[实用新型]一种基于石墨烯叠层填料的污水处理生物膜

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种基于石墨烯叠层填料的污水处理生物膜，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，是适应性强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膜对污水中的有害元素进行生物有效分解，使废水中的氮、磷等元素恢复到正常浓度。生物膜包含好氧菌、兼性好氧菌、厌氧菌、真菌、藻类等微生物构成微型生态系统。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、活性炭及其改性材料、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胞结构的石墨烯薄膜作为挂膜填料，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，不会造成调料器堵塞的现象。

本实用新型提出利用石墨烯叠层作为生物膜挂膜填料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。

实用新型内容：

本实用新型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。石墨烯叠层是中间层，石墨烯叠层通过表面范德华力吸附好氧菌类形成的好氧层，然后通过附着力在好氧层表面吸附兼性好氧层，兼性好氧层通过附着力与厌氧层吸附，厌氧层表面形成一种高亲水表面层即附着水层，由附着水层首先吸附污水中的有机物，当吸附的污染物达到一定厚度时，流动水层通过冲刷力使生物膜更新脱落。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，实现本实用新型的目的。

本实用新型提出的一种基于石墨烯叠层填料的污水处理生物膜，工作步骤如下：

(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、磷元素的浓度调节石墨烯叠层厚度，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。

附图说明

图1为石墨烯叠层的结构示意图；

图2为本实用新型中基于石墨烯叠层填料的生物膜示组成示意图；

图3为本实用新型中基于石墨烯叠层填料的生物膜污水处理系统示意图；

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本实用新型，在附图中示出了各种实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本实用新型的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。