CN111410315B - 用于污水处理的生态处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于污水处理的生态处理装置，涉及水处理技术领域。本发明的用于污水处理的生态处理装置，包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内分别对应填充有第一滤料、第二滤料和第三滤料，所述沉淀池内填充有除磷吸附剂，所述第一滤料为大孔活性炭颗粒，所述第二滤料为介孔活性炭颗粒，所述第三滤料为改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物。本发明公开了用于污水处理的生态处理装置，具有相对较好的防堵塞能力，且对氨氮、COD、SS的去除效果突出，出水清澈透明。

Description

用于污水处理的生态处理装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及用于污水处理的生态处理装置。

背景技术

生态滤池是一种特殊人工湿地，是20世纪70年代兴起的污水生态治理技术，生态滤池以及曝气生态滤池，由碎石或塑料制品填料构成的生物处理构筑物，污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触，使污水得到净化。生态滤池关键组成部分为集水管、布水管、动力设备、生物填料、水生植物等，该***不需设二沉池，水力负荷、容积负荷远高于传统污水处理工艺，停留时间短，厂区布置紧凑，可以节省占地面积和建设费用。从工艺效果上看，由于生物量大，以及滤料截留和生物膜的生物絮凝作用，抗冲击负荷能力较强，耐低温，不发生污泥膨胀，出水水质高，因此，运行费用和建设费用低，能耗少，维护方便，且具有一定的景观作用。

但是，在实际应用的过程中，现有的生态滤池对进水中SS含量要求较高，需要采用对SS有较高处理效果的预处理工艺，不然会导致生态滤池堵塞，从而导致后期需要人力长期维护，增加运维成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于公开用于污水处理的生态处理装置，具有相对较好的防堵塞能力，且对氨氮、COD、SS的去除效果突出，出水清澈透明。

具体的，本发明的用于污水处理的生态处理装置，包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内分别对应填充有第一滤料、第二滤料和第三滤料，所述沉淀池内填充有除磷吸附剂，所述第一滤料为大孔活性炭颗粒、第二滤料为介孔活性炭颗粒、第三滤料为改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物。

本发明的生态处理装置，通过厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池的共同作用，在使用的过程中，污水在厌氧池内进行水解酸化，将污水中的非溶性有机物转变为溶解性有机物，将难生物降解有机物转变为易生物降解有机物，提升污水的可生化性，且由于在厌氧池内可以去除一部分有机污染物，因此能减少后续处理的曝气量，节约能耗，然后在缺氧池和好氧池内进行生物脱氮，先通过缺氧池将污水中的有机氮化合物分解生成氨氮，再通过好氧池将氨氮转化为氮气进入到空气中，最后再经沉淀池除磷吸附剂吸附去除掉污水中的磷，达到去除污水中氨氮、COD的效果；同时，由于作为基体的活性炭具有较大的比表面积和较好的吸附性能，有利于微生物的附着，在使用的过程中，在第一滤料、第二滤料、第三滤料的表面和孔道内部会形成稳定的生物膜，污水流经载体时在微生物的作用下，污染物得以高效去除，且第三滤料从表面至内部及生物膜从外层至内层均能形成从好氧、兼氧至缺氧的氧浓度梯度区域，在好氧区形成硝化微生物菌群，在兼氧及缺氧区形成反硝化微生物菌群，使微生物处理区中形成完整的硝化反硝化等氮循环功能微生物，实现在同一个反应区内同步进行硝化、反硝化。

另外，本发明中通过对第一滤料、第二滤料、第三滤料的结构进行设计，将第一滤料、第二滤料、第三滤料的孔径依次减小，在运行的过程中，来水经过层层过滤，使得生态处理装置即保持了良好的接触条件，同时具备相对较好的防堵塞能力，从而在一定程度上降低了生态滤池堵塞的几率。

进一步，所述厌氧池、缺氧池、好氧池中第一滤料、第二滤料、第三滤料的填充率均大于80％。

由于微生物处理区填料填充率高，老化脱落的生物膜大多被截留在载体孔隙中，作为营养物质被新生的生物膜分解利用，因此污泥产量很低，节省了大量污泥处置费用，减轻了运维压力。

