專(zhuān)利名稱：一種處理飲用水中氧化性污染物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理飲用水中氧化性污染物質(zhì)的裝置，屬于環(huán)境工程中飲用 水中氧化性污染物質(zhì)的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是利用氫氣自養(yǎng)菌生物膜對(duì)污染水體 進(jìn)行凈化處理的裝置。
背景技術(shù)：
在我國(guó)的不少地區(qū)飲用水的氧化性污染物質(zhì)污染相當(dāng)嚴(yán)重，這些氧化性物質(zhì) 主要包括硝酸鹽、高價(jià)態(tài)重金屬物質(zhì)及揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)如氯仿等。含高濃度硝酸 鹽污染的飲用水被嬰幼兒飲用后，易導(dǎo)致"藍(lán)嬰綜合癥"。為了提高飲水安全性， 世界上很多國(guó)家設(shè)定了飲用水中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度標(biāo)準(zhǔn)，世界衛(wèi)生組織 (WHO)規(guī)定的飲用水中硝酸鹽氮含量不超過(guò)10 mgl—、我國(guó)現(xiàn)行 GB/T14848-93地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中III類(lèi)飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定N03— -N 520 mg丄—1 。 目 前去除飲用水中硝酸鹽的方法主要有離子交換法、反滲透法、電解法、化學(xué)還原 法及異養(yǎng)生物反硝化法。反滲透、離子交換和電滲析通常認(rèn)為是去除含硝酸鹽污 染地下水的最佳可行技術(shù)(BAT)。然而，前四種方法屬于物理化學(xué)法處理技術(shù) 領(lǐng)域，其所需裝置復(fù)雜，技術(shù)成本高，處理后產(chǎn)生的濃縮廢液還需要進(jìn)一步處理； 異養(yǎng)生物反硝化常常因地下水中有機(jī)物含量較低而受到限制。對(duì)飲用水中的高價(jià) 態(tài)重金屬如六價(jià)鉻，國(guó)內(nèi)外通常使用FeS04—石灰法、S02還原法、電解法、鐵氧 體法、鋇鹽法、活性炭吸附法、鐵屑過(guò)濾法、反滲透、電滲析法及藻類(lèi)吸附等， 這些方法有一定的效果，但耗資較大，還可能造成二次污染。近年來(lái)研究表明， 微生物法處理重金屬鉻，不僅去除效率高，而且運(yùn)行成本低。生物還原可以將 Cr(VI)以適當(dāng)?shù)姆绞竭€原成Cr(in)而降低其毒性，或者還原所生成的Cr(ni)形成 Cr(OH)3(s)沉淀，通過(guò)過(guò)濾加以去除，但飲用水中有機(jī)營(yíng)養(yǎng)貧乏，異養(yǎng)生物還原 Cr(VI)也受到一定的限制。
氫基質(zhì)膜生物技術(shù)是一種自養(yǎng)生物還原方法，該技術(shù)釆用氫氣作為電子併 體，中空纖維膜作為生物膜載體，氫氣從中空纖維膜內(nèi)部擴(kuò)散到膜外的過(guò)程中， 被膜面的微生物利用；同時(shí)，氧化性物質(zhì)被還原而達(dá)到凈水目的，如硝酸鹽被徹底還原為氮?dú)?，Cr(VI)被還原成Cr(m)而使其毒性降低，或者還原所生成的Cr(III) 形成Cr(OHMs)沉淀后經(jīng)過(guò)濾而得以去除。