本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及生物膜反應(yīng)器，具體涉及一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

生物濾池工藝借鑒了生物接觸氧化法和給水過濾的設(shè)計原理，以濾池中填裝的粒狀填料如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等為載體，在濾池內(nèi)部進行曝氣，使濾料的表面生長著大量生物膜，當(dāng)待處理的水流經(jīng)時，利用微生物的生物代謝、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留以及反應(yīng)器內(nèi)沿水流方向食物鏈的分級捕食作用，實現(xiàn)了污染物的高效去除，同時利用反應(yīng)器內(nèi)好氧、缺氧區(qū)域的存在，實現(xiàn)脫氮除磷的功能。填料是生物濾池的核心，是微生物的載體，與微生物的生長、繁殖、脫落情況息息相關(guān)，對污水處理效果起著決定作用。目前常用的填料種類廣泛，可分為無機類填料與有機類填料，前者主要包含砂石、陶粒、沸石、陶瓷、礦渣與活性炭等；后者主要包含人工合成填料，如聚丙烯、聚乙烯、塑料、明膠等。

而生物濾池運行過程中常常因為濾料的流失以及堵塞而需要補充和定時更換、反沖洗，造成填料的成本增高，系統(tǒng)的運行周期也不同程度地縮短，降低了反應(yīng)器的處理效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前生物濾池濾料流失嚴(yán)重，更換、清洗濾料頻繁的問題，本發(fā)明提供了一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置了多組中空圓柱與圓環(huán)，并在圓環(huán)內(nèi)放置柱狀棉布包裹的磁性復(fù)合載體，有效減少了濾料的流失，延緩了濾料的使用周期，提高了反應(yīng)器的運行性能，降低了系統(tǒng)運行成本。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述技術(shù)目的的：一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器，包括圓形臺階式外殼、出水管和磁性復(fù)合載體；

所述圓形臺階式外殼包括多組大小不同的中空圓柱和圓環(huán)，中空圓柱直徑和圓環(huán)的內(nèi)外徑從上到下依次減??；每一組中空圓柱與圓環(huán)均是中空圓柱的底端內(nèi)壁和圓環(huán)的外緣通過焊接或膠粘連接；所述出水管的上端與最下面一組中圓環(huán)的內(nèi)緣通過焊接或膠粘連接；

所述磁性復(fù)合載體為中空圓柱形，安裝在所述圓環(huán)內(nèi)，所述磁性復(fù)合載體的中心與圓環(huán)的中心在同一條垂線上；所述磁性復(fù)合載體包括外包裹層和內(nèi)部混合填料；所述混合填料為按一定質(zhì)量配比的鐵氧體顆粒與酸化生物炭顆粒。

上述方案中，所述圓環(huán)的內(nèi)緣比外緣高，坡度為5～10°，小的坡度范圍給污水提供一個驅(qū)動力，便于流向下一階反應(yīng)裝置，某種程度上克服堵塞現(xiàn)象，同時較小坡度還利于泥水分離，截留污泥等固體雜質(zhì)便于及時清理。

上述方案中，所述混合填料中鐵氧體顆粒與酸化生物炭顆粒的質(zhì)量比為1:1～1.2:1，保證生物炭顆粒最大程度地浸在鐵氧體顆粒中，使生物炭的磁化效果達到最佳。

上述方案中，所述磁性復(fù)合載體的外包裹層為廢棉布；所述磁性復(fù)合載體的外包裹層分為體積相等的、且分隔的上、中、下三個部位，三個部位中均包含所述混合填料，一方面，防止全部濾料顆粒堆積在一端而出現(xiàn)厭氧現(xiàn)象，另一方面濾料的等量均分能較大程度上增加其與污水的接觸面積，提高去除效果。

上述方案中，所述酸化生物炭顆粒的顆粒粒度為5～12mm。

上述方案中，所述中空圓柱的壁厚為5～10mm，高度為500～800mm；所述圓環(huán)的厚度為5～10mm，圓環(huán)外徑與中空圓柱的內(nèi)徑相同，所述圓環(huán)的外徑與內(nèi)徑之差為1000～1600mm。

上述方案中，相鄰兩組的所述中空圓柱外徑之差為1000～1600mm，所述圓環(huán)外徑之差為1000～1600mm。

上述方案中，所述出水管壁厚為5～10mm，出水管的外徑與最下面一組中圓環(huán)的內(nèi)徑相同，出水管的高度為300～500mm。

上述方案中，所述磁性復(fù)合載體的厚度為10～20mm，高度為300～400mm。

上述方案中，所述中空圓柱、圓環(huán)和所述出水管的中空圓柱材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃。

