一种含有复合吸附剂的螺旋气浮纳米离子曝气系统的制作方法

本发明属于污水处理，具体涉及一种含有复合吸附剂的螺旋气浮纳米离子曝气系统。

背景技术：

1、随着人们物质水平的不断提高，在发展的同时，人们已经不满足于仅仅单纯发展经济，更多的是朝着可持续性发展的方向去践行。可持续性发展是应时代的变迁、社会经济发展的需要产生的。

2、目前水体污染的方式有很多，一些生活用水、造纸和食品工业污水中含有蛋白质、油脂、碳水化合物、木质素等有机物。这类物质随污水进入水体后，在微生物对它们的分解过程中,需要消耗水体中的溶解氧，使水体含氧减少，从而影响鱼类和其它生物的生长繁殖。当水中的溶解氧耗尽后，水中的有机物即产生厌氧消化，生成甲烷、硫化氢等，使水体出现臭味，危害水生生物的生存。一些行业施用磷肥、氮肥的农田水含有氮、磷、钾等营养物，大量的这类污水排入水体，使营养物质增多，引起藻类及其它浮游生物暴发性繁殖，消耗掉水中的溶解氧。还有一些化工产业排出剧毒污染物，主要是重金属、氰化物、氟化物和难分解的有机污染物，它们都富集在生物体中，危害人类健康。

3、矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子，对水体污染严重，对人类危害大。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。

4、现阶段比较流行的污水处理装置有曝气设备，曝气设备促进水中的氧快速运动，达到分解水中氧化物等的目的。使用曝气对污水进行处理，能够很大程度上减轻污水处理的压力。有效的污水处理，有利于美化城市环境，营造适合居住、旅游、休闲的城市氛围，保证城市的可持续发展能力，维持自然生态环境的平衡。

5、中国专利cn213977163u公开了一种离子叠加纳米曝气污水处理装置，包括超微纳米曝气装置、离子发生器和风机。在使用中，风机将外界空气通过三通管分别导入离子发生器和超微纳米曝气装置的曝气主管中，经离子发生器处理的带有负离子的气体导入超微纳米曝气装置中，并随风机导入的外界空气一同打入水中，完成曝气过程，带有负离子的气体与水中污染物质结合实现沉降去污。该专利结构简易，且能快速、有效降解污染物和有害物质。但是装置比较单一，仅仅依靠物理性曝气过程处理污水很难达到很好的效果，不能够有效治理水体中的重金属、有机物；并且该曝气装置作用范围过小，在现实河水污染治理过程中，因为河水的面积过广，该装置无法对水体实现大范围的治理，作用效果不明显。

6、根据市场的需要，亟需一种污水处理系统，该系统能够深度处理污水的污染，能够多方面高效处理治理水体中的重金属、有机物，达到净化水体效果，而且能够在不同体量和环境的水体中做到污水治理区域广，能多方位高效治理水体污染。

技术实现思路

1、针对上述缺点，本发明提供了一种含有复合吸附剂的螺旋气浮纳米离子曝气系统。本发明采用复合吸附剂、微生物和纳米气泡曝气多种污水处理方式，对水中的重金属进行高效吸附，对水中的有机物进行分离，有机物分离后被微生物吞噬干净，同时系统中纳米离子气浮气控技术使水中产生大量表面呈负电荷状态的纳米气泡，能够对污染物产生较强的吸附作用，能够深度处理水体的污染；并且本发明采用的螺旋结构曝气器能够将混合气体朝着不同方向曝气，曝气距离更远，污水治理的区域更广。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种含有复合吸附剂的螺旋气浮纳米离子曝气系统，其特征在于，包括箱体，所述箱体从上至下具有四层结构；所述箱体第一层从左到右依次串联设置有第一气泵、第一止逆阀、第一容器、第二止逆阀，并且通过第一管道连通，所述第一容器内放有复合吸附剂，所述复合吸附剂的用量为1-3g/l；所述箱体第二层从左到右依次串联设置有第二气泵、第三止逆阀、第二容器、第四止逆阀，并且通过第二管道连通；所述箱体第三层从左到右依次串联设置有第三气泵、第五止逆阀、第三容器、第六止逆阀，并且通过第三管道连通；所述箱体第四层从左到右依次串联设置有第四气泵、第七止逆阀、离子发生器、第八止逆阀，并且通过第四管道连通；

4、所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道和所述第四管道通过并联方式汇合至第五管道；所述第五管道贯穿所述箱体底部右侧，与设于水下且水平放置的排气管顶部连通；所述排气管底部每隔2米间隔设置有曝气器。

5、优选的，所述复合吸附剂的制备方法包括如下步骤：

6、(1)将硼酸和硫脲、硫粉加入去离子水中，随后进行搅拌反应，反应完成后冷却至室温，得到固体产物；随后将所述固体产物进行抽滤、水洗、干燥，接着在惰性气体条件下煅烧，得到多孔氮化硼；

7、(2)将步骤(1)中得到的多孔氮化硼加入氢氧化钠溶液中，然后进行超声分散，洗涤、干燥，得到羟基化多孔氮化硼；

8、(3)将步骤(2)中得到的羟基化多孔氮化硼加入到蒸馏水中，混合均匀，随后加入戊二醛、壳聚糖、乙酸溶液，进行搅拌反应，反应完成后加入氢氧化钠溶液，随后进行抽滤、洗涤、干燥，得到壳聚糖改性多孔氮化硼；

