一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，该反应器由螺旋状U型槽轨道和装填在所述螺旋状U型槽轨道中的磁性生物碳填料构成；所述螺旋状U型槽轨道呈上升状，所述螺旋状U型槽轨道所在平面与水平面角度为8°～15°，所述螺旋状U型槽轨道在水平面投影的外围为圆形，所述圆形的直径为所述螺旋状U型槽轨道宽度的4～6倍，所述螺旋状U型槽轨道的长度与宽度比值大于20，深度为8～12cm；所述的磁性生物碳填料经过生物碳吸附二价铁离子、静置氧化、与强碱反应等步骤制成；本发明专利技术生物膜反应器工作时，污水从上部沿螺旋流下，在填料表面生物膜的作用下，污水中的污染物被降解；整个处理过程无需曝气，几乎无动能消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器
本专利技术涉及一种生物膜反应器，尤其是一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器。
技术介绍
生物膜法是与活性污泥法并列的一种生物处理方法，在污水处理中有着广泛的应用。常用的生物膜法主要有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化及生物流化床等。生物膜法具有对环境条件适应能力强，产泥量少、污泥沉降性能好，处理效能稳定、良好等优点。但常用的生物膜法多需要曝气，而生物转盘还需要动能驱动转盘旋转，需要一定的动能消耗。近年来，生物碳作为一种土壤改良剂正越来越受国内外的广泛关注。生物碳是农林废弃物等生物质材料在缺氧或者无氧条件下通过热化学反应得到的一种富碳固体产物。生物碳孔隙结构发达、吸附能力强，其环境效益已在国内外受到广泛关注。但目前作为污水处理填料的研究还不多。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，无需曝气，且不需要额外的能量消耗，结合磁性生物碳填料对污水有较好的处理效果。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，所述生物膜反应器由螺旋状U型槽轨道和装填在所述螺旋状U型槽轨道中的磁性生物碳填料构成；所述螺旋状U型槽轨道呈上升状，所述螺旋状U型槽轨道所在平面与水平面角度为8°～15°，所述螺旋状U型槽轨道在水平面投影的外围为圆形，所述圆形的直径为所述螺旋状U型槽轨道宽度的4～6倍，所述螺旋状U型槽轨道的长度与宽度比值大于20，深度为8～12cm。进一步，所述磁性生物碳填料的制备包括如下步骤：(1)将废铁屑加至含硫酸的废液中，反应完全后加入生物碳，搅拌并吸附，得到吸附二价铁离子的生物碳；(2)将步骤(1)得到的吸附二价铁离子的生物碳置于空气中静置，得到含二价铁离子和三价铁离子的生物碳；(3)将步骤(2)得到的含二价铁离子和三价铁离子的生物碳置于pH≥10的强碱溶液中，搅拌后常温反应，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物碳填料。在上述方案中，步骤(1)所述反应的时间大于20min，搅拌时间为10～15min，吸附时间大于30min。在上述方案中，步骤(2)所述静置的时间为1～2min。在上述方案中，步骤(3)所述的强碱为氢氧化钾或氢氧化钠，所述搅拌的时间为1～2min，所述反应的时间为60～80min，所述干燥的温度不超过80℃。在上述方案中，所述磁性生物碳填料的尺寸为0.2～0.8cm，所述磁性生物碳填料在所述螺旋状U型槽轨道中的填装深度为所述螺旋状U型槽轨道深度的1/3～1/2。在上述方案中，沿所述螺旋状U型槽轨道长度方向每隔15～20cm设置一个隔网。设置隔网的目的在于防止磁性生物碳填料随污水滑落。在上述方案中，所述隔网的高度与所述螺旋状U型槽轨道的深度相同，所述隔网的网孔尺寸小于所述磁性生物碳填料的尺寸，所述隔网的孔隙率大于75％。在上述方案中，所述螺旋状U型槽轨道的材质为有机玻璃或不锈钢。本专利技术的有益效果是：(1)该反应器工作时，污水沿螺旋状U型槽轨道流下；在填料表面生物膜的作用下，污水中的污染物被降解；整个处理过程无需曝气，几乎无动能消耗；(2)反应器中磁性生物碳填料的原料为农业固体废物秸秆等的处理产物、废铁屑、硫酸废液等，成本低，实现了废物的资源化利用；(3)磁性生物碳填料的制备工艺简单，操作方便，制备的磁性生物碳填料挂膜效果好；(4)磁性生物碳填料制备过程中，吸附在生物碳孔隙中的重金属与强碱生成磁性颗粒，并继续留在生物碳的孔隙中，稳定性好；(5)磁性生物碳填料孔隙中的磁性颗粒，可以增强填料表面生物膜中微生物的活性，使微生物降解污染物的能力提高，从而提高生物膜反应器的降解效率。附图说明图1为本专利技术所述螺旋状U型槽轨道的结构示意图。图2为本专利技术所述的隔网结构示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例1一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，由如图1所示的螺旋状U型槽轨道和装填在所述螺旋状U型槽轨道中的磁性生物碳填料构成；所述螺旋状U型槽轨道呈上升状，所述螺旋状U型槽轨道所在平面与水平面角度为8°，所述螺旋状U型槽轨道在水平面投影的外围为圆形，所述圆形的直径为所述螺旋状U型槽轨道宽度的4倍，所述螺旋状U型槽轨道的长度与宽度比值为21，深度为8cm；螺旋状U型槽轨道的材质为有机玻璃。