进一步，所述改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅是将纳米微孔二氧化硅包裹酚醛树脂后，与介孔活性炭相复合，最后经丙烯酰胺改性制成。

进一步，所述缺氧池、好氧池的底部均设置有曝气管，采用间歇曝气的方式，曝气90min，间歇30min。

通过曝气-停曝阶段的设置，使处理***经历好氧-厌氧阶段的循环，为硝化作用和反硝化作用的进行创造条件，曝气使氧化池内的溶解氧控制在一个相当的水平上，从流体力学的观点来看，曝气使池内水流充分搅动，形成紊流，紊流越甚，被处理水与生物膜的接触效率越高，传质效率越好,从而提高处理效果，曝气的搅动作用使填料上衰老的生物膜及时剥落，防止填料堵塞，同时还促进生物膜更新，提高处理效果。

进一步，所述好氧池内的含氧量为6-10mg/L。

进一步，所述第一滤料的制备方法为：

预碳化：将收集得到的玉米芯水洗、烘干后粉碎，置于管式炉中，在氮气气氛下，温度为600-800℃条件下，进行预碳化30min，碳化完成后随炉冷却至室温，取出浸渍于2mol/L的氢氧化钾溶液中，同时进行微波处理10-15min，过滤、烘干，得到预碳化粉；

扩孔：分别称取预碳化粉、碳酸氢铵，搅拌混合均匀，喷入去离子水，继续搅拌混合5-10min，置于管式炉中，在氮气气氛下，保温碳化1-1.5h，随炉冷却至室温，取出，用盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到第一滤料。

进一步，所述第二滤料的制备方法为：分别称取预碳化粉、氢氧化钾，置于碾钵中碾磨混合均匀后，置于管式炉中，升温至300-400℃保温反应30min，再升温至700-750℃保温碳化1h，取出，用盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到第二滤料。

进一步，所述第三滤料的制备方法包括以下步骤：

S1：将氨水和十六烷基三甲基溴化铵加入到90wt％乙醇溶液中，超声处理5-8min使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解后，加入纳米微孔二氧化硅，超声至分散均匀后，加入间苯二酚，搅拌至间苯二酚完全溶解，再加入甲醛，持续搅拌反应3-4h，过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，干燥，得到表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅；

S2：取制备得到的预碳化粉加入去离子水中，搅拌混合10-15min后，再超声分散1-1.5h，加入S2步骤制备得到的产品，加热至80-85℃，持续超声填充2h，过滤，干燥后，按照1:3的质量比与氢氧化钾混合均匀，在氮气气氛下，升温至400-450℃，保温2-3h，再升温至700-750℃，保温碳化2-3h，取出，用的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物；

S3：将S2步骤制备得到的介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物搅拌分散于去离子水中，加入硅烷偶联剂、丙烯酰胺溶液，搅拌混合均匀后，通入氮气，在氮气气氛下持续搅拌30min，加入过硫酸钾，搅拌均匀后，升温至50-55℃，保温持续搅拌反应4h，反应完成后冷却至室温，过滤，滤饼用无水乙醇洗涤至中性，于40℃温度下干燥，得到第三滤料。

本发明的第一滤料、第二滤料、第三滤料均是以玉米芯作为原料，来源广，且成本较低，资源充分利用，绿色、环保。且第三滤料在制备的过程中，利用预碳化粉的吸附性能，将表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅吸附到孔洞内部以及预碳化粉的表面，再经过碳化处理，外部的预碳化粉形成介孔结构，酚醛树脂碳化形成微孔结构，结合内部的纳米微孔二氧化硅，使得第三滤料具有丰富的多级孔洞结构，比表面积大，孔隙率高，而外部的介孔保证了滤料和污水之间能够具有良好的接触，微孔结构具有较好的吸附能力，在结构上有利于对微生物的快速吸附和固定化，另外，纳米微孔二氧化硅的表面具有丰富的硅羟基，再加上接枝的丙烯酰胺引入的酰胺基团，这些活性基团，能够与微生物形成化学键，从性能上使得第三滤料具有较强的吸附性能，由于分子中具有强极性基团，具有很强的吸附性和固定化性能，使得微生物和滤料之间的结合方式为物理吸附、离子键合、共价结合等几种方式，结合力非常牢固，不易脱落。

