本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及生物濾池，具體涉及一種基于廢吸附劑的磁性生物濾池。
背景技術(shù)：
礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)中的許多生產(chǎn)過程都產(chǎn)生重金屬廢水。隨著工業(yè)生產(chǎn)和城市現(xiàn)代化水平的快速發(fā)展，重金屬廢水的產(chǎn)生量越來越大。若不進行有效處理，重金屬會被直接或間接排入環(huán)境，造成嚴重的重金屬污染。重金屬在環(huán)境中十分穩(wěn)定，不被生物降解，易被生物吸收、蓄積，甚至轉(zhuǎn)化為毒性更強的形態(tài)，通過飲用水和食物鏈對人體產(chǎn)生嚴重危害。吸附法是處理重金屬廢水的有效方法之一，具有高效、運行成本低、不易對環(huán)境造成二次污染等優(yōu)點。吸附法的核心是吸附劑，一種良好的吸附劑應該擁有的重要特征是表面多孔結(jié)構(gòu)及較強的吸附能力。常見的可以作為吸附劑的物質(zhì)有活性炭、沸石分子篩、氧化物、粘土和殼聚糖等。
目前，新型吸附劑的開發(fā)與應用、吸附過程及影響吸附效果的因素等被廣泛關(guān)注。而對吸附劑吸附飽和后如何處理的相關(guān)研究還不多見。一般來說，對吸附飽和后的廢吸附劑，采用的處理方式有兩種：一是吸附劑再生，二是作為危廢處置。而吸附劑再生利用后最終還是作為危廢處置。廢吸附劑作為危廢處置的費用一般比較高，而且需要占用一定的空間存放。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的吸附飽和后廢吸附劑處置的費用高且需占用一定空間存放等不足，本發(fā)明提供了一種基于廢吸附劑的磁性生物濾池，既降低了廢棄物的處置成本，又有效利用了廢棄物。
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：
一種基于廢吸附劑的磁性生物濾池，所述生物濾池由濾池容器、磁性填料層、不透水隔板、改性生物炭層、廢棄棉布層、中心排水管、非中心排水管、ph計、圓形中心排水孔和圓形非中心排水孔組成；
所述磁性填料層、不透水隔板、改性生物炭層、廢棄棉布層設置于所述濾池容器內(nèi)，所述磁性填料層、改性生物炭層、廢棄棉布層自濾池容器頂部至底部依次設置，所述不透水隔板設于所述磁性填料層、改性生物炭層之間，所述不透水隔板的邊緣與所述濾池容器的內(nèi)壁連接；
所述中心排水管下端穿過所述濾池容器底部中央的圓形中心排水孔，所述中心排水管上端穿過所述不透水隔板的圓形中心孔進入所述磁性填料層；所述中心排水管外徑與所述圓形中心排水孔和圓形中心孔的直徑相等；
所述非中心排水管上端設于所述磁性填料層內(nèi)，非中心排水管下端穿過所述不透水隔板的圓形非中心孔進入所述改性生物炭層內(nèi)，所述非中心排水管的外徑與所述圓形非中心孔的直徑相等；
所述ph計穿過所述濾池容器的側(cè)壁進入所述磁性填料層，所述圓形非中心排水孔開設于所述濾池容器底部。
進一步，所述的濾池容器為圓柱形或方形，材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃，壁厚為5-10mm。
進一步，所述圓形中心排水孔和圓形非中心排水孔的直徑均為8-20mm。
進一步，所述磁性填料層的高度為400-600mm。
進一步，所述不透水隔板材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃，厚度為1.5-3mm，通過焊接或玻璃膠粘結(jié)水平固定在濾池容器的內(nèi)壁。
進一步，所述改性生物炭層的高度為300-500mm，是由堿改性生物炭組成。