其中磁性生物碳填料的制备方法为：(1)将过量废铁屑加至含硫酸的废液中，反应21min后加入生物碳，搅拌10min，吸附废液中的二价铁离子35min，得到吸附二价铁离子的生物碳；(2)将步骤(1)得到的吸附二价铁离子的生物碳置于空气中静置1min，得到含二价铁离子和三价铁离子的生物碳；(3)将步骤(2)得到的含二价铁离子和三价铁离子的生物碳置于pH为10的氢氧化钠溶液中，搅拌1min后，常温反应60min，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物碳填料，其中干燥温度为50℃。通过上述制备方法得到的磁性生物碳填料的尺寸约为0.8cm，将磁性生物碳填料填装至螺旋状U型槽轨道1/3深度，沿螺旋状U型槽轨道长度方向每隔15cm安装一个如图2所示的隔网，隔网的高度与U型槽轨道的深度相同，隔网的网孔尺寸小于磁性生物碳填料的尺寸，孔隙率为76％。实施例2一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，由如图1所示的螺旋状U型槽轨道和装填在所述螺旋状U型槽轨道中的磁性生物碳填料构成；所述螺旋状U型槽轨道呈上升状，所述螺旋状U型槽轨道所在平面与水平面角度为15°，所述螺旋状U型槽轨道在水平面投影的外围为圆形，所述圆形的直径为所述螺旋状U型槽轨道宽度的6倍，所述螺旋状U型槽轨道的长度与宽度比值为30，深度为12cm；螺旋状U型槽轨道的材质为不锈钢。其中磁性生物碳填料的制备方法为：(1)将过量废铁屑加至含硫酸的废液中，反应30min后加入生物碳，搅拌15min，吸附废液中的二价铁离子40min，得到吸附二价铁离子的生物碳；(2)将步骤(1)得到的吸附二价铁离子的生物碳置于空气中静置2min，得到含二价铁离子和三价铁离子的生物碳；(3)将步骤(2)得到的含二价铁离子和三价铁离子的生物碳置于pH为11的氢氧化钾溶液中，搅拌2min后，常温反应80min，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物碳填料，其中干燥温度为75℃。通过上述制备方法得到的磁性生物碳填料的尺寸约为0.2cm，将磁性生物碳填料填装至螺旋状U型槽轨道1/2深度，沿螺旋状U型槽轨道长度方向每隔20cm安装一个如图2所示的隔网，隔网的高度与U型槽轨道的深度相同，隔网的网孔尺寸小于磁性生物碳填料的尺寸，孔隙率为85％。将实施例1和实施例2所制的基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器同时用于处理城市生活污水。两套生物膜反应器的螺旋状U型槽轨道总长均为6m；实验条件相同，分别为：进水pH＝7.5，水温23℃，水力停留时间7h。城市生活污水水质参数为：CODCr100-300mg/L、NH4+-N5-25mg/L、TP1-3mg/L。挂膜一个月后，两生物膜反应器出水中主要污染物的去除率如表1所示。表1两套基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器对污水中主要污染物的去除率由表1可以看出，采用本专利技术基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器处理城市生活污水能取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，其特征在于，所述生物膜反应器由螺旋状U型槽轨道和装填在所述螺旋状U型槽轨道中的磁性生物碳填料构成；所述螺旋状U型槽轨道呈上升状，所述螺旋状U型槽轨道所在平面与水平面角度为8°～15°，所述螺旋状U型槽轨道在水平面投影的外围为圆形，所述圆形的直径为所述螺旋状U型槽轨道宽度的4～6倍，所述螺旋状U型槽轨道的长度与宽度比值大于20，深度为8～12cm。

【技术特征摘要】
1.一种基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，其特征在于，所述生物膜反应器由螺旋状U型槽轨道和装填在所述螺旋状U型槽轨道中的磁性生物碳填料构成；所述螺旋状U型槽轨道呈上升状，所述螺旋状U型槽轨道所在平面与水平面角度为8°～15°，所述螺旋状U型槽轨道在水平面投影的外围为圆形，所述圆形的直径为所述螺旋状U型槽轨道宽度的4～6倍，所述螺旋状U型槽轨道的长度与宽度比值大于20，深度为8～12cm。2.如权利要求1所述的基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，其特征在于，所述磁性生物碳填料的制备包括如下步骤：(1)将废铁屑加至含硫酸的废液中，反应完全后加入生物碳，搅拌并吸附，得到吸附二价铁离子的生物碳；(2)将步骤(1)得到的吸附二价铁离子的生物碳置于空气中静置，得到含二价铁离子和三价铁离子的生物碳；(3)将步骤(2)得到的含二价铁离子和三价铁离子的生物碳置于pH≥10的强碱溶液中，搅拌后常温反应，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物碳填料。3.如权利要求2所述的基于生物碳的螺旋状磁性生物膜反应器，其特征在于，步骤(1)所述反应的时间大于20min，搅拌时间为10～15min，吸附时间大于30min。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵如金，刘灿灿，王静，龚丽影，王韦胜，朱海东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32