进一步，所述纳米微孔二氧化硅的制备方法如下：

将脱氢枞基三甲基溴化铵加入氨水溶液中，搅拌至充分溶解后，滴加入正硅酸乙酯，滴加完成后，搅拌混合均匀得到反应液，将反应液置于水热反应釜中，于80-100℃温度下，保温反应24-28h，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，并以无水乙醇作为溶剂，经索氏提取法去除脱氢枞基三甲基溴化铵，再置于马弗炉中煅烧，得到纳米微孔二氧化硅。

本发明的有益效果：

1.本发明公开了用于污水处理的生态处理装置，通过对第一滤料、第二滤料、第三滤料的孔径进行设计，通过将第一滤料、第二滤料、第三滤料的孔径依次减小，在运行的过程中，来水经过层层过滤，使得生态处理装置既保持了良好的接触条件，同时具备相对较好的防堵塞能力，从而在一定程度上降低了生态滤池堵塞的几率，运维成本更低。

2.本发明的用于污水处理的生态处理装置，产泥量少，12-24个月排泥1次，当污水流经载体时在微生物的作用下，氨氮、SS去除率达90％以上，COD去除率达80％以上，出水水质稳定、清澈透明。

3.本发明的生态处理装置，相对于传统的生态处理装置，容积负荷高、占地面积小，不需混合液和污泥回流，简化了处理工艺，降低能耗，且对不同污染程度的水均具有很好的净化效果，抗冲击负荷能力强，可推广于市政尾水提标改造、黑臭河道处理、农村生活污水处理等领域应用。

附图说明

图1是本发明污水处理的生态处理装置的结构示意图；

厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4、曝气管5、风机6。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明的用于污水处理的生态处理装置，包括依次连通的厌氧池1、缺氧池2、好氧池3和沉淀池4，缺氧池2、好氧池3的底部均设置有曝气管5，通过风机6进行曝气处理，厌氧池1、缺氧池2、好氧池3内分别对应填充有第一滤料、第二滤料和第三滤料，沉淀池4内填充有除磷吸附剂，其中，第一滤料为大孔活性炭颗粒，第二滤料为介孔活性炭颗粒，第三滤料为改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物，且改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅是将纳米微孔二氧化硅包裹酚醛树脂后，与介孔活性炭相复合，最后经丙烯酰胺改性制成，具体如下：

实施例一

第一滤料的制备

预碳化：将收集得到的玉米芯水洗、烘干后粉碎，置于管式炉中，在氮气气氛下，温度为800℃条件下，进行预碳化30min，碳化完成后随炉冷却至室温，取出浸渍于2mol/L的氢氧化钾溶液中，同时在微波功率为700W的条件下进行微波处理12min，过滤、烘干，得到预碳化粉。

扩孔：按照1:3的质量比分别称取预碳化粉、碳酸氢铵，搅拌混合均匀，喷入0.02倍预碳化粉的去离子水，继续搅拌混合5min，置于管式炉中，在氮气气氛下，于温度为800℃条件下，保温碳化1h，随炉冷却至室温，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃温度下烘干得到第一滤料。

第二滤料的制备

按照1:3的质量比分别称取预碳化粉、氢氧化钾，置于碾钵中碾磨混合均匀后，置于管式炉中，升温至400℃保温反应30min，再升温至700℃保温碳化1h，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃温度下烘干得到第二滤料。

纳米微孔二氧化硅的制备

将327mg脱氢枞基三甲基溴化铵加入170ml 10％的氨水溶液中，搅拌至充分溶解后，滴加入2.08g正硅酸乙酯，滴加完成后，搅拌混合均匀得到反应液，将反应液置于水热反应釜中，于100℃温度下，保温反应28h，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，并以无水乙醇作为溶剂，经索氏提取法去除脱氢枞基三甲基溴化铵后，再置于马弗炉中，于550℃温度下煅烧4h，得到纳米微孔二氧化硅；

