申请日2009.02.26
公开(公告)日2011.04.20
IPC分类号B01D33/21; B01D69/00; B01D63/06; B01D63/02
摘要
用来从地面水的水体除去污染物的方法、设备和系统。所述方法和设备可以包括管状部件，例如空心纤维部件。所述管状部件使得活性气体扩散通过部件的壁。当所述活性气体与管状部件上的细菌反应的时候，可以除去水中的污染物。
权利要求书
1.一种用来原位处理地面水的系统，该系统包括：
活性气体源;以及
与所述活性气体源流体连通的多个空心纤维部件，所述空心纤维部件包括：
膜，所述膜配置成使所述活性气体可扩散通过所述膜;以及
包括能够消耗所述活性气体的细菌的生物膜，所述空心纤维部件置于所述地面水中。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件包括进口，所述进口通过连接部件与所述活性气体源连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水在天然或人工的湿地内。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水在人工岛之下。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水在停泊的小船或驳船之下。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水在移动的小船或驳船之下。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水在河流的侧沟渠中。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水在流水的水体内。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个空心纤维部件排列在盒子中。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个空心纤维部件以一定的结构排列，使地面水可在所述空心纤维部件之间流动。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，空心纤维部件之间的大量间隙的尺寸足以使得水绕所述空心纤维部件横向移动。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件以排的结构设置。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件包括以数排和数列的结构设置的大量纤维。
14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述纤维设置在栅格部件内。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膜包括基本非多孔的层和微孔层。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述微孔层的孔径约为0.1-0.15微米。
17.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活性气体是氢气(H2)。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件上具有氧化氢气的细菌。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，通过所述氧化氢气的细菌将硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)还原为氮气(N2)。
20.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活性气体是氧气(O2)。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，铵(NH4+)，苯(C6H6)，苯酚(C6H6O)或其它有机污染物被所述活性气体氧化。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于，被所述活性气体氧化的污染物是以生化需氧量(BOD)测量的许多有机化合物的集合。
23.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述污染物中的两种或更多种被氧化。
24.如权利要求18所述的系统，其特征在于，污染物被还原为无毒的最终产物。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述污染物是硒酸根(SeO42-)，铬酸根(CrO42-)，高氯酸根(ClO4-)，三氯乙烯(C2Cl3H)，四氯乙烯(C2Cl4)，二氯乙烯(C2H2Cl2)，氯乙烯(C2H3Cl)，二溴氯代丙烷(C3H5Br2Cl)或者亚硝基二甲基胺(C2H6N2O)。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述污染物中的两种或更多种被还原。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活性气体是氧气(O2)。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件上具有还原氧气的细菌。
29.如权利要求28所述的系统，其特征在于，通过所述氧化氧气的细菌将铵(NH4+)氧化为硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)。
30.一种用来从地面水的水体中除去污染物的方法，所述方法包括：
在所述地面水的水体中提供多个管式部件，所述管式部件各自包括内部空腔和壁，所述壁具有与所述内部空腔相邻的内表面以及与环境相邻的外表面;
提供活性气体源，所述活性气体源与所述管式部件的内部空腔流体连通;
使细菌膜在所述管式部件的壁的外表面上形成;
使得所述活性气体扩散通过所述管式部件的壁;用所述细菌消耗所述活性气体;以及
将所述污染物转化为无毒的最终产物。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述空心纤维部件包括进口，所述进口通过连接部件与所述活性气体源连接。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述地面水在天然或人工的湿地内。
33.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述地面水在人工岛之下。
34.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述地面水在停泊的小船或驳船之下。
35.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述地面水在移动的小船或驳船之下。
36.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述地面水在河流的侧沟渠中。
37.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述地面水在流水的水体内。
38.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述多个管式部件排列在盒子中。
39.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述多个管式部件以一定的结构排列，使得地面水能够在所述管式部件之间流动。
40.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述管式部件的间隔足以使得水绕所述管式部件的所述壁横向移动。
