一种基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器的制作方法

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器。

背景技术：

生物膜反应器主要依靠附着于载体表面的微生物来降解污染物，净化污水。其基本原理为污水流经附着生物膜的载体表面时，污水中有机物与生物膜中微生物发生相对运动而相互接触，生物膜中的微生物吸附污水中的有机污染物，并且对污染物进行氧化分解，使废水中有机物得到去除，污水得到净化。生物膜反应器按填料在反应器中相对位置变化情况可分为固定床生物膜反应器和移动床生物膜反应器。固定床生物膜反应器有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等。生物膜反应器具有微生物种类多样、对环境的适应能力强、能耗低、抗冲击负荷能力强等优点。但生物膜反应器应用过程中也存在悬浮污泥清除麻烦、对污染物的净化效果不够好、出水悬浮物浓度高等问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器，该生物膜反应器曝气区设有多排填料装置，每个所述填料装置包括半球状填料结构、中空管和珊瑚砂，中空管从上到下安装有多个上部开口的半球状填料结构，半球状填料结构内设有铁氧体颗粒，对污染物的净化效果好，运行过程中悬浮污泥的排放方便，出水悬浮物浓度低。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的：一种基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器，包括反应器外壳、曝气区和污泥区；

所述反应器外壳内设有曝气区和污泥区，且曝气区在污泥区的上部，曝气区和污泥区之间通过隔板隔开；所述隔板上设有多个隔板圆孔；所述曝气区内设有多个微孔曝气头和多排填料装置，每个所述填料装置包括半球状填料结构、中空管和珊瑚砂；所述中空管垂直安装在隔板上，且中空管的一端插入隔板圆孔内，中空管从上到下安装有多个上部开口的半球状填料结构，所述中空管安装有半球状填料结构的部分设有开孔区，开孔区上设有多个通孔；所述半球状填料结构中加入珊瑚砂；

所述污泥区的底部设有污泥排出口；所述污泥排出口上设有阀门。

进一步的，所述半球状填料结构包括半球状网状骨架和无纺布；

所述半球状网状骨架的内表面和外表面均覆盖有无纺布；

内表面和外表面的无纺布之间设有铁氧体颗粒。

上述方案中，所述网状骨架的网孔为圆形或方形；当网状骨架的网孔为圆形时直径为0.7-2cm；当网状骨架的网孔为方形时边长为0.7-2cm。

上述方案中，所述珊瑚砂的加入量为半球状填料结构内容积的1/4-1/3。

上述方案中，所述曝气区与污泥区的体积比为4:1-6:1。

上述方案中，所述通孔的孔径为3-5mm。

上述方案中，所述开孔区的孔隙率为50％-75％。

上述方案中，所述微孔曝气头的数量与填料装置的数量相等。

上述方案中，所述的反应器外壳为圆柱状或方形，材质为不锈钢或有机玻璃。

上述方案中，所述中空管穿过隔板圆孔突出部分为5-10mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明生物膜反应器将填料做成半球状，且半球内的中空管表面有孔，因此大多数悬浮状的污泥颗粒可以在不受曝气的影响下通过中空管排入污泥区，再通过污泥排出口排出，因此该反应器排泥方便，出水悬浮物浓度低；生物膜反应器中有珊瑚砂、无纺布等多种载体，这些载体表面孔隙率高、易于挂膜，对污水的处理效果好；半球状填料的两层无纺布之间加入铁氧体颗粒，可以增强生物膜反应器中微生物的活性，使微生物降解污染物的能力提高，从而提高生物膜反应器对污染物的降解效率；半球状填料结构中的铁氧体颗粒来自于重金属废水的处理过程，成本低，而且实现了废弃物的资源化利用。

附图说明

图1为本发明一实施方式的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的隔板示意图；

图3为本发明一实施方式的半球状填料结构示意图。

图中：1.隔板；2.中空管；3.半球状填料结构；4.珊瑚砂；5.曝气区；6.微孔曝气头；7.污泥区；8.污泥排出口；9.阀门；10.隔板圆孔；11.反应器外壳；12.固定丝；13.通孔；14.开孔区。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明所述基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器的一种实施方式，所述基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器包括反应器外壳11、曝气区5和污泥区7；

所述反应器外壳11内设有曝气区5和污泥区7，且曝气区5在污泥区7的上部，曝气区5和污泥区7之间通过隔板1隔开；所述隔板1上设有多个隔板圆孔10；所述曝气区5内设有多个微孔曝气头6和多排填料装置，每个所述填料装置包括半球状填料结构3、中空管2和珊瑚砂4；所述中空管2垂直安装在隔板1上，且中空管2的一端插入隔板圆孔10内，中空管2从上到下安装有多个上部开口的半球状填料结构3，所述中空管2安装有半球状填料结构3的部分设有开孔区14，开孔区14上设有多个通孔13；所述半球状填料结构3中加入珊瑚砂4，优选的，每个半球状填料结构3中珊瑚砂4的加入量为2-4g；