第三滤料的制备

S1：将3ml质量分数为28％的氨水和20mg十六烷基三甲基溴化铵加入到200ml90wt％乙醇溶液中，超声处理5min，使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解后，加入100mg制备得到的纳米微孔二氧化硅，超声至分散均匀后，加入200mg间苯二酚，在450r/min的转速下搅拌5min至间苯二酚完全溶解，再加入0.28ml甲醛，保持转速，持续搅拌反应3h，过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，滤饼于80℃温度下干燥6h，得到表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅；

S2：将10g制备得到的预碳化粉加入1L去离子水中，搅拌混合10min后，再超声分散1h，加入S2步骤制备得到的表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅，加热至80℃，持续超声填充2h，过滤，干燥后，按照1:3的质量比与氢氧化钾混合均匀后，在氮气气氛下，升温至400℃，保温3h，再升温至700℃，保温碳化3h，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，在80℃温度下烘干得到介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物；

S3：将S2步骤制备得到的介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物以35mg/ml的固液比搅拌分散于去离子水中，加入0.1倍介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物质量的硅烷偶联剂，加入丙烯酰胺溶液，其中丙烯酰胺和介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物的质量比为0.3:1，搅拌混合均匀后，通入氮气，在氮气气氛下持续搅拌30min，加入0.1倍介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物质量的过硫酸钾，搅拌均匀后，升温至50℃，保温持续搅拌反应4h，反应完成后冷却至室温，过滤，滤饼用无水乙醇洗涤至中性，于40℃温度下干燥，得到第三滤料。

在厌氧池1、缺氧池2、好氧池3的底部均铺设曝气管5，将第一滤料、第二滤料、第三滤料分别填充到对应的厌氧池1、缺氧池2、好氧池3内，其中，厌氧池1中第一滤料的填充率为85％，缺氧池2中第二滤料的填充率为82％，好氧池3中第三滤料的填充率为84％，同时在沉淀池4中填充除磷填料，除磷填料可选择现有的具有良好除磷效果的铁碳、生物质碳等物质，本实施例选择铁碳作为除磷填料进行说明，采用物理吸附、离子交换或表面沉淀过程，实现磷从污水中的分离，并可进一步通过解吸处理回收磷资源。

利用常规的现有的挂膜方法，在第一滤料、第二滤料、第三滤料上挂膜后，利用本实施例的生态处理装置对某污水处理厂的污水进行处理，经检测，污水中TN 38.5mg/L、TP3.16mg/L、COD146mg/L、SS 136mg/L，将污水从厌氧池1开始进水，依次流经缺氧池2、好氧池3，最后经沉淀池4处理后流出，控制污水在厌氧池1的停留时间为1.5h，缺氧池2的停留时间为2h，好氧池3的停留时间为7h，经沉淀池4的停留时间为2h，同时对缺氧池2、好氧池3采用鼓风机6曝气处理，曝气90min，间歇30min，控制厌氧池1中的溶解氧低于0.2mg/L，缺氧池2中的溶解氧为0.2-0.5mg/L，好氧池3内的含氧量为8-10mg/L，出水澄清透明，经检测，出水中TN 4.5mg/L、TP 0.49mg/L、COD 9.8mg/L、SS 8.5mg/L，均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准A标准，且COD去除率达93.29％，SS去除率达93.75％。

实施例二

第一滤料的制备

预碳化：将收集得到的玉米芯水洗、烘干后粉碎，置于管式炉中，在氮气气氛下，温度为600℃条件下，进行预碳化30min，碳化完成后随炉冷却至室温，取出浸渍于2mol/L的氢氧化钾溶液中，同时在微波功率为650W的条件下进行微波处理15min，过滤、烘干，得到预碳化粉。

扩孔：按照2:5的质量比分别称取预碳化粉、碳酸氢铵，搅拌混合均匀，喷入0.02倍预碳化粉去离子水，继续搅拌混合10min，置于管式炉中，在氮气气氛下，于温度为800℃条件下，保温碳化1h，随炉冷却至室温，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃温度下烘干得到第一滤料。