41.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述管式部件以排的结构设置。
42.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述管式部件包括以数排和数列的结构设置的大量纤维。
43.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述管式部件设置在栅格部件内。
44.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述污染物是硒酸根(SeO42-)，铬酸根(CrO42-)，高氯酸根(ClO4-)，三氯乙烯(C2Cl3H)，四氯乙烯(C2Cl4)，二氯乙烯(C2H2Cl2)，氯乙烯(C2H3Cl)，二溴氯代丙烷(C3H5Br2Cl)或者亚硝基二甲基胺(C2H6N2O)，硝酸根(NO3-)，亚硝酸根(NO2-)，铵(NH4+)，苯(C6H6)，苯酚(C6H6O)或一般有机物质。
45.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述活性气体是氢气(H2)，因此使污染物还原。
46.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述活性气体是氧气(O2)。
47.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述细菌是还原氧气的细菌。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，通过所述氧化氧气的细菌将铵(NH4+)氧化为硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)。
49.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述管式部件的壁包括基本非多孔的部件。
50.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述污染物是芳族烃或脂族烃。
51.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述污染物是以生化需氧量测量的许多有机化合物的集合。
52.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述污染物中的两种或更多种被氧化。
53.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述活性气体是氢气(H2)。
54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述细菌是氧化氢气的细菌。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，通过所述氧化氢气的细菌将硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)还原为氮气(N2)。
56.如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述污染物是硒酸根(SeO42-)，铬酸根(CrO42-)，高氯酸根(ClO4-)，三氯乙烯(C2Cl3H)，四氯乙烯(C2Cl4)，二氯乙烯(C2H2Cl2)，氯乙烯(C2H3Cl)，二溴氯代丙烷(C3H5Br2Cl)或者亚硝基二甲基胺(C2H6N2O)。
57.一种用来原位处理地面水的系统，该系统包括：
活性气体源;以及
与所述活性气体源流体连通的多个空心纤维部件，所述空心纤维部件包括：
膜，所述膜配置成使所述活性气体可扩散通过所述膜;以及
包括能够消耗所述活性气体的细菌的生物膜，所述空心纤维部件置于所述地面水中。
58.如权利要求57所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件包括进口，所述进口通过连接部件与所述活性气体源连接。
59.如权利要求57或58所述的系统，其特征在于，所述地面水在天然或人工的湿地内。
60.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面水在人工岛之下。
61.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面水在停泊的小船或驳船之下。
62.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面水在移动的小船或驳船之下。
63.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面水在河流的侧沟渠中。
64.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面水在流水的水体内。
65.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述多个空心纤维部件排列在盒子中。
66.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述多个空心纤维部件以一定的结构排列，使地面水可在所述空心纤维部件之间流动。
67.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，空心纤维部件之间的大量间隙的尺寸足以使得水绕所述空心纤维部件横向移动。
68.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件以排的结构设置。
69.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件包括以数排和数列的结构设置的大量纤维。
70.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述纤维设置在栅格部件内。
71.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述膜包括基本非多孔的层和微孔层。
72.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述微孔层的孔径约为0.1-0.15微米。
73.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述活性气体是氢气(H2)。
74.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件上具有氧化氢气的细菌。
75.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，通过所述氧化氢气的细菌将硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)还原为氮气(N2)。
76.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，其它的污染物被氧化为无毒的最终产物。
77.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述污染物是铵(NH4+)，苯(C6H6)或苯酚(C6H6O)，或者其它有机污染物。
78.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述污染物是以生化需氧量测量的许多有机化合物的集合。
79.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述污染物中的两种或更多种被氧化。