所述污泥区7的底部设有污泥排出口8；所述污泥排出口8上设有阀门9。所述污泥排出口8孔径为3-5cm，并通过阀门9控制污泥的排放。

根据本实施例，优选的，所述半球状填料结构3包括不锈钢丝编制的半球状网状骨架和无纺布；所述半球状网状骨架的内表面和外表面均覆盖有无纺布；内表面和外表面的无纺布之间设有铁氧体颗粒。优选的，所述网状骨架的网孔为圆形或方形；当网状骨架的网孔为圆形时直径为0.7-2cm；当网状骨架的网孔为方形时边长为0.7-2cm。

如图3所示，在所述半球状填料结构3的顶点和边缘处通过钢丝将外层无纺布、网状骨架和内层无纺布固定在一起，边缘的固定点至少为3个，且固定点均匀分布；在半球状填料结构3边缘所在的平面内设置两根直径为1.5-2.5mm的不锈钢丝，称为固定丝12，固定丝12长度与半球状填料结构3边缘所在圆的直径相等，两根固定丝12互相垂直，并通过不锈钢丝绑在半球状填料结构3的边缘上。

优选的，所述珊瑚砂4的加入量为半球状填料结构3内容积的1/4-1/3。

优选的，所述曝气区5与污泥区7的体积比为4:1-6:1。

优选的，所述通孔13的孔径为3-5mm。

优选的，所述开孔区14的孔隙率为50％-75％。

优选的，所述微孔曝气头6的数量与填料装置的数量相等，曝气均匀。

优选的，所述的反应器外壳11为圆柱状或方形，材质为不锈钢或有机玻璃。

优选的，所述中空管2的壁厚为0.5-1.5mm；将半球状填料结构3顶点在下、边缘在上通过不锈钢丝绑在中空管2上，并使中空管2穿过半球状填料结构3的顶点和两根固定丝12的交点位置；所述填料装置组装时，先将固定丝12从半球状填料结构3边缘取下，穿过中空管2上的通孔13，再固定在半球状填料结构3的边缘上，并保证两根固定丝12垂直；每个填料装置上的半球状填料结构3的个数为3-7个。所述中空管2在隔板1上安装时，采用焊接或胶粘方式，所述中空管2穿过隔板圆孔10突出部分为5-10mm，污泥容易排出来且不容易堵塞。

优选的，所述隔板1为圆形或方形，材质为不锈钢或有机玻璃，通过焊接或胶粘固定在反应器外壳11的内部，并与底部平面平行；所述隔板1厚度可为1-2cm；隔板1上圆孔10的直径可为1.5-3cm。

优选的，所述铁氧体颗粒的制备过程如下：

1.向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比大于2，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比范围在1.3-1.8之间；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的ph值调节至10以上，常温下反应6-8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中可以含铜离子、锰离子或其他重金属离子，其中所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾等；

2.陈化30-60分钟以后，混合液中的沉渣即转化为黑色的磁性铁氧体颗粒。

本发明工作时，污水从反应器的上部一端给入，在反应器中半球状填料结构3和珊瑚砂4表面的微生物降解后，从反应器上部另一端排出；反应器中脱落的悬浮状污泥通过中空管2上通孔13和中空管2排入污泥区，浓缩沉淀后通过污泥排出口8排出。

实施例1

如图1和图2所示，一种基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器包括反应器外壳11、曝气区5和污泥区7，曝气区5在污泥区7的上部，并通过隔板1隔开；曝气区5与污泥区7的体积比为4:1；所述的曝气区5设有填料装置，底部布设微孔曝气头6；所述的污泥区7底部中间位置设污泥排出口8和阀门9，控制污泥的排放。所述隔板1上均匀开设与填料装置数量相等的隔板圆孔10，中空管2固定在隔板1上的隔板圆孔10内。

所述的反应器外壳11为圆柱状，材质为不锈钢；

所述的隔板1为圆形，材质为不锈钢，通过焊接固定在反应器外壳11的内部，并与底部平面平行；隔板1厚度为1cm；隔板1上圆孔10的直径为1.5cm。

所述填料装置包括半球状填料结构3、中空管2和珊瑚砂4。所述的半球状填料结构3由不锈钢丝编制的半球状网状骨架内表面和外表面各覆盖一层无纺布制成，并在半球的顶点和边缘处通过钢丝将外层无纺布、网状骨架和内层无纺布固定在一起，边缘的固定点为3个，且固定点均匀分布；所述的网状骨架的网孔为圆形，直径为0.7cm；形成网状骨架的不锈钢丝的直径为0.5mm；在半球状填料结构3的两层无纺布之间加入铁氧体颗粒，每个半球状填料结构3的加入量为2g；在半球状填料结构3边缘所在的平面内设置两根直径为1.5mm的不锈钢丝，称为固定丝，固定丝长度与半球状填料结构3边缘所在圆的直径相等，两根固定丝互相垂直，并通过不锈钢丝绑在半球状填料结构3的边缘上。所述的中空管2材质为不锈钢，外径与隔板1上圆孔10的孔径相当，长度与曝气区5的高度相当，中空管2壁厚为0.5mm；将半球状填料结构3顶点在下、边缘在上通过不锈钢丝绑在中空管2上，并使中空管2穿过半球状填料结构3的顶点和两根固定丝的交点位置；然后在半球状填料结构3中加入珊瑚砂4，形成所述的半球串填料。珊瑚砂4的加入量为半球状填料结构3内容积的1/4。在每一根中空管2上，半球状填料结构3顶点到两固定丝交点之间打圆孔，孔径为3mm，孔隙率为50％。半球串填料组装时，先将固定丝从半球状填料边缘取下，穿过中空管上的圆孔，再固定在半球状填料的边缘上，并保证两根固定丝垂直。每个半球串填料上半球状填料结构3的个数为3个。