第二滤料的制备

按照1:3的质量比分别称取预碳化粉、氢氧化钾，置于碾钵中碾磨混合均匀后，置于管式炉中，升温至350℃保温反应30min，再升温至750℃保温碳化1h，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃温度下烘干得到第二滤料。

纳米微孔二氧化硅的制备

将306mg脱氢枞基三甲基溴化铵加入170ml 10％的氨水溶液中，搅拌至充分溶解后，滴加入2.08g正硅酸乙酯，滴加完成后，搅拌混合均匀得到反应液，将反应液置于水热反应釜中，于80℃温度下，保温反应24h，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，并以无水乙醇作为溶剂，经索氏提取法去除脱氢枞基三甲基溴化铵，再置于马弗炉中，于600℃温度下煅烧3h，得到纳米微孔二氧化硅。

第三滤料的制备

S1：将4ml质量分数为28％的氨水和18mg十六烷基三甲基溴化铵加入到220ml90wt％乙醇溶液中，超声处理7min使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解后，加入115mg制备得到的纳米微孔二氧化硅，超声至分散均匀后，加入196mg间苯二酚，在450r/min的转速下搅拌5min至间苯二酚完全溶解，再加入0.25ml甲醛，保持转速，持续搅拌反应4h，过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，滤饼于80℃温度下干燥6h，得到表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅；

S2：将8g制备得到的预碳化粉加入1L去离子水中，搅拌混合15min后，再超声分散1h，加入S2步骤制备得到的产品，加热至85℃，持续超声填充2h，过滤，干燥后，按照1:3的质量比与氢氧化钾混合均匀后，在氮气气氛下，升温至450℃，保温2h，再升温至700℃，保温碳化2h，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，在80℃温度下烘干得到介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物；

S3：将S2步骤制备得到的介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物以30mg/ml的固液比搅拌分散于去离子水中，加入0.08倍介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物质量的硅烷偶联剂，加入丙烯酰胺溶液，其中丙烯酰胺和介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物的质量比为0.3:1，搅拌混合均匀后，通入氮气，在氮气气氛下持续搅拌30min，加入0.1倍介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物质量的过硫酸钾，搅拌均匀后，升温至55℃，保温持续搅拌反应4h，反应完成后冷却至室温，过滤，滤饼用无水乙醇洗涤至中性，于40℃温度下干燥，得到第三滤料。

在将第一滤料、第二滤料、第三滤料进行填充之前，为了缩短挂膜时间，还可以事先在第一滤料、第二滤料、第三滤料上利用琼脂或卡拉胶固定负载复合微生物菌剂，复合微生物菌剂的种类、配方、用量可以根据具体污染物的指标进行实际调整，复合微生物菌剂选择现有的从河湖体系筛选分离的污染物降解微生物作为菌种，然后经生物工程扩大化培养并复配混合得到的微生物菌剂产品，本实施例的复合微生物菌剂包括硝化细菌、反硝化细菌、短程反硝化细菌、芽孢杆菌、无色杆菌、产碱杆菌，硝化细菌、反硝化细菌、短程反硝化细菌、芽孢杆菌、无色杆菌、产碱杆菌的质量比为1:1:1:3:2:1。

在厌氧池1、缺氧池2、好氧池3的底部均铺设曝气管5，将固定负载有复合微生物菌剂的第一滤料、第二滤料、第三滤料分别填充到对应的厌氧池1、缺氧池2、好氧池3内，其中，厌氧池1中第一滤料的填充率为80％，缺氧池2中第二滤料的填充率为85％，好氧池3中第三滤料的填充率为89％，同时在沉淀池4中填充除磷填料生物质碳。

