本發明屬于污水處理材料技術領域，具體涉及一種磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器及其制備方法。
背景技術：
污泥顆粒化是指廢水生物處理系統中的微生物在適當的環境條件下，相互聚集形成一種密度較大、體積較大、體質較好的微生物聚集體。顆粒污泥具有良好的沉降性能、密實的結構、較高濃度的生物量和較強的沖擊負荷和抵抗有毒有害物質的能力。顆粒污泥按照微生物代謝過程中電子受體的不同，分為好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥，其中，好氧顆粒污泥比厭氧顆粒污泥相比，啟動期短，可在常溫下培養運行，對城市污水、高濃度有機廢水和脫氮除磷都具有很高的去除率。
膜生物反應器是將膜分離技術與生物反應器相結合的處理系統，該處理系統具有膜的分離特性，有利于提高水質，又可以維持較高的污泥濃度，因此膜生物反應器的處理效率高，穩定性好，水質高，對各類有機物均具有較好的處理效果和能力，是一種新型高效的水處理系統。但是，在膜生物反應器的運行過程中，膜面會因為各種原因受到污染使膜通量逐漸降低，直接影響膜生物反應器的性能，而且回收利用的難度很很大。中國專利CN 100528770C公開的一體式好氧顆粒污泥膜生物反應器處理污水的方法，該一體式好氧顆粒污泥膜生物反應器包括反應器、隔板、曝氣器、膜組件，隔板將反應池分隔為反應區和沉淀區，曝氣器在反應區中下部，曝氣器的上方設置有膜組件，將好氧顆粒污泥投入一體式好氧顆粒污泥膜生物反應器，反應運行，得到不同出水質的出水。該處理污水方法是將分離膜組件一體式好氧顆粒污泥中，但是并未對好氧顆粒污泥的結構和性能進行具體限定，好氧顆粒污泥膜生物反應器的長期使用性能有待改善。
本發明的申請人，將好氧顆粒污泥進行磁性改性，并選擇偏氯乙烯中空纖維膜作為膜組件，利用微磁場的作用，降低好氧顆粒污泥沉積的問題，并能提高膜組件的分離效率。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器及其制備方法，首先將活性碳粉末經硝酸改性后，與硝酸鐵溶液混合，經高溫煅燒得到磁性活性碳粉末，然后將磁性活性炭粉末加入絮狀活性污泥粉末中，混合均勻后，將偏氯乙烯中空纖維膜浸沒其中，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器。本發明制備的磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器對污水的處理效果好，脫氮除磷效果好，且回收再生方便。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
一種磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，所述磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器包括中空纖維膜和磁性活性炭好氧顆粒污泥，所述中空纖維膜為聚偏氯乙烯中空纖維膜，所述磁性活性炭好氧顆粒污泥包括磁性活性碳和活性污泥，所述磁性活性炭好氧顆粒污泥是將磁性活性碳粉末加入活性污泥中進行培養得到的。
作為上述技術方案的優選，所述活性污泥為絮狀活性污泥粉末。
本發明還提供一種磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器的制備方法，包括以下步驟：
以絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，置于恒溫水浴鍋中運行，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器。
作為上述技術方案的優選，所述絮狀活性污泥是來自城市污水處理廠的懸浮狀態活性污泥。
作為上述技術方案的優選，所述偏氯乙烯中空纖維膜為U型，膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2。
作為上述技術方案的優選，所述接種反應器的反應溫度為15-30℃，溶解氧DO≥3.0mg/L。
作為上述技術方案的優選，所述磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為0.5mm-2.5mm，形狀為球形或者橢圓形。
作為上述技術方案的優選，所述磁性活性炭粉末的制備方法為：
將活性碳粉末加入濃硝酸中，恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭加入硝酸鐵水溶液中，超聲振蕩，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣烘干后，高溫煅燒，得到磁性活性碳粉末。
作為上述技術方案的優選，硝酸鐵與改性粉末活性炭的質量比為1：1-6。
作為上述技術方案的優選，磁性活性碳粉末的粒徑為80-300目。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明制備的磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中含有磁性活性碳好氧顆粒污泥，磁性活性碳好氧顆粒污泥是基于絮狀活性污泥制備的小顆粒好氧顆粒污泥，粒徑小于直接接種的大顆粒齡好氧顆粒污泥，而且對污水的處理效果更好，而且磁性活性碳好氧顆粒污泥中含有磁性活性炭粉末，可以引入微磁場，促進物理效應和生物效應，提高脫氫酶的活性，增強生物降解過程，還可以加快好氧活性污泥的硝化速度以及促進污泥的胞外聚合物的分泌，有利于提高脫氮除磷效果，防止好氧活性污泥的沉積于中空纖維膜的表面降低通量。
(2)本發明制備的磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中含有偏氯乙烯中空纖維膜，將中空纖維膜與好氧顆粒污泥相集合，提高磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器的連續同步取出有機物、氮和磷的效果，提高反應器的穩定性和使用時間。
(3)本發明制備的磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性碳粉末中含有四氧化三鐵，四氧化三鐵具有優良的磁特性，有利于之后磁性活性碳粉末的回收吸附和再生，減低了活性炭分離的難度，減低了材料成本，提高了經濟效益，綠色環保。
具體實施方式
下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
實施例1：
將80目的活性碳粉末，以料液比為1g:5ml，加入濃硝酸中，在30℃下恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣在105℃下干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭，以質量比為1：1，加入硝酸鐵的水溶液中，超聲振蕩20min，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣在105℃下烘干后，高溫煅燒，得到80目的磁性活性碳粉末。
以來自城市污水處理廠的懸浮狀態絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將U型偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纖維膜的膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2，置于15℃的恒溫水浴鍋中運行，接種反應器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，其中磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為0.5mmmm，形狀為球形。
