[发明专利]吸附与生物硝化一体化的反应器系统

权利要求书

1.一种吸附与生物硝化一体化的反应器系统，其特征在于，该反应器系统由反应器主体、进水管、排气管、反冲洗出水管、固定轴、支架、多孔布水管、细颗粒改性活性炭吸附剂、小孔径多孔隔板、负载有氨氧化细菌的煤矸石吸附剂、大孔径多孔隔板、曝气管、反冲洗进水管、鹅卵石、出水管、承托板、充气泵组成；固定轴位于反应器主体顶板的圆心处，进水管穿过固定轴与多孔布水管相连，多孔布水管通过支架与固定轴相连；两个排气管分别对称穿过反应器主体顶板的两侧，距离顶板的圆心为35cm；反冲洗出水管在反应器主体一侧；从多孔布水管下方5cm处开始，依次为细颗粒改性活性炭吸附剂、小孔径多孔隔板、负载有氨氧化细菌的煤矸石吸附剂、大孔径多孔隔板、曝气管、反冲洗进水管、鹅卵石；曝气管与充气泵相连接；在鹅卵石与曝气管之间的插入有反冲洗进水管；鹅卵石下方由承托板支撑，承托板下方连接出水管；所述负载有氨氧化细菌的煤矸石吸附剂由如下方法制备：

(1)将粒径为2～3cm的85g煤矸石加入到500mL自来水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A0，将物质A0加入到500mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A1，将物质A1加入到500mL质量百分比浓度为90％的乙醇溶液中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A2，将物质A2加入到500mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A3，将物质A3在温度为105℃的干燥箱中放置50分钟，得到物质A；

(2)将2.36克NaCl和3.61克LiCl加入到1600mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量4份，得到混合液H1、混合液H2、混合液H3、混合液H4；

(3)将150mL摩尔浓度为0.55mol/L的Fe(NO₃)₂溶液和50mL摩尔浓度为0.45mol/L的Ni(NO₃)₂溶液加入到混合液H1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J1；

(4)将物质A加入到混合液J1中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质B1，物质B1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质B2；

(5)将140mL摩尔浓度为0.55mol/L的Fe(NO₃)₂溶液和60mL摩尔浓度为0.45mol/L的Ni(NO₃)₂溶液加入到混合液H2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J2；

(6)将物质B2加入到混合液J2中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质B3，物质B3在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质B4；

(7)将130mL摩尔浓度为0.55mol/L的Fe(NO₃)₂溶液和70mL摩尔浓度为0.45mol/L的Ni(NO₃)₂溶液加入到混合液H3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J3；

(8)将物质B4加入到混合液J3中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质B5，物质B5在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质B6；

(9)将120mL摩尔浓度为0.55mol/L的Fe(NO₃)₂溶液和80mL摩尔浓度为0.45mol/L的Ni(NO₃)₂溶液加入到混合液H4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J4；

(10)将物质B6加入到混合液J4中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质B7，物质B7在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质B；

(11)将3.11克CoCl₂和3.74克ZnCl₂加入到2000mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量5份，得到混合液K1、混合液K2、混合液K3、混合液K4、混合液K5；

(12)将150mL摩尔浓度为0.49mol/L的Cu(NO₃)₂溶液和50mL摩尔浓度为0.62mol/L的Pb(NO₃)₂溶液加入到混合液K1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液L1；

(13)将物质B加入到混合液L1中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质C1，物质C1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质C2；

(14)将140mL摩尔浓度为0.49mol/L的Cu(NO₃)₂溶液和60mL摩尔浓度为0.62mol/L的Pb(NO₃)₂溶液加入到混合液K2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液L2；

(15)将物质C2加入到混合液L2中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质C3，物质C3在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质C4；

(16)将130mL摩尔浓度为0.49mol/L的Cu(NO₃)₂溶液和70mL摩尔浓度为0.62mol/L的Pb(NO₃)₂溶液加入到混合液K3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液L3；

(17)将物质C4加入到混合液L3中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质C5，物质C5在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质C6；

(18)将120mL摩尔浓度为0.49mol/L的Cu(NO₃)₂溶液和80mL摩尔浓度为0.62mol/L的Pb(NO₃)₂溶液加入到混合液K4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液L4；

(19)将物质C6加入到混合液L4中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质C7，物质C7在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质C8；

(20)将110mL摩尔浓度为0.49mol/L的Cu(NO₃)₂溶液和90mL摩尔浓度为0.62mol/L的Pb(NO₃)₂溶液加入到混合液K5中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液L5；

(21)将物质C8加入到混合液L5中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质C9，物质C9在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质C；

(22)将0.11克8-甲基喹啉在1000r/min搅拌条件下加入到1200mL无水乙醇中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量4份，得到混合液M1、混合液M2、混合液M3、混合液M4；

(23)将0.13克乙醇胺和0.17克4-硝基苯酚加入到混合液M1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N1；

(24)将物质C加入到混合液N1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，过滤除去液体得到物质D1，物质D1在温度为65℃的干燥箱中放置45分钟，得到物质D2；

(25)将0.11克乙醇胺和0.16克4-硝基苯酚加入到混合液M2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N2；

(26)将物质D2加入到混合液N2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，过滤除去液体得到物质D3，物质D3在温度为65℃的干燥箱中放置45分钟，得到物质D4；

(27)将0.10克乙醇胺和0.15克4-硝基苯酚加入到混合液M3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N3；

(28)将物质D4加入到混合液N3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，过滤除去液体得到物质D5，物质D5在温度为65℃的干燥箱中放置45分钟，得到物质D6；