氫氣原料具有清潔、無(wú)殘留、利用率 高、成本低廉、無(wú)須后續(xù)生物穩(wěn)定性處理等優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的 Rittmann教授采用hollow fiber membrane biofihn reactor (HFMB漢)處理飲用水中 的氧化性污染物質(zhì)，如硝酸鹽、六價(jià)鉻等，取得良好效果；但該反應(yīng)器采用外循 環(huán)泵以達(dá)到完全混合的效果，動(dòng)力消耗大，且膜組件膜拆卸不方便，膜面沉積鈣 鹽等污染物質(zhì)后不易清除，限制了氫氣的供應(yīng)及有效利用，對(duì)處理效果的影響較 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于處理飲用水中氧化性污染物質(zhì)的裝置，該裝置 屬于完全混合式氫基質(zhì)膜生物反應(yīng)器，具有生物掛膜容易，氫氣利用率高，污染 物去除效率高，膜組件易于拆卸和清洗、膜污染易于清除等優(yōu)點(diǎn)，解決了基于氫 塞質(zhì)的生物膜反應(yīng)器因氫氣利用效率低、膜污染不易清除及膜組件不易更換等限 制其推廣應(yīng)甩的問(wèn)題。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的包括設(shè)有進(jìn)水口和出 水口的筒體，以及筒體內(nèi)的內(nèi)膜孔與氫氣連接的中空纖維膜，氫氣由內(nèi)膜孔擴(kuò)散 到膜外，流經(jīng)膜面的水中的氧化性物質(zhì)被膜面氫自養(yǎng)微生物還原而除去。其結(jié)構(gòu) 要點(diǎn)是筒體內(nèi)的底部固定盤(pán)的中心固結(jié)水下攪拌器；筒體下部進(jìn)水口和放空管 的上面設(shè)有與筒體內(nèi)壁固定連接的固定支架裝置，固定支架裝置開(kāi)設(shè)與支架螺栓 大小匹配的孔；筒體內(nèi)有2-4組均由中空纖維膜和兩端的膜組件端頭套筒組成的 可拆卸中空纖維膜組件；兩端的膜組件端頭套筒和中空纖維膜通過(guò)纖維旗密封膠 固結(jié)并密封；兩端的膜組件端頭套筒的外螺紋與內(nèi)螺紋緊固套筒的螺紋匹配，通 過(guò)正、反方向旋轉(zhuǎn)與法蘭蓋固結(jié)的膜組件固定件的外周凸臺(tái)上掛有的能轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi) 螺紋緊固套筒，選擇將頂端的膜組件端頭套筒與膜組件固定件連接成一體，或分 開(kāi)；同樣，通過(guò)正、反方向旋轉(zhuǎn)膜組件支架的外周凸臺(tái)上掛有能轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)螺紋緊 固套筒，選擇將底端的膜組件端頭套筒與膜組件支架連接成一體，或分開(kāi)；底端 的膜組件支架上固結(jié)有支架螺栓，將支架螺栓插入固定支架裝置的孔內(nèi)，達(dá)到可 拆卸中空纖維膜組件的安裝就位；再通過(guò)固定螺母及螺栓將法蘭蓋、法蘭墊片與筒體頂端的法蘭固結(jié)成一體，構(gòu)成處理飲用水中氧化性污染物質(zhì)的裝置。
上述的可拆卸中空纖維膜組件的中空纖維膜為市售的PE、 PVC或PEDF材
質(zhì)，膜孔徑為0.01nm-0.04nm。
上述的固定支架裝置是均勻固結(jié)于筒體內(nèi)壁的3-4塊懸掛式支座，或者是固
結(jié)于筒體內(nèi)壁的一個(gè)橫截面形狀為圓形、方形或矩形的環(huán)。
本發(fā)明的效果及益處是
1. 由于本發(fā)明采用了頂端與法蘭蓋進(jìn)行選擇性的固定連接或隨時(shí)分離結(jié)構(gòu)， 底端與膜組件支架活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)的可拆卸中空纖維膜組件，因此，使可拆卸中空 纖維膜組件拆卸方便，易于更換膜組件及清洗膜面等。
2. 由于本發(fā)明采用了氫氣作為電子供體，在微生物的作用下，還原地下水 中的氧化性物質(zhì)，氫氣廉價(jià)、潔凈、利用效率高、無(wú)后續(xù)污染；同時(shí)，該裝置也 適用于處理地下水中的氧化性重金屬物質(zhì)及氧化性有機(jī)物質(zhì)。