進一步，所述廢棄棉布層高度為150-300mm。
進一步，所述中心排水管露出濾池容器底部的長度為8-15mm；所述非中心排水管在不透水隔板上下表面突出部分均為4mm；中心排水管和非中心排水管的材質(zhì)均為pvc或pe，壁厚均為1-2mm；中心排水管和非中心排水管上均設有閥門。
所述磁性填料層中的磁性填料采用如下步驟制備：
(1)將廢吸附劑加入含強酸的廢液中，攪拌5-10分鐘，然后加入廢鐵屑，反應完全后攪拌5-10分鐘，固液分離，得到改性廢吸附劑；
(2)將步驟(1)得到的改性廢吸附劑置于ph≥10的強堿溶液中，攪拌后常溫反應，固液分離、洗滌、干燥，得磁性填料。
進一步，步驟(1)中，所述強酸為硫酸或鹽酸，ph值小于4，廢鐵屑的加入量為使溶液中鐵離子與其他金屬離子的摩爾比大于4；步驟(2)中，所述的反應時間為20-35min，所述干燥的溫度為50-80℃，所述的強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
進一步內(nèi)容如下：
一種基于廢吸附劑的磁性生物濾池，該生物濾池由濾池容器、磁性填料層、不透水隔板、改性生物炭層、廢棄棉布層、中心排水管和非中心排水管組成。其中廢棄棉布層在濾池容器的底部，改性生物炭層在廢棄棉布層的上部，磁性填料層在濾池容器的最上部；不透水隔板位于磁性填料層和改性生物炭層之間；中心排水管豎直安置在濾池容器的中心位置，使磁性填料層中的水直接排出生物濾池；非中心排水管豎直安置在除中心位置外的任意位置，使磁性填料層中的水排入改性生物炭層中，再經(jīng)廢棄棉布層排出。
所述的濾池容器為圓柱形或方形，材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃，壁厚為5-10mm，底部開有兩個圓形排水孔，圓形中心排水孔位于底部中心位置，圓形非中心排水孔位于濾池容器底部的其他位置。圓形中心排水孔和圓形非中心排水孔的直徑為8-20mm。
所述磁性填料層的高度為400-600mm。
所述不透水隔板材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃，厚度為1.5-3mm，通過焊接或玻璃膠粘結(jié)水平固定在濾池容器的內(nèi)壁，作為磁性填料層的底部。不透水隔板上中心有圓形中心孔，其他位置有一個圓形非中心孔。圓形中心孔的直徑與圓形中心排水孔的直徑相同，圓形非中心孔的直徑與圓形非中心排水孔的直徑相同。
所述改性生物炭層的高度為300-500mm，是由堿改性生物炭組成。堿改性生物炭是由直徑為4-10mm的生物炭顆粒在ph值大于9的堿性溶液中改性30分鐘，然后自然干化形成。
所述廢棄棉布層位于濾池容器的最底部，高度為150-300mm。廢棄棉布來自于日常生活中的廢棉布，廢棄棉布均水平鋪設。
所述中心排水管從磁性填料層的底部，經(jīng)過不透水隔板上的圓形中心孔、改性生物炭層和廢棄棉布層的中心位置，最后通過圓形中心排水孔，露出濾池容器底部的長度為8-15mm；非中心排水管豎直安置在不透水隔板上的圓形非中心孔中，非中心排水管在不透水隔板上下表面突出部分均為4mm，使磁性填料層中的水排入改性生物炭層中。中心排水管和非中心排水管的外徑分別與圓形中心排水孔和圓形非中心排水孔的直徑相當；中心排水管和非中心排水管的材質(zhì)為pvc或pe，壁厚為1-2mm；中心排水管和非中心排水管上均設有閥門。
在所述的磁性填料層中設置ph計，用來指示磁性填料層中廢水的ph值。
所述磁性填料層中的磁性填料采用如下步驟制備：
(1)將廢吸附劑加入含強酸的廢液中，攪拌5-10分鐘，然后加入廢鐵屑，反應完全后攪拌5-10分鐘，固液分離，得到改性廢吸附劑；
(2)將步驟(1)得到的改性廢吸附劑置于ph≥10的強堿溶液中，攪拌后常溫反應，固液分離、洗滌、干燥，得磁性填料。