9、(4)将步骤(3)中得到的壳聚糖改性多孔氮化硼加入去离子水，随后加入高锰酸钾、十二烷基磺酸钠，进行搅拌反应，然后进行抽滤、水洗、干燥，得到所述复合吸附剂。

10、更优选的，步骤(1)中所述硼酸和所述硫脲的摩尔比为2:1；所述硫粉的用量为硼酸与硫脲总质量的5-15％；所述搅拌温度为80～90℃，所述搅拌时间为2～4h；所述惰性气体为氮气，所述煅烧温度为800-1300℃，煅烧时间为3-5h；步骤(2)中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5-1mol/l；所述超声分散的时间为2-4h。

11、更优选的，步骤(3)中所述羟基化多孔氮化硼、戊二醛、壳聚糖、乙酸溶液、氢氧化钠溶液的质量比为100:15-20:30-40:40-60:30-40，所述搅拌温度为50-70℃，搅拌时间为30-60min；所述乙酸溶液的浓度为0.5-1mol/l；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5-1mol/l，所述干燥温度为60～80℃，干燥时间为8～12h；步骤(4)中所述壳聚糖改性多孔氮化硼、十二烷基磺酸钠、高锰酸钾的质量比为100：1-3：0.5-1；所述搅拌反应的温度为30-40℃，反应时间为5-8h。

12、优选的，所述箱体第一层外部设有第一开关，所述第一开关与所述第一气泵相连接；所述箱体第二层层外部设有第二开关，所述第二开关与所述第二气泵相连接；所述箱体第三层外部设有第三开关，所述第三开关与所述第三气泵相连接；所述箱体第四层外部设有第四开关，所述第四开关与所述第四气泵相连接。

13、优选的，所述第二容器内设置有第一搅拌桨，所述第一搅拌桨与第一电机的转动轴连接；所述第二容器内放有芽孢底改颗粒。

14、优选的，所述第三容器内设置有第二搅拌桨，所述第二搅拌桨与第二电机的转动轴连接；所述第三容器内放有腐败希瓦氏菌、地衣芽孢杆菌、适冷假单胞菌中的一种或多种。

15、优选的，所述曝气器包括从上至下依次连通的曝气器顶部、曝气器壳体、曝气器底部、曝气头；所述曝气器顶部为螺纹结构，与所述排气管底部螺纹连接；所述曝气器壳体为从上至下内径逐渐变大的圆锥结构；所述曝气器底部为凸型球状结构。

16、更优选的，所述曝气头的个数为3个，在所述曝气器底部呈圆周阵列分布，并且朝外倾斜。

17、更优选的，所述曝气头包括曝气头壳体，所述曝气头壳体为从上至下内径逐渐变大的圆锥结构；所述曝气头壳体内腔设有导流槽，所述导流槽的形状为螺旋结构。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、(1)本发明所用改性复合吸附剂利用硼酸和硫脲分别作为硼源和氮源制作氮化硼，同时加入的硫粉可作为造孔剂，使制备的氮化硼为多孔结构，比表面积更大，热稳定性和化学稳定性良好，对重金属有更强的吸附能力；随后对氮化硼颗粒进行羟基化能够使惰性的氮化硼表面产生羟基，以便于后续交联反应的进行；并且通过改性后的羟基化多孔氮化硼具有较高的分散能力，提高了其与壳聚糖的相容性；随后将羟基化多孔氮化硼与壳聚糖进行反应，壳聚糖成本低、应用范围广，并且有大量的羟基和氨基，可通过物理作用和化学作用吸附重金属离子，本身具有较强的重金属离子吸附能力，羟基化多孔氮化硼、戊二醛溶液、壳聚糖可以进行交联反应，制备得到的复合吸附剂纳米材料有巨大的表面积和孔径，且交联后形成的网状结构可包覆重金属离子，具有强大的吸附性能，防止重金属再次解离至水中；最后通过高锰酸钾对壳聚糖改性多孔氮化硼表面进行氧化反应，使其表面产生羧基，提高了亲水性，同时加入的十二烷基磺酸钠可改善吸附剂在水中的分散性，提高吸附效果，且十二烷基磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，可与水中的重金属阳离子结合中，进一步提高吸附性能。

20、(2)本发明通过添加微生物添加剂和驯化的好微生物群，对水体的有机物进行分解和吞噬；所述微生物群为芽孢底改颗粒，可以改善底质，降低水体中的氨氮、亚硝酸盐，改善水体环境，促进底质矿化，分解粪便、有机物，具有很强的清理水中垃圾小颗粒的作用；可以改善和降解有害藻类泛滥造成的水质浑浊、藻毒，同时提高了水体溶氧；驯化好的微生物群为选自腐败希瓦氏菌、地衣芽孢杆菌、适冷假单胞菌的一种或多种，将分离后的有机物吞噬干净，使水中的氨氮、总磷、bod、cod有效降低；并且通过纳米离子气浮气控技术产生纳米气泡对污染物有较强的吸附作用，且对好氧菌有强化作用，可以使微生物群与污染物有足够的时间和空间进行反应，从而降低水中氨氮、总磷、bod、cod的浓度。

21、(3)本发明所采用螺旋结构的曝气器以及多方位曝气方式能使气体曝气距离更远、范围更广，使得产生的纳米气泡有充分的时间、足够的空间与污染物发生作用，污水治理的区域更广。