3. 本文發(fā)明在受氧化性物質(zhì)污染的飲用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區(qū)，軍火生產(chǎn)區(qū)地下水(高氯酸鹽污染)、受干洗 行業(yè)廢水(含氯仿類(lèi)污染物)污染的地下水等。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明的俯視圖
圖3為本發(fā)明的A-A截面圖
圖4為本發(fā)明的I點(diǎn)放大圖
圖5為本發(fā)明的II點(diǎn)放大圖
圖中，
1—?dú)錃夤芫€；2 —?dú)錃夤芙宇^；3—法蘭蓋；4~膜組件固定件；5—固定 螺母及螺栓；6~法蘭墊片；7—法蘭；8—出水口； 9一環(huán)形密封墊；10~內(nèi)螺紋 緊固套筒；li一膜組件端頭套筒；12—纖維膜密封膠；13—筒體；14~可拆卸中 空纖維膜組件；15—膜組件支架；16~支架螺栓；17—固定支架裝置；18—放空 管；19一水下攪拌器；20~進(jìn)水口； 21—反應(yīng)器底盤(pán)固定螺栓；22—底部固定盤(pán)。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1-5。先進(jìn)行法蘭蓋3和可拆卸中空纖維膜組件14的組裝。采用市售的中空纖維 膜，外徑1.5mm，內(nèi)徑0.85mm，膜孔徑O.Olum，每組可拆卸中空纖維膜組件 14共有6000根中空纖維膜，有效膜面積45 m2，共設(shè)兩組可拆卸中空纖維膜組 件14。 6000根中空纖維膜的頂端與底端均套入膜組件端頭套筒11，然后用纖維 膜密封膠12將所有的中空纖維膜端部與膜組件端頭套筒11粘結(jié)固定，中空纖維 膜的膜之間也用纖維膜密封膠12完全密封，但中空纖維膜開(kāi)口不密封，這樣， 氫氣可由可拆卸中空纖維膜組件14的頂部套筒沒(méi)有的密封的中空纖維膜端頭進(jìn) 入中空纖維膜內(nèi)部，再由中空纖維膜的膜孔擴(kuò)散到膜外。頂端的膜組件端頭套筒 11通過(guò)內(nèi)螺紋緊固套筒10環(huán)形密封墊9，與膜組件周定件4連接，膜組件固定 件4的頂端與筒體13頂部的法蘭蓋3固結(jié)成一體，通過(guò)旋轉(zhuǎn)膜組件固定件4的 外周凸臺(tái)上掛有的能轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)螺紋緊固套筒10，給內(nèi)螺紋緊固套筒10提供支撐 并壓緊環(huán)形密封墊9，為頂端的膜組件端頭套筒11上部的氣體密封作保證，將 膜組件端頭套筒11與膜組件固定件4連接成一體。反方向旋轉(zhuǎn)，可將膜組件端 頭套筒11與膜組件固定件4分開(kāi)。法蘭蓋3上的每一組可拆卸中空纖維膜組件 14處設(shè)有氫氣管接頭2，氫氣管接頭2與氫氣管線1連接。底端的膜組件端頭套 筒11通過(guò)內(nèi)螺紋緊固套筒10與膜組件支架15連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)膜組件支架15的 外周凸臺(tái)上掛有能轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)螺綠緊固套筒10，將膜組件端頭套筒11與膜組件支 架15連接成一體，反方向旋轉(zhuǎn)，可將膜組件端頭套筒II與膜組件支架15分開(kāi)。 膜組件支架15上焊接支架螺栓16。
安裝時(shí)，先將水下攪拌器19置于筒體13底部的底部固定盤(pán)22上并固定連
接。通過(guò)反應(yīng)器底盤(pán)固定螺栓21將本發(fā)明固定在合適的位置。筒體13的形狀為
圓柱型，上部設(shè)有出水口8，下部位于水下攪拌器19，上面有進(jìn)水口20和放空
管18。進(jìn)水口 20和放空管18上面的筒體13內(nèi)壁上焊接4塊勻布與內(nèi)壁水平圓
周的懸掛式支座，每塊懸掛式支座的底板開(kāi)有與能插入支架螺栓16的孔。將已
經(jīng)與法蘭蓋3組裝在一起的可拆卸中空纖維膜組件14放入筒體13內(nèi)，并將膜組
件支架15上的支架螺栓16插入固定支架裝置17的孔內(nèi)就位；再通過(guò)固定螺母