半球串填料在隔板1上安装时，采用焊接方式，中空管2在隔板1底部的突出部分为5mm。

所述曝气区5底部微孔曝气头6的数量与半球串填料的数量相当，并均匀布置；

所述污泥排出口8孔径为3cm，并通过阀门9控制污泥的排放。

所述的铁氧体颗粒的制备过程如下：

1.向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为2.1，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为8，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.3；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的ph值调节至10.5，常温下反应6分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中含铜离子，所述的强碱为氢氧化钠；

2.陈化30分钟以后，混合液中的沉渣即转化为黑色的磁性铁氧体颗粒。

实施例2

如图1和图2所示，一种基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器包括反应器外壳11、曝气区5和污泥区7，曝气区5在污泥区7的上部，并通过隔板1隔开；曝气区5与污泥区7的体积比为6:1；所述的曝气区5填充填料装置，底部布设微孔曝气头6；所述的污泥区7底部中间位置设污泥排出口8和阀门9，控制污泥的排放。所述的隔板1上均匀开设与填料装置数量相等的隔板圆孔10，填料装置固定在隔板1上的隔板圆孔10内。

所述反应器外壳11为方形，材质为有机玻璃；

所述隔板1为方形，材质为有机玻璃，通过胶粘固定在反应器外壳11的内部，并与底部平面平行；隔板1厚度为2cm；隔板1上圆孔10的直径为3cm。

所述填料装置包括半球状填料结构3、中空管2和珊瑚砂4。所述半球状填料结构3由不锈钢丝编制的半球状网状骨架内表面和外表面各覆盖一层无纺布制成，并在半球的顶点和边缘处通过钢丝将外层无纺布、网状骨架和内层无纺布固定在一起，边缘的固定点为6个，且固定点均匀分布；所述的网状骨架的网孔为方形，边长为2cm；形成网状骨架的不锈钢丝的直径为1mm；在半球状填料结构3的两层无纺布之间加入铁氧体颗粒，每个半球状填料结构3的加入量为4g；在半球状填料结构3边缘所在的平面内设置两根直径为2.5mm的不锈钢丝，称为固定丝，固定丝长度与半球状填料结构3边缘所在圆的直径相等，两根固定丝互相垂直，并通过不锈钢丝绑在半球状填料结构3的边缘上。所述的中空管2材质为有机玻璃，外径与隔板1上圆孔10的孔径相当，长度与曝气区5的高度相当，中空管2壁厚为1.5mm；将半球状填料结构3顶点在下、边缘在上通过不锈钢丝绑在中空管2上，并使中空管2穿过半球状填料结构3的顶点和两根固定丝的交点位置；然后在半球状填料结构3中加入珊瑚砂4，形成所述的半球串填料。珊瑚砂4的加入量为半球状填料结构3内容积的1/3。在每一根中空管2上，半球状填料结构3顶点到两固定丝交点之间打圆孔，孔径为5mm，孔隙率为75％。半球串填料组装时，先将固定丝从半球状填料边缘取下，穿过中空管上的圆孔，再固定在半球状填料的边缘上，并保证两根固定丝垂直。每个半球串填料上半球状填料结构3的个数为7个。

所述中空管2在隔板1上安装时，采用胶粘方式，中空管2在隔板1底部的突出部分为10mm。

所述曝气区5底部微孔曝气头6的数量与填料装置的数量相当，并均匀布置。

所述污泥排出口8孔径为5cm，并通过阀门9控制污泥的排放。

所述铁氧体颗粒的制备过程如下：

1.向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为5，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为10，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.8；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的ph值调节至12，常温下反应8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中含锰离子，所述的强碱为氢氧化钾；

2.陈化60分钟以后，混合液中的沉渣即转化为黑色的磁性铁氧体颗粒。

采用实施例1和实施例2所制的基于珊瑚砂的磁性生物膜反应器处理城市生活污水，其中两生物膜反应器运行条件相同，曝气量0.11m³/h，进水ph＝7.1左右，温度24℃左右，水力停留时间8h。挂膜并稳定运行一个月后，实施例1所制生物膜反应器中cod的去除率能达到92.5％，nh⁴⁺-n的去除率能达到89.3％；实施例2所制生物膜反应器中cod的去除率能达到97.3％，nh⁴⁺-n的去除率能达到91.8％；处理效果良好。

所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。