氣防漏墊圈、外螺紋套筒組成，有65根膜絲，長度300mm。然后用環(huán)氧樹脂膠填充1#膜組件3膜絲的兩端與相對應(yīng)膜組件外螺紋套筒之間的空隙，保證膜絲與套筒粘結(jié)牢固且無縫隙，同時(shí)每根中空纖維膜膜絲兩端開口不密封，保證氫氣可進(jìn)入中空纖維膜膜絲內(nèi)部，再由表面的膜孔擴(kuò)散到膜外。在膜組件外螺紋套筒底部鋪設(shè)氫氣防漏墊圈，氫氣管內(nèi)螺紋套筒通過螺紋與之固定在一起形成一個(gè)完整的膜組件。2#膜組件4抽濾出水，有30根膜絲，長度160mm。其材質(zhì)、規(guī)格與組裝方式與1#膜組件3相同。

最后進(jìn)行反應(yīng)器的組裝，組裝時(shí)首先把反應(yīng)器筒體2與反應(yīng)器頂蓋5固定在一起，中間通過硅膠墊15密封，并用固定螺栓固定。反應(yīng)器組裝完成后按照圖3所示的工藝流程圖，將污水池21、進(jìn)水泵19、回流泵20、磁力攪拌器18、反應(yīng)器主體17(即本實(shí)施例裝置)、進(jìn)水管、回流管、放空管、出水管、氫氣管連接完整。

本實(shí)施例裝置運(yùn)行時(shí)，H₂以一定壓力通過氣體管路：一方面，進(jìn)入1#膜組件3中空纖維膜膜絲內(nèi)部，再通過通過膜絲表面的微孔以無泡擴(kuò)散方式擴(kuò)散至膜絲外部；另一方面通過底部微孔曝氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部水體。通過蠕動(dòng)泵，以相同流速連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)抽濾出水，液位控制器11以防出現(xiàn)故障液位較高，頂空：液體容積比例1：3。壓力傳感器12控制反應(yīng)器內(nèi)部壓力，每天通過備用排氣口14利用真空泵抽真空，后重新通入氫氣，保證純度?；亓鬟M(jìn)水口13、回流出水口9之間用蠕動(dòng)管連接，中間經(jīng)回流泵20提供動(dòng)力，使得反應(yīng)器筒體2內(nèi)形成回流，使反應(yīng)器筒體2內(nèi)的水流呈完全混合流。氫氣經(jīng)膜孔擴(kuò)散后，再由從生物膜的內(nèi)部向外部擴(kuò)散，同時(shí)水中的污染物質(zhì)由生物膜外部向內(nèi)部擴(kuò)散，逆向擴(kuò)散導(dǎo)可提高氣體和底物的利用速率。同時(shí)，水體中懸浮態(tài)自養(yǎng)菌的存在進(jìn)一步提高污染物去除率。微生物利用HCO₃^-作為無機(jī)碳源，以氧化性污染物為底物，利用氫氣提供的電子將氧化性污染物還原成低毒或無毒的形態(tài)，還原產(chǎn)物或形成沉淀被生物膜吸附，或回到水體中。凈化后的水由頂部的MBR工藝抽濾出水。

采用本實(shí)施例裝置處理含有硝酸鹽的地下水，處理水量2.88L/d，硝酸鹽濃度10-20mgN/L。膜組件H₂供氣壓力為0.04MPa，底部H₂間歇曝氣0.08MPa，隔一天真空泵通過頂端排氣口抽真空。馴化期接種城市污水處理廠缺氧池活性污泥，接種量約為50mL(MLSS＝3000mg/L)。接種污泥用滅菌注射器從放空管打入反應(yīng)器，將含有接種污泥的污水在反應(yīng)器中循環(huán)3d，使中空纖維膜表面形成初步生物膜。然后進(jìn)行40d的硝酸鹽馴化啟動(dòng)階段。平均水力停留時(shí)間30.17h。運(yùn)行10d后，出水硝酸鹽濃度穩(wěn)定為零，pH值控制在7-7.5內(nèi)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，一號PVDF中空纖維膜絲31及二號PVDF中空纖維膜絲41采用市售的外徑1.0mm，內(nèi)徑0.5mm，膜孔徑0.01μm。一號PVDF中空纖維膜絲31共設(shè)有75根，二號PVDF中空纖維膜絲41共設(shè)有40根，總有效膜面積為2000cm²。其余結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與實(shí)施例1相同。

采用本實(shí)施例裝置處理含有硝酸鹽、硫酸鹽的模擬廢水，驗(yàn)證廢水可行性，處理水量2.88L/d，硝酸鹽濃度30mgN/L，硫酸鹽濃度為1400mg/L。膜組件H₂供氣壓力為0.06MPa，底部H₂間歇曝氣0.08MPa，隔一天真空泵通過頂端排氣口抽真空。向馴化完成反應(yīng)器直接連續(xù)進(jìn)水，平均水力停留時(shí)間30.17h。運(yùn)行10d后，出水硝酸鹽濃度穩(wěn)定為零，硫酸鹽濃度1200-1300mg/L，pH值控制在7-7.5內(nèi)，證明該廢水可行。

使用原MBfR(有效容積，膜絲根數(shù)相同，不同在于無間歇曝氣，自流出水，即無懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌)處理相同廢水，硝氮去除穩(wěn)定在3mg/L，本實(shí)施例出水硝酸鹽濃度穩(wěn)定為零，因此，本實(shí)施例裝置優(yōu)于原有氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，一號PVDF中空纖維膜絲31及二號PVDF中空纖維膜絲41采用市售的外徑3.0mm，內(nèi)徑1.5mm，膜孔徑0.4μm。一號PVDF中空纖維膜絲31共設(shè)有55根，二號PVDF中空纖維膜絲41共設(shè)有20根，總有效膜面積為2000cm²。其余結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與實(shí)施例1相同。

采用本實(shí)施例裝置處理含有硝酸鹽、硫酸鹽的實(shí)際工業(yè)廢水(印染廢水)，處理水量5.76L/d，硝酸鹽濃度30mgN/L，硫酸鹽濃度為1400mg/L，COD 130mg/L。膜組件H₂供氣壓力為0.06MPa，底部H₂間歇曝氣0.08MPa，隔一天真空泵通過頂端排氣口抽真空。向馴化完成反應(yīng)器直接連續(xù)進(jìn)水，平均水力停留時(shí)間選擇30.17h、10.21h、6.03h。運(yùn)行60d后，出水硝酸鹽濃度均穩(wěn)定為零，硫酸鹽濃度1200-1300mg/L，pH值控制在7-7.5內(nèi)，證明處理實(shí)際廢水廢水可行。

使用原MBfR(有效容積，膜絲根數(shù)相同，不同在于無間歇曝氣，自流出水，即無懸浮態(tài)氫自養(yǎng)菌)處理相同廢水，平均水力停留時(shí)間30.17h，硝氮去除穩(wěn)定在6-7mg/L，水力停留時(shí)間越小，去除效果越差。本實(shí)施例裝置出水硝酸鹽濃度均穩(wěn)定為零，因此，本實(shí)施例裝置明顯優(yōu)于原有氫基質(zhì)生物膜反應(yīng)器，可用于實(shí)際廢水中氧化性污染物有效去除。

上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示，不脫離本實(shí)用新型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。