利用本实施例的生态处理装置对某集约化畜禽养殖场的禽畜养殖污水进行处理，经检测，污水中TN 387mg/L、TP 39mg/L、COD 9658mg/L、SS 2485mg/L，将污水从厌氧池1开始进水，依次流经缺氧池2、好氧池3，最后经沉淀池4处理后流出，控制污水在厌氧池1的停留时间为2h，缺氧池2的停留时间为3h，好氧池3的停留时间为8h，经沉淀池4的停留时间为2h，同时对缺氧池2、好氧池3采用鼓风机曝气处理，曝气90min，间歇30min，控制厌氧池1中的溶解氧低于0.2mg/L，缺氧池2中的溶解氧为0.2-0.5mg/L，好氧池3内的含氧量为6-8mg/L，出水澄清透明，经检测，出水中TN 34mg/L、TP 3.2mg/L、COD 842mg/L、SS 216mg/L，其中COD去除率达91.28％，SS去除率达91.30％。

实施例三

第一滤料的制备

预碳化：将收集得到的玉米芯水洗、烘干后粉碎，置于管式炉中，在氮气气氛下，温度为700℃条件下，进行预碳化30min，碳化完成后随炉冷却至室温，取出浸渍于2mol/L的氢氧化钾溶液中，同时在微波功率为600W的条件下进行微波处理12min，过滤、烘干，得到预碳化粉。

扩孔：按照3:2的质量比分别称取预碳化粉、碳酸氢铵，搅拌混合均匀，喷入0.05倍预碳化粉去离子水，继续搅拌混合8min，置于管式炉中，在氮气气氛下，于温度为600℃条件下，保温碳化1.5h，随炉冷却至室温，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃温度下烘干得到第一滤料。

第二滤料的制备

按照2:5的质量比分别称取预碳化粉、氢氧化钾，置于碾钵中碾磨混合均匀后，置于管式炉中，升温至300℃保温反应30min，再升温至700℃保温碳化1h，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃温度下烘干得到第二滤料。

纳米微孔二氧化硅的制备

S1：将318mg脱氢枞基三甲基溴化铵加入170ml 10％的氨水溶液中，搅拌至充分溶解后，滴加入2.08g正硅酸乙酯，滴加完成后，搅拌混合均匀得到反应液，将反应液置于水热反应釜中，于90℃温度下，保温反应26h，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，并以无水乙醇作为溶剂，经索氏提取法去除脱氢枞基三甲基溴化铵，再置于马弗炉中，于550℃温度下煅烧4h，得到纳米微孔二氧化硅。

第三滤料的制备

S1：将5ml质量分数为30％的氨水和25mg十六烷基三甲基溴化铵加入到300ml90wt％乙醇溶液中，超声处理8min使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解后，加入120mg制备得到的纳米微孔二氧化硅，超声至分散均匀后，加入210mg间苯二酚，在450r/min的转速下搅拌5min至间苯二酚完全溶解，再加入0.30ml甲醛，保持转速，持续搅拌反应3h，过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，滤饼于80℃温度下干燥6h，得到表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅；

S2：将12g制备得到的预碳化粉加入1L去离子水中，搅拌混合12min后，再超声分散1.5h，加入S2步骤制备得到的产品，加热至80℃，持续超声填充2h，过滤，干燥后，按照1:3的质量比与氢氧化钾混合均匀后，在氮气气氛下，升温至400℃，保温3h，再升温至750℃，保温碳化2h，取出，用4mol/L的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，在80℃温度下烘干得到介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物；

S3：将S2步骤制备得到的介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物以25mg/ml的固液比搅拌分散于去离子水中，加入0.1倍介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物质量的硅烷偶联剂，加入丙烯酰胺溶液，其中丙烯酰胺和介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物的质量比为0.3:1，搅拌混合均匀后，通入氮气，在氮气气氛下持续搅拌30min，加入0.1倍介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物质量的过硫酸钾，搅拌均匀后，升温至50℃，保温持续搅拌反应4h，反应完成后冷却至室温，过滤，滤饼用无水乙醇洗涤至中性，于40℃温度下干燥，得到第三滤料。

