一种低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法、设备及应用技术

本发明专利技术公开了一种低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法、设备及应用，属于污水处理技术领域。本发明专利技术在生物反应单元内投加双金属磁性炭、厌氧活性污泥吸附废水中的有机污染物；微波强化反应单元接收厌氧活性污泥，经超声作用后回流至生物反应单元继续与废水混合吸附，废水处理完成后，可通过微波强化反应单元中的电磁网磁吸生物炭进行回收。本发明专利技术通过低强度超声耦合磁性炭强化生物处理系统中微生物的活性，增加细胞膜的通透性和选择性，促进酶的分泌，增强细胞的代谢过程，改善微生物的生存条件，提高有机废物的降解处理效果，同时双金属磁性炭材料作为吸附剂，实现对有机污染物的吸附与降解两方面的高效去除。有机污染物的吸附与降解两方面的高效去除。有机污染物的吸附与降解两方面的高效去除。

【技术实现步骤摘要】
一种低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法、设备及应用


[0001]本专利技术属于污水处理
，具体涉及一种低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法、设备及应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，各行各业每日的有机废水排放量逐年增长。对于有机废水的处理一般会使用物化法，包括萃取法、吸附法、膜吸法、离子交换法等，但由于有机废水的复杂性和危害性，并不能通过单一物化法工艺完成处理。为了达到废水的高效处理，物化法与生物强化法的结合处理已成为行业的最新选择。
[0003]作为一种环境友好型技术，超声波凭借简单、廉价等诸多优点逐渐成为研究热点。在生物技术中，超声波具有低成本、操作简单、安全可控、生物效果明显的特点，其通过机械和空化效应造成细胞膜破裂是引发细胞损伤的主要原因，而损伤效应是超声波促进微生物活性的主要作用机制。超声波产生的空化气泡可以在极短的时间内经历振荡、生长、收缩、崩溃等一系列过程，形成的声波能量以剪切作用对细胞膜进行损伤，超声波作用停止后细菌将进行自我修复。研究表明，合适的超声强度可以增加细胞膜的通透性和选择性，促进酶的分泌，增强细胞的代谢过程，改善微生物的生存条件，提高有机废物的降解处理。超声的调控因子主要包括功率密度、频率强度、辐照时间和对微生物的作用时机。目前的超声研究仅限于实验室小试，将超声技术引入工业化生产时，在能源日益稀缺的今天，更需要高效率、低能耗、耐持久的超声技术系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了改善传统技术工艺复杂、能源消耗大、成本高等问题而提出了一种利用低强度超声波耦合磁性炭材料废水中复杂有机污染物高效降解的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术技术方案之一，一种低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将厌氧活性污泥与双金属磁性炭混合，投入废水中，对废水进行处理，得到处理后的废水、厌氧活性污泥与双金属磁性炭的混合物；
[0008](2)取出0.5～15wt％步骤(1)处理后的废水、厌氧活性污泥与双金属磁性炭的混合物，进行超声处理；
[0009](3)将步骤(2)超声处理后的混合物重新加入到步骤(1)剩余的混合物中继续对废水进行处理；
[0010](4)重复步骤(2)和(3)直至废水达到排放标准。
[0011]进一步地，所述双金属磁性炭的制备方法包括以下步骤：
[0012](1)将氯化铁、氯化镍溶液混合，加入樟树叶粉，再加入氯化锌活化叶粉，最后加入
去离子水浸渍超声处理得到混合物，对所得混合物冷冻干燥得到前驱体；
[0013](2)将步骤(1)得到的前驱体放入底部铺有均匀尿素的瓷舟中热解，以10℃/min的速率升温至500～800℃，在该温度下持续煅烧1～2h，得到双金属磁性炭，双金属磁性炭储存在密封的棕色瓶中，在氮气环境中保存。
[0014]更进一步地，所述去离子水浸渍超声处理的具体步骤为：将加入樟树叶粉与氯化锌的氯化铁、氯化镍溶液倒入血清瓶中，加入去离子水后，放入超声波仪器中超声2～4h，使其充分扩散均匀。
[0015]更进一步地，所述樟树叶粉的制备方法为：将樟树叶清洗、干燥、破碎、研磨，进一步洗涤至水无色后干燥；
[0016]更进一步地，所述氯化铁、氯化镍和氯化锌的摩尔比为3：3：1，所述樟树叶粉的质量与氯化铁、氯化镍和氯化锌的总质量的比为(0.25～0.5)：1。
[0017]更进一步地，所述前驱体与尿素质量比为2：1。
[0018]进一步地，所述双金属磁性碳的制备可根据实际操作确定最优制备条件，也可根据原料特性制备具有氮、磷等元素掺杂的多功能磁性碳材料，本专利技术中炭前驱体与尿素共同热解正是进行了氮掺杂，增加了炭材料的多吸附位点，进一步地，将研磨后的樟树叶进一步洗涤至水无色后干燥采用冷冻干燥，一方面是减少物质挥发，保持原有结构，另一方面是减少干燥过程中物质的氧化变性。
[0019]进一步地，所述厌氧活性污泥的DO值在0.5mg/L以下，所述厌氧活性污泥的投加量为8000
‑
15000mg/L废水，所述双金属磁性炭的投加量为1～5g/L废水。