及螺栓5將法蘭蓋3、法蘭墊片6與筒體13頂端的法蘭7面結(jié)成一體，組成本
發(fā)明的一種處理飲用水中氧化性污染物的裝置。 工作原理和效果本發(fā)明的裝置運(yùn)行時(shí)，采用氫氣壓力罐提供氫氣，氫氣以一定的壓力通過(guò)氫 氣管線l，由氫氣管接頭2，入中空纖維膜內(nèi)，再由膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散；硝酸鹽等 氧化性物質(zhì)的污染水通過(guò)泵由進(jìn)水口 20進(jìn)入裝置，從上部靠近法蘭7處的出水 口 8溢流。運(yùn)行時(shí)，底部進(jìn)水，在水下攪拌器19的作用下，筒體13內(nèi)的水流呈 完全混合流，氫氣一定的分壓力從中空纖維膜內(nèi)部擴(kuò)散到膜外，擴(kuò)散的過(guò)程中被 生物膜利用，同時(shí)微生物還原膜外水體中的氧化性物質(zhì)，得到凈化的水體從頂部 出水口溢流流出。在膜面污染嚴(yán)重時(shí)，可將膜組件從反應(yīng)器中取出，更換膜組件 或清洗膜面的污垢及過(guò)厚的污泥等。處理含高濃度N03--N污染地下水，在一定 的氫分壓下，反應(yīng)器水停留時(shí)間4 10個(gè)小時(shí)的條件下，可以徹底去除硝酸鹽污 染。處理含Cr (VI)濃度1 3mg/L的污染地下水時(shí)，在一定的氫分壓下，水力 停留時(shí)間3~9個(gè)小時(shí)的條件卞，Cr (VI)去除效率達(dá)60%以上。另外，去除效 率也取決于膜面積，適當(dāng)增大膜面積，可提高膜面污染物去除負(fù)荷，達(dá)到更好的 去處效果。
用本發(fā)明處理含硝酸鹽污染地下水。處理水量1.4m3/d，硝酸鹽濃度50mg/L。 采用有效容積560L,尺寸為內(nèi)徑O600mm，高2000mm的裝置。中空纖維膜采 用市售的外徑1.5mm，內(nèi)徑0.85mm，膜孔徑O.Olum，單個(gè)膜組件共有6000根 中空纖維膜，有效膜面積45m2,反應(yīng)器內(nèi)設(shè)兩個(gè)膜組件。由氫氣壓力罐供氫氣， 供氣壓力為0.02 0.05MPa，蠕動(dòng)泵進(jìn)水，水下攪拌器19攪拌形成完全混合流， 出水口 8溢流出水。馴化期接種城市污水處理廠缺氧池活性污泥馴化培養(yǎng)，接種 量為3000mg/L的污泥30ml，接種污泥由進(jìn)水泵從進(jìn)水口 20加入反應(yīng)器，反應(yīng) 器間歇運(yùn)行掛膜一周，完成馴化過(guò)程。反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，氫氣以一定的壓力進(jìn) 入中空纖維膜后，從膜孔內(nèi)向外無(wú)泡擴(kuò)散，在通過(guò)中空纖維膜外生物膜擴(kuò)散的過(guò) 程中，被生物膜利用，同時(shí)還原水流中硝酸鹽氧化性污染物質(zhì)。掛膜結(jié)束后，連 續(xù)進(jìn)水，水力停留時(shí)間控制在4~6h;運(yùn)行1~2周后，出水無(wú)硝酸鹽和亞硝酸鹽 檢出。
用本發(fā)明處理含Cr^污染地下水，處理水量1.5L/d， Cr^濃度2mg/L。裝置 有效容積5.8L，尺寸為內(nèi)徑06cm，高20cm。膜組件端頭套筒(11)的內(nèi)徑2.5cm， 采用市售中空纖維膜，外徑1.5mm，內(nèi)徑0.85mm,膜孔徑0.01um，中空纖維膜 根數(shù)140根，有效膜面積1 .Om2。由氫氣壓力罐供氫氣，供氣壓力為0.02 0.05MPa，蠕動(dòng)泵進(jìn)水，水下攪拌器攪拌形成反應(yīng)器內(nèi)完全混合流。釆用上述馴化成熟的氫 自養(yǎng)反硝化活性污泥接種，接種量為10mg DW/L，接種污泥在反應(yīng)器內(nèi)間歇運(yùn) 行掛膜一周。掛膜結(jié)束后，連續(xù)進(jìn)水，水力停留時(shí)間控制在6~8h;運(yùn)行3 4周 后，出水無(wú)硝酸鹽、亞硝酸鹽檢出，Cr"的濃度降低到0.6mg/L。
權(quán)利要求