實施例2：
將150目的活性碳粉末，以料液比為1g:10ml，加入濃硝酸中，在50℃下恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣在110℃下干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭，以質量比為1：6，加入硝酸鐵的水溶液中，超聲振蕩30min，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣在110℃下烘干后，高溫煅燒，得到300目的磁性活性碳粉末。
以來自城市污水處理廠的懸浮狀態絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將U型偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纖維膜的膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2，置于30℃的恒溫水浴鍋中運行，接種反應器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，其中磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為0.5mm-2.5mm，形狀為橢圓形。
實施例3：
將100目的活性碳粉末，以料液比為1g:8ml，加入濃硝酸中，在45℃下恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣在105℃下干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭，以質量比為1：5，加入硝酸鐵的水溶液中，超聲振蕩25min，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣在110℃下烘干后，高溫煅燒，得到150目的磁性活性碳粉末。
以來自城市污水處理廠的懸浮狀態絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將U型偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纖維膜的膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2，置于25℃的恒溫水浴鍋中運行，接種反應器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，其中磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為1.5mm，形狀為橢圓形。
實施例4：
將120目的活性碳粉末，以料液比為1g:6ml，加入濃硝酸中，在45℃下恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣在110℃下干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭，以質量比為1：3，加入硝酸鐵的水溶液中，超聲振蕩30min，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣在105℃下烘干后，高溫煅燒，得到200目的磁性活性碳粉末。
以來自城市污水處理廠的懸浮狀態絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將U型偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纖維膜的膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2，置于25℃的恒溫水浴鍋中運行，接種反應器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，其中磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為2mm，形狀為球形。
實施例5：
將80目的活性碳粉末，以料液比為1g:8ml，加入濃硝酸中，在50℃下恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣在110℃下干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭，以質量比為1：5，加入硝酸鐵的水溶液中，超聲振蕩30min，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣在105℃下烘干后，高溫煅燒，得到250目的磁性活性碳粉末。
以來自城市污水處理廠的懸浮狀態絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將U型偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纖維膜的膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2，置于20℃的恒溫水浴鍋中運行，接種反應器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，其中磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為1.5mm，形狀為球形。
實施例6：
將150目的活性碳粉末，以料液比為1g:8ml，加入濃硝酸中，在45℃下恒溫攪拌1.5h，過濾水洗，得到第一濾渣，將第一濾渣在110℃下干燥過夜，得到改性粉末活性炭，將改性粉末活性炭，以質量比為1：5，加入硝酸鐵的水溶液中，超聲振蕩30min，過濾得到第二濾渣，將第二濾渣在105℃下烘干后，高溫煅燒，得到150目的磁性活性碳粉末。
以來自城市污水處理廠的懸浮狀態絮狀活性污泥粉末為種泥，置于曝氣量為330mg/L的300L的長方體序批式反應器的接種反應器中，加入磁性活性炭粉末，混合均勻后，將U型偏氯乙烯中空纖維膜浸沒于接種反應器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纖維膜的膜孔徑為0.22μm，膜絲有效長度為18cm，膜面積0.3m2，置于30℃的恒溫水浴鍋中運行，接種反應器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝氣量下，一天運行兩個周期，一個周期曝氣時間8h，進水5min，排水5min，沉淀5min，其余時間閑置，運行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器，其中磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器中磁性活性炭好氧顆粒污泥的顏色為黃褐色，磁性活性炭好氧顆粒污泥的粒徑為2mm，形狀為球形。
經檢測，實施例1-6制備的磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器的對污水處理效果和脫氮除磷的處理效果的結果如下所示：
由上表可見，本發明制備的磁性活性炭好氧顆粒污泥膜生物反應器對有機物、氮和磷的去除效果有所提高，而且長時間使用后去除率下降不明顯，且磁性活性碳的回收率高。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。