在上述方案中，步驟(1)所述強酸為硫酸或鹽酸，ph值小于4；
在上述方案中，步驟(1)中廢鐵屑的加入量以使溶液中鐵離子與其他金屬離子的摩爾比大于4為宜。
在上述方案中，步驟(2)所述的反應時間為20-35min，所述干燥的溫度為50-80℃。
在上述方案中，步驟(2)所述的強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
所述的磁性生物濾池工作時，廢水先進入磁性填料層，在磁性填料層中微生物及填料吸附作用下廢水得以凈化，通過中心排水管排出。磁性填料層中的ph計用于監(jiān)測廢水的ph值，當ph值小于7時，廢水中加入堿性物質(zhì)進行調(diào)節(jié)，同時關(guān)閉中心排水管閥門，打開非中心排水管閥門，使廢水經(jīng)改性生物炭層和廢棄棉布層處理后由圓形非中心排水孔排出。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)采用廢吸附劑制備磁性填料，用于生物濾池中，綜合利用固體廢物，節(jié)省了廢吸附劑的處理、處置費用；
(2)生物濾池中磁性填料的制備原料多為廢棄物，生物炭和廢棄棉布也為固體廢物，生物濾池的制作成本低；
(3)磁性填料孔隙中含有穩(wěn)定的磁性顆粒，可以增強生物濾池內(nèi)微生物的活性，使微生物降解污染物的能力提高，從而提高生物濾池的降解效率；
(4)采用雙排水管設計，一旦進水ph值小于7，也能保證出水的水質(zhì)。
附圖說明
圖1為基于廢吸附劑的磁性生物濾池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1.濾池容器；2.磁性填料層；3.不透水隔板；4.改性生物炭層；5.廢棄棉布層；6.中心排水管；7.非中心排水管；8.ph計；9.圓形中心排水孔；10.圓形非中心排水孔。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步描述：
一種基于廢吸附劑的磁性生物濾池，所述生物濾池由濾池容器1、磁性填料層2、不透水隔板3、改性生物炭層4、廢棄棉布層5、中心排水管6、非中心排水管7、ph計8、圓形中心排水孔9和圓形非中心排水孔10組成；
所述磁性填料層2、不透水隔板3、改性生物炭層4、廢棄棉布層5設置于所述濾池容器1內(nèi)，所述磁性填料層2、改性生物炭層4、廢棄棉布層5自濾池容器1頂部至底部依次設置，所述不透水隔板3設于所述磁性填料層2、改性生物炭層4之間，所述不透水隔板3的邊緣與所述濾池容器1的內(nèi)壁連接；
所述中心排水管6下端穿過所述濾池容器1底部中央的圓形中心排水孔9，所述中心排水管6上端穿過所述不透水隔板3的圓形中心孔進入所述磁性填料層2；所述中心排水管6外徑與所述圓形中心排水孔9和圓形中心孔的直徑相等；
所述非中心排水管7上端設于所述磁性填料層2內(nèi)，非中心排水管7下端穿過所述不透水隔板3的圓形非中心孔進入所述改性生物炭層4內(nèi)，所述非中心排水管7的外徑與所述圓形非中心孔的直徑相等；
所述ph計8穿過所述濾池容器1的側(cè)壁進入所述磁性填料層2，所述圓形非中心排水孔10開設于所述濾池容器1底部。
所述的濾池容器1為圓柱形或方形，材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃，壁厚為5-10mm。
所述圓形中心排水孔9和圓形非中心排水孔10的直徑均為8-20mm。
所述磁性填料層2的高度為400-600mm。
所述不透水隔板3材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃，厚度為1.5-3mm，通過焊接或玻璃膠粘結(jié)水平固定在濾池容器1的內(nèi)壁。