[0020]进一步地，低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法的步骤(1)中对废水进行处理的温度为30～35℃。
[0021]进一步地，低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法的步骤(2)中，超声处理温度为15～20℃，超声处理时间为5～40min，超声处理间歇时间为8～24小时，超声处理强度为0.1～1.2W/cm2。
[0022]进一步地，低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法的步骤(1)中的废水还进行了预处理，所述预处理为去除废水中大于25mm的大颗粒杂质，并调节pH为6.2～7.0。
[0023]本专利技术技术方案之二：上述低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法所采用的设备，包括生物反应单元和微波强化反应单元；
[0024]所述生物反应单元的进样口和出样口分别与所述微波强化反应单元的出样口和进样口相连。
[0025]进一步地，所述生物反应单元顶部设置搅拌泵、搅拌头、DO计探头、温度探头；
[0026]进一步地，所述微波强化反应单元包括强化发生装置和控制装置；
[0027]所述强化发生装置为双层结构，外层设置恒温加热棒，顶部固定加盖，盖子与搅拌泵、搅拌头、水质监测头连接，强化发生装置顶部设置进样口，进样口设置进样阀与进样泵，强化发生装置底部设置出样口，出样口设置出样阀和循环泵，强化发生装置侧边设置水样出口，水样出口设置出水阀与出样泵，强化发生装置内设置双层电磁网与超声波震子；
[0028]所述控制装置用以控制强化发生装置进样和出样的速率与时间、搅拌速率、超声强度、超声时间、超声温度、水质检测和通电电量。
[0029]进一步地，所述设备还包括前处理单元，前处理单元进行废水中大颗粒杂质的去除、pH的调节。
[0030]进一步地，所述设备还包括后处理单元，后处理单元进行双金属磁性炭的脱出、厌氧活性污泥的脱水干燥。
[0031]本专利技术技术方案之三：上述低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法在处理农林废水和工业有机废水中的应用。
[0032]进一步的，所述农林废水为氮、磷、硫掺杂的废水；所述工业有机废水包括金属废水，苯酚、苯胺废水或造纸废水。
[0033]本专利技术技术构思：
[0034](1)超声波产生的空化气泡可以在极短的时间内经历振荡、生长、收缩、崩溃等一系列过程，形成的声波能量以剪切作用对细胞膜进行损伤，超声波作用停止后细菌将进行自我修复。合适的超声强度可以增加细胞膜的通透性和选择性，促进酶的分泌，增强细胞的代谢过程，改善微生物的生存条件，提高有机废物的降解处理。当超声强度较低，辐照时间较短时，所产生的机制应力在细胞表面的损伤伤口小，有利于微生物自身修复。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低强度超声耦合双金属磁性炭处理有机废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将厌氧活性污泥与双金属磁性炭混合，投入废水中，对废水进行处理，得到处理后的废水、厌氧活性污泥与双金属磁性炭的混合物；(2)取出0.5～15wt％步骤(1)处理后的废水、厌氧活性污泥与双金属磁性炭的混合物，进行超声处理；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物重新加入到步骤(1)剩余的混合物中继续对废水进行处理；(4)重复步骤(2)和(3)直至废水达到排放标准。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双金属磁性炭的制备方法包括以下步骤：(1)将氯化铁、氯化镍溶液混合，加入樟树叶粉，再加入氯化锌活化叶粉，最后加入去离子水浸渍超声处理得到混合物，对所得混合物冷冻干燥得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的前驱体热解，在500～800℃下持续煅烧1～2h，得到双金属磁性炭。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述樟树叶粉的制备方法为：将樟树叶清洗、干燥、破碎、研磨，进一步洗涤至水无色后干燥；所述氯化铁、氯化镍和氯化锌的摩尔比为3：3：1，所述樟树叶粉的质量与氯化铁、氯化镍和氯化锌的总质量的比为(0.25～0.5)：1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述厌氧活性污泥的DO值在0.5mg/L以下，所述厌氧活性污泥的投加量为8000
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15000mg/L废水，所述双金属磁性炭的投加量为1～5g/L废水。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：庄海峰，张雅荃，党洪阳，单胜道，傅建舟，梁汝婷，高红贝，薛向东，
申请(专利权)人：常山县农业农村局舟山市农业科学研究院舟山市农业生态与能源发展中心，
类型：发明
国别省市：