上述方案中，所述磁性復(fù)合載體的制備采用如下步驟：

1)裁剪廢棉布為方形塊狀，用針線將方形塊狀棉布其中一對相對的兩邊縫合在一起，形成兩端開口、兩端封閉的方形棉布；

2)將兩個開口端的一端用針線縫合在一起，形成三端封閉一端開口的方形棉布；

3)從步驟2)所形成方形棉布的開口端裝入混合的鐵氧體顆粒和酸化生物炭顆粒，用針線將方形棉布的開口端縫合起來，形成一個封閉的含鐵氧體顆粒和酸化生物炭顆粒的方形棉布；

4)把步驟3)所形成棉布內(nèi)的混合填料等量均分在其上、中、下三個部位，用針線在三個部位分界線處分別縫一道分帶線，從而把混合填料固定在形成的三條帶中；然后用針線把與分帶線垂直的方形棉布的兩端縫合在一起，形成所述的中空圓柱形磁性復(fù)合載體。

所述的酸化生物炭顆粒的顆粒粒度為5-12mm，制備時將粒度為5-12mm的生物炭浸沒于ph≤4的強酸溶液中反應(yīng)，洗滌、干燥，得酸化生物炭；其中所述的強酸可以是鹽酸或硫酸。

上述方案中，所述的鐵氧體顆粒的制備如下步驟：

1)向重金屬離子廢水中添加二價鐵離子和三價鐵離子，使廢水中二價鐵離子與其他二價金屬離子的摩爾比大于2，三價鐵離子與其他三價金屬離子的摩爾比大于7.5，三價金屬離子與二價金屬離子的摩爾比范圍在1.3-1.8之間，所形成的鐵氧體中金屬的回收率、鐵氧體的穩(wěn)定性及其飽和磁化率越高；然后在攪拌的同時向重金屬離子廢水中加入強堿，將溶液的ph值調(diào)節(jié)至10以上，常溫下反應(yīng)6-8分鐘，停止攪拌，混合液中形成沉渣，然后進行陳化，其中所述的重金屬離子廢水中可以含銅離子、錳離子或其他重金屬離子，其中所述的強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀等；

2)陳化30-60分鐘以后，混合液中的沉渣即轉(zhuǎn)化為黑色的磁性鐵氧體顆粒。

本發(fā)明圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器運行時，從反應(yīng)器上部周邊進水，通過磁性復(fù)合載體表面微生物作用及載體對污水中污染物的吸附作用后，從底部出水管7排出。

本發(fā)明的有益效果是：

1.在生物反應(yīng)器中采用多組中空圓柱與圓環(huán)，解決了傳統(tǒng)生物濾池濾料容易堵塞的問題，減少了更換、清洗濾料的次數(shù)，延長了系統(tǒng)運行周期，進一步提高了反應(yīng)器的處理效率；

2.生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了中空圓柱狀磁性復(fù)合載體，有效減少了濾料的流失，延緩了濾料的使用周期，降低了系統(tǒng)運行成本；

3.本發(fā)明所述一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器的制作原材料—生物炭、廢棉布為固體廢物或來源于固體廢物，實現(xiàn)了固體廢物的資源化利用，且鐵氧體顆粒的制備有效利用了重金屬離子廢水的處理產(chǎn)物，減輕了其帶來的環(huán)境污染；

4.鐵氧體顆粒的制備有效利用了重金屬離子廢水的處理產(chǎn)物，減輕了其帶來的環(huán)境污染；酸化生物炭顆粒的制備原材料為農(nóng)業(yè)廢棄物花生殼，也實現(xiàn)了固廢利用；鐵氧體顆粒本身帶有磁性，與生物炭顆粒的混合，相當(dāng)于磁性生物炭填料，增強了生物膜反應(yīng)器內(nèi)微生物的活性，使微生物降解污染物的能力提高，從而提高生物膜反應(yīng)器的降解效率。

且磁性生物炭填料廢棄后，經(jīng)簡單處理，就可以二次利用，作為污水處理或土壤修復(fù)材料。

5.鐵氧體顆粒作為水處理填料，成本低，且無重金屬浸出的隱患，且其本身的磁性產(chǎn)生的弱磁場，可誘導(dǎo)酶的合成和酶活性的提高，有利于自由基的形成，增加體系溶解氧濃度(氧為順磁性)，促進污染物的高級氧化過程及自由基反應(yīng)，加快降解有機污染物。

