一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法

本发明涉及水净化，尤其涉及一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法。

背景技术：

1、水体硝酸盐(no3-)污染一直是我国备受关注的环境问题。近几十年来，工业和生活污水的排放以及化肥的使用，导致水体硝酸盐污染问题日益严峻，对我国水生态安全和人民健康构成了严重威胁。针对水体硝酸盐的去除技术主要可分为物化法和生化法，其中微生物反硝化技术具有运行成本低、操作管理相对简便和环境友好性等诸多优点，受到了人们的广泛青睐。近年来，诞生的一种氢基膜生物膜反应器(h2-mbfr)，利用中空纤维膜无泡扩散h2，结合生物膜自养反硝化技术，具有清洁无毒、无需外源添加有机碳源、不产生二次污染物和无剩余污泥等特点，被认为是一种极具发展前景的no3-降解技术。

2、然而，该技术在实验研究和工程实践过程中，目前面临着一个关键技术难题，即中空纤维膜外的水蒸气和n2会由于渗透压作用扩散至中空纤维膜腔内(此现象称为逆扩散)。有学者研究表明(martinkj等,bioresource technol.,2012,122:83-94；jiang等,water,2020,12:3196)，由于逆扩散作用，导致中空纤维膜腔内的h2分压或浓度会随着距离供气端距离的增加而逐渐降低，从而导致生物膜外侧的非反硝化活性区域随供气距离的增加而逐渐扩增，距离供气端最远处可能会有大量的外层生物膜因无法获得h2而无反硝化活性，从而降低反应器对污染物的去除能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法，本发明基于硫氢协同反硝化的膜生物膜对含硝酸盐水体进行净化时，能够实现对h2-mbfr外层生物膜反硝化活性的提升，有效提高膜生物膜反应器对水体中no3-的去除性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法，包括以下步骤：

4、(1)提供膜生物膜反应器；所述膜生物膜反应器包括原水箱、主反应池、副反应池和氢气瓶；

5、所述主反应池和副反应池呈竖直放置，所述主反应池的底部设置有第一进水口，顶部设置有第一出水口；所述副反应池的底部设置有第二进水口，顶部设置有第二出水口；所述原水箱经进水管路与所述第一进水口连通，所述主反应池还设置有排水口，所述第一出水口经三通分别与排水口以及第二进水口连接；所述第二出水口经内循环回流管路与所述第一进水口连通；

6、所述主反应池中设置有竖直放置的第一中空纤维膜组件，所述副反应池中设置有竖直放置的第二中空纤维膜组件，所述第一中空纤维膜组件以及第二中空纤维膜组件的上下两端经供气管路与氢气瓶连接；

7、(2)向所述膜生物膜反应器中接种污泥，将含有硝酸盐的驯化用原水持续通入所述膜生物膜反应器中，同时采用氢气瓶提供h2，所述膜生物膜反应器内的混合液经回流管路进行回流，对所述膜生物膜反应器进行驯化，使所述第一中空纤维膜组件和第二中空纤维膜组件的表面形成生物膜；

8、将含硝酸盐原水与可溶性硫代硫酸盐混合，将所得混合水体持续通入驯化后的膜生物膜反应器中，同时继续采用氢气瓶提供h2，所述膜生物膜反应器内的混合液经回流管路进行回流，实现对所述含硝酸盐原水中硝酸盐的去除。

9、优选地，所述可溶性硫代硫酸盐为硫代硫酸钠。

10、优选地，对所述含硝酸盐原水中硝酸盐进行去除的过程中，所述含硝酸盐原水与可溶性硫代硫酸盐混合所得混合水体中硝酸盐的浓度为10～50mgn/l，可溶性硫代硫酸盐的浓度为10～100mgs/l。

11、优选地，对所述含硝酸盐原水中硝酸盐进行去除的过程中，回流速率为进水流速的50～150倍。

12、优选地，对所述含硝酸盐原水中硝酸盐进行去除的过程中，h2的分压为0.01～0.04mpa。

13、优选地，所述生物膜的厚度为300～800μm。

14、优选地，所述进水管路上还设置有进水泵。

15、优选地，所述内循环回流管路上还设置有回流泵。

16、优选地，所述第一中空纤维膜组件含有20～50根中空纤维膜丝，所述第二中空纤维膜组件含有2～5根中空纤维膜丝。

17、优选地，所述中空纤维膜丝的膜孔径为0.02～0.2μm，内径为400～500μm，外径为500～600μm。

18、本发明提供了一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法。本发明基于硫氢协同反硝化的膜生物膜对含硝酸盐水体进行净化时，能够实现对h2-mbfr外层生物膜反硝化活性的提升，有效提高膜生物膜反应器对水体中no3-的去除性能。具体的，鉴于在传统的h2-mbfr运行过程中，存在生物膜外层反硝化活性低或者无活性的问题，本发明通过向膜生物膜反应器进水中额外添加溶解性电子供体s2o32-，来激活外层生物膜的反硝化活性，通过硫氢协同反硝化作用来提高膜生物膜反应器对水体中no3-的去除性能，可进行工程放大，对h2-mbfr性能的二次开发和规模化推广应用具有重要意义。

技术特征：

1.一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性硫代硫酸盐为硫代硫酸钠。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述含硝酸盐原水中硝酸盐进行去除的过程中，所述含硝酸盐原水与可溶性硫代硫酸盐混合所得混合水体中硝酸盐的浓度为10～50mgn/l，可溶性硫代硫酸盐的浓度为10～100mgs/l。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述含硝酸盐原水中硝酸盐进行去除的过程中，回流速率为进水流速的50～150倍。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述含硝酸盐原水中硝酸盐进行去除的过程中，h2的分压为0.01～0.04mpa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物膜的厚度为300～800μm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进水管路上还设置有进水泵。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内循环回流管路上还设置有回流泵。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中空纤维膜组件含有20～50根中空纤维膜丝，所述第二中空纤维膜组件含有2～5根中空纤维膜丝。

10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，所述中空纤维膜丝的膜孔径为0.02～0.2μm，内径为400～500μm，外径为500～600μm。

技术总结
本发明提供了一种基于硫氢协同反硝化的膜生物膜反应器去除水体中硝酸盐的方法，属于水净化技术领域。本发明基于硫氢协同反硝化的膜生物膜对含硝酸盐水体进行净化时，能够实现对H<subgt;2</subgt;‑MBfR外层生物膜反硝化活性的提升，有效提高膜生物膜反应器对水体中NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;的去除性能。具体的，鉴于在传统的H<subgt;2</subgt;‑MBfR运行过程中，存在生物膜外层反硝化活性低或者无活性的问题，本发明通过向膜生物膜反应器进水中额外添加溶解性电子供体S<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;，来激活外层生物膜的反硝化活性，通过硫氢协同反硝化作用来提高膜生物膜反应器对水体中NO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;的去除性能，可进行工程放大，对H<subgt;2</subgt;‑MBfR性能的二次开发和规模化推广应用具有重要意义。

技术研发人员：郑君健,蒋敏敏,杨婧娟,张媛媛,马金星,韦巧艳,李海翔,张星冉,张学洪,王志伟
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13