申请日2017.01.10
公开(公告)日2017.03.08
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30; C02F3/32
摘要
城镇生活污水及工业污水是造成水污染的主要原因，全球超过80%的废水未获得有效处理，导致人类用水安全及水生态环境的严重破坏。因此，如何通过污水处理手段，去除废水中的有害物质，变废为益，是适应性强当前社会面对的亟待解决的共同课题。生物膜污水处理技术源于土壤过滤污水原理，虽然已经应用多年，但生物膜的挂膜填料的选取一直是影响生物膜过滤效率的瓶颈问题。本发明提出利用石墨烯叠层作为生物膜挂膜填料，去除污水氮、磷等元素解决水体富养问题的新方法，与常见挂膜填料相比，具有制备简单、成本低、易回收的特点，在环保应用及理论方面具有重要价值。
权利要求书
1.一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，其特征在于：
所述的一种基于石墨烯叠层填料的生物膜，它由六部分组成，分别是石墨烯叠层1、好氧层2、兼性好氧层3、厌氧层4、附着水层5、流动水层6。
2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，其特征在于：
所述的石墨烯叠层填料的生物膜，石墨烯叠层厚度为100~1000个单层石墨烯厚度。
3.如权利要求1所述的一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，其特征在于：
所述的石墨烯叠层填料的生物膜，好氧层采用的好氧菌是放线菌与真菌。
4.如权利要求1所述的一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，其特征在于：
所述的石墨烯叠层填料的生物膜，兼性好氧层采用的兼性好氧菌是地衣芽孢杆菌与酿酒酵母。
5.如权利要求1所述的一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，其特征在于：
所述的石墨烯叠层填料的生物膜，厌氧层采用的厌氧菌是产酸菌与甲烷菌。
6.如权利要求1所述的一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，其特征在于：
所述的石墨烯叠层通过表面范德华力吸附好氧菌类，然后通过附着力在好氧菌表面吸附兼性好氧菌及厌氧菌，从而在厌氧菌表面形成亲水层即附着水层，当吸附一定厚度污染物后，流动水层通过冲刷力使生物膜更新脱落。
说明书
一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，属于环境工程技术领域及碳材料领域。
背景技术
城镇生活污水及工业污水是造成水污染的主要原因，全球超过80%的废水未获得有效处理，导致人类用水安全及水生态环境的严重破坏。因此，如何通过污水处理手段，去除废水中的有害物质，变废为益，是当前社会面对的亟待解决的共同课题。生物膜法污水处理技术以其制作工艺简单、除污效率高的优势在治理点源污染和面源污染方面具有重要应用价值。生物膜方法主要是利用附着于挂膜填料之上的生物细菌对污水中的有害元素进行有效生物分解，使废水中的氮、磷等元素恢复到正常浓度的技术手段。生物膜是包含好氧菌、兼性好氧菌、厌氧菌、真菌、藻类等微生物构成的微型生态系统。挂膜填料的选择与设计是生物膜处理方法的关键，根据挂膜填料在污水反应器中的运动状态可分移动式填料与固定式填料。挂膜填料选择的优劣将影响是否造成生物膜过厚、结球、堵塞填料床。目前常用的移动式填料主要包括石英砂、天然沸石、活性炭、聚乙條、聚丙炼、聚氨酯泡沫体等，大多数是比表面积大、疏水性好填料，通常为多孔球状、蜂窝状、圆筒状或粒状。石墨烯材料是一种二维碳材料，具有极大的比表面积大(2630m2/g)和较高的疏水性。如果将六边形网状晶体结构的石墨烯叠层作为挂膜填料，生物膜中的微生物将更多更容易附着在上面，与无机、有机污染物更充分的作用。此外，石墨烯叠层的法向机械强度有限，当生物膜反应时间过长积累过厚时，将自行断裂进入回收器，不会造成填料器堵塞的现象。
本发明提出利用石墨烯叠层作为生物膜挂膜填料，去除污水氮、磷等元素，解决水体富养问题的新方法。与常见挂膜填料相比，具有制备简单、成本低、易回收的特点，在环保应用及理论方面具有重要价值。
发明内容
本发明涉及将一种基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，利用该方法可以促进点源水污染与面源水污染的水体生态系统的恢复，强化生活污水及工业污水的自我净化功能，促进退化水质的好转，缩短污水治理周期。
本发明将石墨烯叠层作为生物膜方法的挂膜填料，生物膜附着在石墨烯薄膜上面形成微型生态系统，通过对石墨烯叠层厚度的控制可以实现对附着力的调节。污水与生物膜接触后，微生物与无机、有机污染物发生生化反应，达到水体生态平衡，实现本发明的目的。
本发明基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理方法，包括以下步骤：
(1)、确定反应池：模拟生活污水，用自来水配制反应池,溶解氧为8~10mg/L、PH值为6~8、氮为2~7mg/L、磷为0.5~1.2mg/L、BOD 6~70mg/L、CODMn为10~12mg/L、CODcr30~40mg/L、Ca2+为0.05mg/L、Fe3+为0.02mg/L、Mg2+为0.015mg/L。
(2)、确定石墨烯叠层填充料参数：采用的石墨烯叠层面积为10mm×10mm，厚度为0.5~1um。叠层之间通过范德华力连接，叠层越厚表面吸附力越弱，可根据污水中氮、磷元素的浓度来调整石墨烯叠层厚度，以满足要求。
(3)、确定生物膜组成成分：生物膜包含厌氧层(0.05mm厚度)、兼性好氧层(0.05mm厚度)、好氧层(0.05mm厚度)、附着水层(0.1mm厚度)和流动水层(0.2mm厚度)。
(4)、放料：采用水泵(功率35W，扬程1.6m，流量1000L/小时)将放料器中的生物膜冲入反应池，采用机械搅拌与空气泵充气的方法使生物膜与污水充分混合反应。
(5)、回收：生物膜长时间反应后密度增加，下沉部分可采用刮板机构打捞，悬浮部分可采用滤网过滤。