附圖說明

圖1為圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器俯視圖；

圖2為圖1圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器的a-a剖視圖；

圖3為磁性復(fù)合載體主視圖；

圖4為磁性復(fù)合載體俯視圖。

圖中：1.圓形臺階式外殼；2.中空圓柱；3.圓環(huán)；4.分帶線；5.酸化生物炭顆粒；6.鐵氧體顆粒；7.出水管。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述：

實施例1

如圖1和圖2所示，一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器，包括圓形臺階式外殼1、出水管7和磁性復(fù)合載體。其中圓形臺階式外殼1由多組大小不同的中空圓柱2和圓環(huán)3組成，中空圓柱2直徑和圓環(huán)3的內(nèi)外徑從上到下依次減小。每一組中空圓柱2與圓環(huán)3，均是中空圓柱2的底端內(nèi)壁和圓環(huán)3的外緣通過焊接連接在一起。

在每組中空圓柱2和圓環(huán)3中，所述的中空圓柱2材質(zhì)為不銹鋼，壁厚為5mm，高度為500mm；所述的圓環(huán)3材質(zhì)為不銹鋼，厚度為5mm，外徑與中空圓柱2的內(nèi)徑相同，圓環(huán)3外徑與圓環(huán)3內(nèi)徑之差為1000mm。圓環(huán)3的內(nèi)緣比外緣略高，坡度為5°。相鄰兩組的中空圓柱2外徑之差為1000mm，圓環(huán)3外徑之差為1000mm。中空圓柱2和圓環(huán)3的組數(shù)根據(jù)進水水質(zhì)和處理要求確定。

所述的出水管7，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚為5mm，外徑與最下面一組中空圓柱和圓環(huán)中圓環(huán)3的內(nèi)徑相同，出水管7的上端與圓環(huán)3的內(nèi)緣通過焊接連接在一起。出水管7高度為300mm。

所述的磁性復(fù)合載體，為中空圓柱形，安置在所述圓環(huán)3內(nèi)，安置時磁性復(fù)合載體的中心與圓環(huán)3的中心在同一條鉛垂線上。所述的中空圓柱狀磁性復(fù)合載體的厚度為10mm，內(nèi)外徑均介于圓環(huán)3的外徑與內(nèi)徑之間，高度為300mm；磁性復(fù)合載體是由廢棉布內(nèi)裝混合填料制成的；所述混合填料由鐵氧體顆粒6與酸化生物炭顆粒5組成，其中鐵氧體顆粒6與酸化生物炭顆粒5的質(zhì)量比為1:1。

如圖3和4所示，磁性復(fù)合載體的制備采用如下步驟：

1)裁剪廢棉布為方形塊狀，用針線將方形塊狀棉布其中一對相對的兩邊縫合在一起，形成兩端開口、兩端封閉的方形棉布；

2)將兩個開口端的一端用針線縫合在一起，形成三端封閉一端開口的方形棉布；

3)從步驟2)所形成方形棉布的開口端裝入混合的鐵氧體顆粒6和酸化生物炭顆粒5，用針線將方形棉布的開口端縫合起來，形成一個封閉的含鐵氧體顆粒6和酸化生物炭顆粒5的方形棉布；

4)把步驟3)所形成棉布內(nèi)的混合填料等量均分在其上、中、下三個部位，用針線在三個部位分界線處分別縫一道分帶線4，從而把混合填料固定在形成的三條帶中；然后用針線把與分帶線4垂直的方形棉布的兩端縫合在一起，形成所述的中空圓柱形磁性復(fù)合載體。

所述的酸化生物炭顆粒5的顆粒粒度為5mm，制備時將粒度為5mm的生物炭浸沒于ph＝4的強酸溶液中反應(yīng)，洗滌、干燥，得酸化生物炭；其中所述的強酸是鹽酸。

所述的鐵氧體顆粒6的制備采用如下步驟：

1)向重金屬離子廢水中添加二價鐵離子和三價鐵離子，使廢水中二價鐵離子與其他二價金屬離子的摩爾比為3，三價鐵離子與其他三價金屬離子的摩爾比為8，三價金屬離子與二價金屬離子的摩爾比為1.3；然后在攪拌的同時向重金屬離子廢水中加入強堿，將溶液的ph值調(diào)節(jié)至10.5，常溫下反應(yīng)6分鐘，停止攪拌，混合液中形成沉渣，然后進行陳化，其中所述的重金屬離子廢水中含銅離子，其中所述的強堿為氫氧化鈉；

2)陳化30分鐘以后，混合液中的沉渣即轉(zhuǎn)化為黑色的磁性鐵氧體顆粒。

實施例2

一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器，包括圓形臺階式外殼1、出水管7和磁性復(fù)合載體。其中圓形臺階式外殼1由多組大小不同的中空圓柱2和圓環(huán)3組成，中空圓柱2直徑和圓環(huán)3的內(nèi)外徑從上到下依次減小。每一組中空圓柱2與圓環(huán)3，均是中空圓柱2的底端內(nèi)壁和圓環(huán)3的外緣通過膠粘連接在一起。