1、一種處理飲用水中氧化性污染物的裝置，包括設(shè)有進(jìn)水口(20)和出水口(8)的筒體(13)，以及筒體(13)內(nèi)的內(nèi)膜孔與氫氣連接的中空纖維膜，其特征是筒體(13)內(nèi)的底部固定盤(pán)(22)的中心固結(jié)水下攪拌器(19)；筒體(13)下部進(jìn)水口(20)和放空管(18)的上面設(shè)有與筒體(13)內(nèi)壁固定連接的固定支架裝置(17)，固定支架裝置(17)開(kāi)設(shè)與支架螺栓(16)大小匹配的孔；筒體(13)內(nèi)有2-4組均由中空纖維膜和兩端的膜組件端頭套筒(11)組成的可拆卸中空纖維膜組件(14)；兩端的膜組件端頭套筒(11)和中空纖維膜通過(guò)纖維膜密封膠(12)固結(jié)并密封；兩端的膜組件端頭套筒(11)的外螺紋與內(nèi)螺紋緊固套筒(10)的螺紋匹配，通過(guò)正反方向旋轉(zhuǎn)與法蘭蓋(3)固結(jié)的膜組件固定件(4)的外周凸臺(tái)上掛有的能轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)螺紋緊固套筒(10)，選擇將頂端的膜組件端頭套筒(11)與膜組件固定件(4)連接成一體，或分開(kāi)；同樣，通過(guò)正反方向旋轉(zhuǎn)膜組件支架(15)的外周凸臺(tái)上掛有能轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)螺紋緊固套筒(10)，選擇將底端的膜組件端頭套筒(11)與膜組件支架(15)連接成一體，或分開(kāi)；底端的膜組件支架(15)上固結(jié)有支架螺栓(16)，將支架螺栓(16)插入固定支架裝置17的孔內(nèi)，達(dá)到可拆卸中空纖維膜組件(14)的安裝就位；再通過(guò)固定螺母及螺栓(5)將法蘭蓋(3)、法蘭墊片(6)與筒體(13)頂端的法蘭(7)固結(jié)成一體，構(gòu)成處理飲用水中氧化性污染物質(zhì)的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種處理飲用水中氧化性污染物的裝置，其特征 是:所述的可拆卸中空纖維膜組件(14)的中空纖維膜為市售的PE、PVC或PEDF材質(zhì)，膜孔徑為0.0—-0.04拜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種處理飲用水中氧化性污染物的裝置，其特征是所述的固定支架裝置(17)是均勻固結(jié)于筒體(13)內(nèi)壁的3-4塊懸掛式支 座，或者是固結(jié)于筒體(13)內(nèi)壁的一個(gè)橫截面形狀為圓形、方形或矩形的環(huán)。
全文摘要
一種處理飲用水中氧化性污染物的裝置，涉及飲用水中氧化性污染物的處理裝置。筒體(13)內(nèi)底有水下攪拌器(19)，下部有與內(nèi)壁固結(jié)的固定支架裝置(17)，內(nèi)部有通過(guò)纖維膜密封膠(12)將兩端的中空纖維膜和膜組件端頭套筒(11)固結(jié)并密封的可拆卸中空纖維膜組件(14)，膜組件端頭套筒(11)通過(guò)內(nèi)螺紋緊固套筒(10)分別與底端的膜組件支架(15)和頂端與法蘭蓋(3)固結(jié)的膜組件固定件(4)連接，法蘭蓋(3)上有氫氣管接頭(2)。將膜組件支架(15)與固定支架裝置(17)裝好，蓋緊法蘭蓋(3)即可。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，中空纖維膜組件安裝、拆卸容易，電子供體氫氣潔凈、高效、成本低、無(wú)需后續(xù)處理?？扇コ嬘盟卸喾N氧化性污染物質(zhì)。
文檔編號(hào)C02F3/10GK101407363SQ20081020212
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者夏四清, 張彥浩, 李繼香, 王學(xué)江, 賈仁勇, 鐘佛華 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)