所述改性生物炭層4的高度為300-500mm，是由堿改性生物炭組成。
所述廢棄棉布層5高度為150-300mm。
所述中心排水管6露出濾池容器1底部的長度為8-15mm；所述非中心排水管7在不透水隔板3上下表面突出部分均為4mm；中心排水管6和非中心排水管7的材質(zhì)均為pvc或pe，壁厚均為1-2mm；中心排水管6和非中心排水管7上均設有閥門。
所述磁性填料層2中的磁性填料采用如下步驟制備：
(1)將廢吸附劑加入含強酸的廢液中，攪拌5-10分鐘，然后加入廢鐵屑，反應完全后攪拌5-10分鐘，固液分離，得到改性廢吸附劑；
(2)將步驟(1)得到的改性廢吸附劑置于ph≥10的強堿溶液中，攪拌后常溫反應，固液分離、洗滌、干燥，得磁性填料。
步驟(1)中，所述強酸為硫酸或鹽酸，ph值小于4，廢鐵屑的加入量為使溶液中鐵離子與其他金屬離子的摩爾比大于4；步驟(2)中，所述的反應時間為20-35min，所述干燥的溫度為50-80℃，所述的強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
實施例1
如圖1所示，基于廢吸附劑的磁性生物濾池，由濾池容器1、磁性填料層2、改性生物炭層4、廢棄棉布層5、不透水隔板3、中心排水管6和非中心排水管7等組成。其中廢棄棉布層5在濾池容器1的底部，改性生物炭層4在廢棄棉布層5的上部，磁性填料層2在濾池容器1的最上部；不透水隔板3位于磁性填料層2和改性生物炭層4之間；中心排水管6豎直安置在濾池容器1的中心位置，使磁性填料層2中的水直接排出生物濾池；非中心排水管7豎直安置在不透水隔板3除中心位置外的任意位置，使磁性填料層2中的水排入改性生物炭層4中，再經(jīng)廢棄棉布層5排出。
濾池容器1為圓柱形，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚為5mm，底部開有兩個圓形排水孔，圓形中心排水孔9位于底部中心位置，圓形非中心排水孔10位于濾池容器1底部的其他位置。圓形中心排水孔9和圓形非中心排水孔10的直徑為8mm。
磁性填料層2的高度為400mm。
不透水隔板3為圓形，直徑與濾池容器的內(nèi)徑相當，材質(zhì)為不銹鋼，厚度為1.5mm，通過焊接水平固定在濾池容器1的內(nèi)壁，作為磁性填料層2的底部。不透水隔板3上中心有圓形中心孔，其他位置有一個圓形非中心孔。圓形中心孔的直徑與圓形中心排水孔9的直徑相同，圓形非中心孔的直徑與圓形非中心排水孔10的直徑相同。
改性生物炭層4的高度為300mm，是由堿改性生物炭組成。堿改性生物炭是由直徑為4mm的生物炭顆粒在ph值為9.5的堿性溶液中改性30分鐘，然后自然干化形成。
廢棄棉布層5位于濾池容器1的最底部，高度為150mm。廢棄棉布來自于日常生活中的廢棉布，廢棄棉布均水平鋪設。
中心排水管6從磁性填料層2的底部，經(jīng)過不透水隔板3上的圓形中心孔、改性生物炭層4和廢棄棉布層5的中心位置，最后通過圓形中心排水孔9，露出濾池容器1底部的長度為8mm；非中心排水管7豎直安置在不透水隔板3上的圓形非中心孔中，非中心排水管7在不透水隔板3上下表面突出部分均為4mm，使磁性填料層2中的水排入改性生物炭層4中。中心排水管6和非中心排水管7的外徑分別與圓形中心排水孔9和圓形非中心排水孔10的直徑相當；中心排水管6和非中心排水管7的材質(zhì)為pvc，壁厚為1mm；中心排水管6和非中心排水管7上均設有閥門。
在磁性填料層2中設置ph計8，用來指示磁性填料層2中廢水的ph值。
所述磁性填料層2中的磁性填料采用如下步驟制備：
(1)將廢吸附劑加入含強酸的廢液中，攪拌5分鐘，然后加入廢鐵屑，反應完全后攪拌5分鐘，固液分離，得到改性廢吸附劑；