在每組中空圓柱2和圓環(huán)3中，所述的中空圓柱2材質(zhì)為有機玻璃，壁厚為10mm，高度為800mm；所述的圓環(huán)3材質(zhì)為有機玻璃，厚度為10mm，外徑與中空圓柱2的內(nèi)徑相同，圓環(huán)3外徑與圓環(huán)3內(nèi)徑之差為1600mm。圓環(huán)的內(nèi)緣比外緣略高，坡度為10°。相鄰兩組的中空圓柱2外徑之差為1600mm，圓環(huán)外徑之差為1600mm。中空圓柱2和圓環(huán)3的組數(shù)根據(jù)進水水質(zhì)和處理要求確定。

所述的出水管7，材質(zhì)為有機玻璃，壁厚為10mm，外徑與最下面一組中空圓柱和圓環(huán)中圓環(huán)3的內(nèi)徑相同，出水管7的上端與圓環(huán)3的內(nèi)緣通過膠粘連接在一起。出水管7高度為500mm。

所述的磁性復(fù)合載體，為中空圓柱形，安置在所述圓環(huán)3內(nèi)，安置時磁性復(fù)合載體的中心與圓環(huán)3的中心在同一條鉛垂線上。所述的中空圓柱狀磁性復(fù)合載體的厚度為20mm，內(nèi)外徑均介于圓環(huán)3的外徑與內(nèi)徑之間，高度為400mm；磁性復(fù)合載體是由廢棉布內(nèi)裝混合填料制成的；所述混合填料由鐵氧體顆粒6與酸化生物炭顆粒5組成，其中鐵氧體顆粒6與酸化生物炭顆粒5的質(zhì)量比為1.2:1。

磁性復(fù)合載體的制備采用如下步驟：

1)裁剪廢棉布為方形塊狀，用針線將方形塊狀棉布其中一對相對的兩邊縫合在一起，形成兩端開口、兩端封閉的方形棉布；

2)將兩個開口端的一端用針線縫合在一起，形成三端封閉一端開口的方形棉布；

3)從步驟2)所形成方形棉布的開口端裝入混合的鐵氧體顆粒6和酸化生物炭顆粒5，用針線將方形棉布的開口端縫合起來，形成一個封閉的含鐵氧體顆粒6和酸化生物炭顆粒5的方形棉布；

4)把步驟3)所形成棉布內(nèi)的混合填料等量均分在其上、中、下三個部位，用針線在三個部位分界線處分別縫一道分帶線4，從而把混合填料固定在形成的三條帶中；然后用針線把與分帶線4垂直的方形棉布的兩端縫合在一起，形成所述的中空圓柱形磁性復(fù)合載體。

所述的酸化生物炭顆粒5的顆粒粒度為12mm，制備時將粒度為12mm的生物炭浸沒于ph＝3的強酸溶液中反應(yīng)，洗滌、干燥，得酸化生物炭；其中所述的強酸為硫酸。

所述的鐵氧體顆粒6的制備采用如下步驟：

1)向重金屬離子廢水中添加二價鐵離子和三價鐵離子，使廢水中二價鐵離子與其他二價金屬離子的摩爾比為5，三價鐵離子與其他三價金屬離子的摩爾比為10，三價金屬離子與二價金屬離子的摩爾比為1.8；然后在攪拌的同時向重金屬離子廢水中加入強堿，將溶液的ph值調(diào)節(jié)至11，常溫下反應(yīng)8分鐘，停止攪拌，混合液中形成沉渣，然后進行陳化，其中所述的重金屬離子廢水中錳離子，其中所述的強堿為氫氧化鉀；

2)陳化60分鐘以后，混合液中的沉渣即轉(zhuǎn)化為黑色的磁性鐵氧體顆粒。

采用實施例1和實施例2所制的一種圓形臺階式磁性生物膜反應(yīng)器處理城市生活污水，其中兩反應(yīng)器的實驗條件相同，進水ph＝7.5，溫度25℃，水力停留時間8h。掛膜并穩(wěn)定運行一個月后，實施例1所制生物膜反應(yīng)器中cod的去除率能達到91.3％，nh⁴⁺-n的去除率能達到81.6％；實施例2所制生物膜反應(yīng)器中cod的去除率能達到93.1％，nh⁴⁺-n的去除率能達到83.6％；處理效果好。

所述實施例為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。