80.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，污染物被还原为无毒的最终产物。
81.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述污染物是硒酸根(SeO42-)，铬酸根(CrO42-)，高氯酸根(ClO4-)，三氯乙烯(C2Cl3H)，四氯乙烯(C2Cl4)，二氯乙烯(C2H2Cl2)，氯乙烯(C2H3Cl)，二溴氯代丙烷(C3H5Br2Cl)或者亚硝基二甲基胺(C2H6N2O)。
82.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述污染物中的两种或更多种被还原。
83.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述活性气体是氧气(O2)。
84.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述空心纤维部件上具有还原氧气的细菌。
85.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，通过所述氧化氧气的细菌将铵(NH3)氧化为硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)。
86.以上权利要求中任一项所述的系统用来从地面水的水体中除去污染物的应用。
87.一种用来从地面水的水体除去污染物的方法，所述方法包括：
在所述地面水的水体中提供多个管式部件，所述管式部件各自包括内部空腔和壁，所述壁具有与所述内部空腔相邻的内表面以及与环境相邻的外表面;
提供活性气体源，所述活性气体源与所述管式部件的内部空腔流体连通;
使细菌膜在所述管式部件的壁的外表面上形成;
使得所述活性气体扩散通过所述管式部件的壁;用所述细菌消耗所述活性气体;以及
将所述污染物转化为无毒的最终产物。
88.如权利要求87所述的方法，其特征在于，所述空心纤维部件包括进口，所述进口通过连接部件与所述活性气体源连接。
89.如权利要求87或88所述的方法，其特征在于，所述地面水在天然或人工的湿地内。
90.如权利要求87-89中任一项所述的方法，其特征在于，所述地面水在人工岛之下。
91.如权利要求87-90中任一项所述的方法，其特征在于，所述地面水在停泊的小船或驳船之下。
92.如权利要求87-91中任一项所述的方法，其特征在于，所述地面水在移动的小船或驳船之下。
93.如权利要求87-92中任一项所述的方法，其特征在于，所述地面水在河流的侧沟渠中。
94.如权利要求87-93中任一项所述的方法，其特征在于，所述地面水在流水的水体内。
95.如权利要求87-94中任一项所述的方法，其特征在于，所述多个管式部件排列在盒子中。
96.如权利要求87-95中任一项所述的方法，其特征在于，所述多个管式部件以一定的结构排列，使得地面水能够在所述管式部件之间流动。
97.如权利要求87-96中任一项所述的方法，其特征在于，所述管式部件的间隔足以使得水绕所述管式部件的所述壁横向移动。
98.如权利要求87-97中任一项所述的方法，其特征在于，所述管式部件以排的结构设置。
99.如权利要求87-98中任一项所述的方法，其特征在于，所述管式部件包括以数排和数列的结构设置的大量纤维。
100.如权利要求87-99中任一项所述的方法，其特征在于，所述管式部件设置在栅格部件内。
101.如权利要求87-100中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物是硒酸根(SeO42-)，铬酸根(CrO42-)，高氯酸根(ClO4-)，三氯乙烯(C2Cl3H)，四氯乙烯(C2Cl4)，二氯乙烯(C2H2Cl2)，氯乙烯(C2H3Cl)，二溴氯代丙烷(C3H5Br2Cl)或者亚硝基二甲基胺(C2H6N2O)，硝酸根(NO3-)，亚硝酸根(NO2-)，铵(NH4+)，苯(C6H6)，苯酚(C6H6O)或一般有机物质。
102.如权利要求87-101中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物被还原。
103.如权利要求87-102中任一项所述的方法，其特征在于，所述活性气体是氧气(O2)。
104.如权利要求87-103中任一项所述的方法，其特征在于，所述细菌是还原氧气的细菌。
105.如权利要求87-104中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述氧化氧气的细菌将铵(NH4+)氧化为硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)。
106.如权利要求87-105中任一项所述的方法，其特征在于，所述管式部件的壁包括基本非多孔的部件。
107.如权利要求87-106中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物是芳族烃或脂族烃。
108.如权利要求87-107中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物是以生化需氧量测显的许多有机化合物的集合。
109.如权利要求87-108中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物中的两种或更多种被氧化。
110.如权利要求87-109中任一项所述的方法，其特征在于，所述活性气体是氢气(H2)。
111.如权利要求87-110中任一项所述的方法，其特征在于，所述细菌是氧化氢气的细菌。
112.如权利要求87-111中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述氧化氢气的细菌将硝酸根(NO3-)和/或亚硝酸根(NO2-)还原为氮气(N2)。
113.如权利要求87-112中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物是硒酸根(SeO42-)，铬酸根(CrO42-)，高氯酸根(ClO4-)，三氯乙烯(C2Cl3H)，四氯乙烯(C2Cl4)，二氯乙烯(C2H2Cl2)，氯乙烯(C2H3Cl)，二溴氯代丙烷(C3H5Br2Cl)或者亚硝基二甲基胺(C2H6N2O)。
114.如权利要求87-113中任一项所述的方法，还包括使用权利要求57-85中任一项所述的系统。
说明书
用于地面水处理的方法和系统
发明背景
在全世界范围内，地面水受到来自各种非点污染源(例如农业用水和雨水径流，高密度动物活动，以及大气沉降)的营养物质的污染，废水的处理不足。污染物中的主要组分是氮，以硝酸根(NO3-)，亚硝酸根(NO2-)和铵(NH4+)的形式存在。这些营养物质过高的浓度会造成天然水体，特别是海洋、河口、湖泊和水库发生富营养化。直到目前为止，一旦水被来自一个或多个所述来源的含氮化合物污染，尚无可靠的方法可以用来从地面水中除去这些含氮化合物。当水流过天然的或工程设计的湿地的时候，会除去有限量的含氮化合物，但是通常这些系统仅能除去地面水中总氮量中不大的部分。
发明内容
本发明的实施方式描述了一种膜生物膜反应器(MBfR)，该反应器可以用来从水中除去含氮污染物。更具体来说，实施方式包括一种可以用来从地面水的开放水体中除去污染物的MBfR。用来处理这些污染物的方法和设备揭示于以下文献-管道末端(end of the pipe)法：美国专利第6,387,262号和第7,186,340号;美国专利公开第2005/0269263号;以及美国专利申请系列号第10/876,745号，这些文献全都参考结合入本文中。这些方法和设备仅仅设计用来处理管道之类的封闭系统内的水中的污染物。以上参考文献中所揭示的方法和设备不适合用来对开放水体中受到污染的水进行处理。