(29)将0.9克乙醇胺和0.14克4-硝基苯酚加入到混合液M4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N4；

(30)将物质D6加入到混合液N4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，过滤除去液体得到物质D7，物质D7在温度为65℃的干燥箱中放置45分钟，得到物质E；

(31)将1.75克NH₄Cl、8.23克NaCl、3.31克KH₂PO₄、1.29克K₂HPO₄、0.44克FeCl₃、0.23克CoCl₂、0.22克ZnCl₂、0.11克CuCl₂、2.39克MgSO₄、1.63克CaCl₂和0.13克NiCl₂加入到1000mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，得到混合液O；

(32)将10mL含菌量为5×10¹²CFU/mL的氨氧化细菌培养液加入到混合液O中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液P；

(33)将物质E加入到混合液P中，在温度为35℃的摇床中摇动24小时，过滤除去液体得到物质F；

(34)将物质F在温度为25℃的培养箱中放置8小时，得到的物质即为负载有氨氧化细菌的煤矸石吸附剂；

所述细颗粒改性活性炭吸附剂由如下方法制备：

(1)将粒径为0.5～1cm的60g活性炭加入到500mL自来水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A0，将物质A0加入到500mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A1，将物质A1加入到500mL质量百分比浓度为90％的乙醇溶液中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A2，将物质A2加入到500mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌5分钟，过滤除去液体得到物质A3，将物质A3在温度为105℃的干燥箱中放置50分钟，得到物质A；

(2)将0.02克PbCl₂加入到400mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液H；

(3)将物质A加入到混合液H中，在温度为40℃的摇床中摇动120分钟，过滤除去液体得到物质B1，物质B1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质B；

(4)将0.12克KCl加入到400mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J；

(5)将物质B加入到混合液J中，在温度为40℃的摇床中摇动120分钟，过滤除去液体得到物质C1，物质C1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质C；

(6)将0.08克CeCl加入到400mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液K；

(7)将物质C加入到混合液K中，在温度为40℃的摇床中摇动120分钟，过滤除去液体得到物质D1，物质D1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质D；

(8)将0.06克LiCl加入到400mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液L；

(9)将物质D加入到混合液L中，在温度为40℃的摇床中摇动120分钟，过滤除去液体得到物质E1，物质E1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质E；

(10)将2.34克MgCl₂和2.88克CdCl₂加入到2400mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量6份，得到混合液M1、混合液M2、混合液M3、混合液M4、混合液M5、混合液M6；

(11)将100mL摩尔浓度为0.66mol/L的Ni(NO₃)₂溶液和100mL摩尔浓度为0.34mol/L的Fe(NO₃)₂溶液加入到混合液M1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N1；

(12)将物质E加入到混合液N1中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质F1，物质F1在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质F2；

(13)将100mL摩尔浓度为0.61mol/L的Ni(NO₃)₂溶液和100mL摩尔浓度为0.39mol/L的Fe(NO₃)₂溶液加入到混合液M2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N2；

(14)将物质F2加入到混合液N2中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质F3，物质F3在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质F4；

(15)将100mL摩尔浓度为0.56mol/L的Ni(NO₃)₂溶液和100mL摩尔浓度为0.44mol/L的Fe(NO₃)₂溶液加入到混合液M3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N3；

(16)将物质F4加入到混合液N3中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质F5，物质F5在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质F6；

(17)将100mL摩尔浓度为0.51mol/L的Ni(NO₃)₂溶液和100mL摩尔浓度为0.49mol/L的Fe(NO₃)₂溶液加入到混合液M4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N4；

(18)将物质F6加入到混合液N4中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质F7，物质F7在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质F8；

(19)将100mL摩尔浓度为0.46mol/L的Ni(NO₃)₂溶液和100mL摩尔浓度为0.54mol/L的Fe(NO₃)₂溶液加入到混合液M5中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N5；

(20)将物质F8加入到混合液N5中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质F9，物质F9在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质F10；

(21)将100mL摩尔浓度为0.41mol/L的Ni(NO₃)₂溶液和100mL摩尔浓度为0.59mol/L的Fe(NO₃)₂溶液加入到混合液M6中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液N6；

(22)将物质F10加入到混合液N6中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质F11，物质F11在温度为105℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质G；

(23)将0.44克三异丙醇胺加入到1200mL无水乙醇中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量4份，得到混合液O1、混合液O2、混合液O3、混合液O4；

(24)将1.2克4-咪唑甲醛和4.8克环辛烯加入到200mL异丙醇中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量4份，得到混合液P1、混合液P2、混合液P3、混合液P4；

(25)将混合液O1和1.8克二甲基砜加入到混合液P1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液Q1；

(26)将物质G加入到混合液Q1中，在温度为30℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质H1，将物质H1在温度为75℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质H2；

(27)将混合液O2和1.7克二甲基砜加入到混合液P2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液Q2；

(28)将物质H2加入到混合液Q2中，在温度为30℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质H3，将物质H3在温度为75℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质H4；

(29)将混合液O3和1.6克二甲基砜加入到混合液P3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液Q3；

(30)将物质H4加入到混合液Q3中，在温度为30℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质H5，将物质H5在温度为75℃的干燥箱中放置40分钟，得到物质H6；

(31)将混合液O4和1.5克二甲基砜加入到混合液P4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液Q4；

(32)将物质H6加入到混合液Q4中，在温度为30℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质H7，将物质H7在温度为75℃的干燥箱中放置40分钟，得到的物质即为细颗粒改性活性炭吸附剂。