(2)將步驟(1)得到的改性廢吸附劑置于ph為10的強堿溶液中，攪拌后常溫反應，固液分離、洗滌、干燥，得磁性填料。
步驟(1)中強酸為硫酸，ph值為3.5；
步驟(1)中廢鐵屑的加入量使溶液中鐵離子與其他金屬離子的摩爾比為5。
步驟(2)中反應時間為20min，干燥溫度為50℃。
步驟(2)中強堿為氫氧化鈉。
實施例2
如圖1所示，基于廢吸附劑的磁性生物濾池，由濾池容器1、磁性填料層2、改性生物炭層4、廢棄棉布層5、不透水隔板3、中心排水管6和非中心排水管7等組成。其中廢棄棉布層5在濾池容器1的底部，改性生物炭層4在廢棄棉布層5的上部，磁性填料層2在濾池容器1的最上部；不透水隔板3位于磁性填料層2和改性生物炭層4之間；中心排水管6豎直安置在濾池容器1的中心位置，使磁性填料層2中的水直接排出生物濾池；非中心排水管7豎直安置在不透水隔板3除中心位置外的任意位置，使磁性填料層2中的水排入改性生物炭層4中，再經(jīng)廢棄棉布層5排出。
濾池容器1為方形，材質(zhì)為有機玻璃，壁厚為10mm，底部開有兩個圓形排水孔，圓形中心排水孔9位于底部中心位置，圓形非中心排水孔10位于濾池容器1底部的其他位置。圓形中心排水孔9和圓形非中心排水孔10的直徑為20mm。
磁性填料層2的高度為600mm。
不透水隔板3為方形，尺寸與濾池容器1的內(nèi)部尺寸相當，材質(zhì)為有機玻璃，厚度為3mm，通過玻璃膠粘結(jié)水平固定在濾池容器1的內(nèi)壁，作為磁性填料層2的底部。不透水隔板3上中心有圓形中心孔，其他位置有一個圓形非中心孔。圓形中心孔的直徑與圓形中心排水孔9的直徑相同，圓形非中心孔的直徑與圓形非中心排水孔10的直徑相同。
改性生物炭層4的高度為500mm，是由堿改性生物炭組成。堿改性生物炭是由直徑為10mm的生物炭顆粒在ph值為11的堿性溶液中改性30分鐘，然后自然干化形成。
廢棄棉布層5位于濾池容器1的最底部，高度為300mm。廢棄棉布來自于日常生活中的廢棉布，廢棄棉布均水平鋪設。
中心排水管6從磁性填料層2的底部，經(jīng)過不透水隔板3上的圓形中心孔、改性生物炭層4和廢棄棉布層5的中心位置，最后通過圓形中心排水孔9，露出濾池容器1底部的長度為15mm；非中心排水管7豎直安置在不透水隔板3上的圓形非中心孔中，非中心排水管7在不透水隔板3上下表面突出部分均為4mm，使磁性填料層2中的水排入改性生物炭層4中。中心排水管6和非中心排水管7的外徑分別與圓形中心排水孔9和圓形非中心排水孔10的直徑相當；中心排水管6和非中心排水管7的材質(zhì)為pe，壁厚為2mm；中心排水管6和非中心排水管7上均設有閥門。
在磁性填料層2中設置ph計8，用來指示磁性填料層2中廢水的ph值。
所述磁性填料層2中的磁性填料采用如下步驟制備：
(1)將廢吸附劑加入含強酸的廢液中，攪拌10分鐘，然后加入廢鐵屑，反應完全后攪拌10分鐘，固液分離，得到改性廢吸附劑；
(2)將步驟(1)得到的改性廢吸附劑置于ph為11的強堿溶液中，攪拌后常溫反應，固液分離、洗滌、干燥，得磁性填料。
步驟(1)中強酸為鹽酸，ph值為2；
步驟(1)中廢鐵屑的加入量使溶液中鐵離子與其他金屬離子的摩爾比為8。
步驟(2)中反應時間為35min，干燥溫度為80℃。
步驟(2)中強堿為氫氧化鉀。
采用實施例1和實施例2所制的基于廢吸附劑的生物濾池處理城市生活污水，其中兩生物濾池的容積和實驗條件相同，曝氣量0.1m3/h，進水ph＝7.7，溫度25℃，水力停留時間13h。掛膜并穩(wěn)定運行一個月后，實施例1所制生物濾池中cod的去除率能達到88.3％，nh4+-n的去除率能達到79.5％；實施例2所制生物濾池中cod的去除率能達到90.1％，nh4+-n的去除率能達到81.3％；處理效果良好。
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。