在厌氧池1、缺氧池2、好氧池3的底部均铺设曝气管5，将第一滤料、第二滤料、第三滤料分别填充到对应的厌氧池1、缺氧池2、好氧池3内，其中，厌氧池1中第一滤料的填充率为85％，缺氧池2中第二滤料的填充率为82％，好氧池3中第三滤料的填充率为84％，同时在沉淀池4中填充除磷填料，除磷填料可选择现有的具有良好除磷效果的铁碳、生物质碳等物质，本实施例选择铁碳作为除磷填料进行说明，采用物理吸附、离子交换或表面沉淀过程，实现磷从污水中的分离，并可进一步通过解吸处理回收磷资源。

利用常规的现有的挂膜方法，在第一滤料、第二滤料、第三滤料上挂膜后，利用本实施例的生态处理装置对某污水处理厂的污水进行连续处理直至第一次排泥，经检测，污水中各指标值TN 19.6-42.5mg/L、TP 1.58-4.52mg/L、COD154-196 mg/L、SS 128-173mg/L，将污水从厌氧池1开始进水，依次流经缺氧池2、好氧池3，最后经沉淀池4处理后流出，控制污水在厌氧池1的停留时间为1.5h，缺氧池2的停留时间为2h，好氧池3的停留时间为7h，经沉淀池4的停留时间为2h，同时对缺氧池2、好氧池3采用鼓风机曝气处理，曝气90min，间歇30min，控制厌氧池1中的溶解氧低于0.2mg/L，缺氧池2中的溶解氧为0.2-0.5mg/L，好氧池3内的含氧量为7-9mg/L，出水保持澄清透明，至第一次排泥总共运行约14个月，运行期间，经检测，出水中TN 3.5-9.8mg/L、TP0.38-1.97mg/L、COD 12.1-15.4mg/L、SS6.7-8.2mg/L，出水水质保持稳定，且COD、SS的去除率始终保持大于90％。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内分别对应填充有第一滤料、第二滤料和第三滤料，所述沉淀池内填充有除磷吸附剂，所述第一滤料为大孔活性炭颗粒，所述第二滤料为介孔活性炭颗粒，所述第三滤料为改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物，所述改性介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅是将纳米微孔二氧化硅包裹酚醛树脂后，与介孔活性炭相复合，最后经丙烯酰胺改性制成；所述第三滤料的制备方法包括以下步骤：

S1：将氨水和十六烷基三甲基溴化铵加入到90wt%乙醇溶液中，超声处理5-8min使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解后，加入纳米微孔二氧化硅，超声至分散均匀后，加入间苯二酚，搅拌至间苯二酚完全溶解，再加入甲醛，持续搅拌反应3-4h，过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，干燥，得到表面包裹有酚醛树脂的纳米微孔二氧化硅；

S2：取制备得到的预碳化粉加入去离子水中，搅拌混合10-15min后，再超声分散1-1.5h，加入S1步骤制备得到的产品，加热至80-85℃，持续超声填充2h，过滤，干燥后，按照1:3的质量比与氢氧化钾混合均匀，在氮气气氛下，升温至400-450℃，保温2-3h，再升温至700-750℃，保温碳化2-3h，取出，用的盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物；

S3：将S2步骤制备得到的介孔活性炭/纳米微孔二氧化硅复合物搅拌分散于去离子水中，加入硅烷偶联剂、丙烯酰胺溶液，搅拌混合均匀后，通入氮气，在氮气气氛下持续搅拌30min，加入过硫酸钾，搅拌均匀后，升温至50-55℃，保温持续搅拌反应4h，反应完成后冷却至室温，过滤，滤饼用无水乙醇洗涤至中性，于40℃温度下干燥，得到第三滤料；

所述预碳化粉的制备方法为：将收集得到的玉米芯水洗、烘干后粉碎，置于管式炉中，在氮气气氛下，温度为600-800℃条件下，进行预碳化30min，碳化完成后随炉冷却至室温，取出浸渍于2mol/L的氢氧化钾溶液中，同时进行微波处理10-15min，过滤、烘干，得到预碳化粉。

2.根据权利要求1所述的用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，所述第一滤料、第二滤料、第三滤料的填充率均大于80%。

3.根据权利要求2所述的用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，所述缺氧池、好氧池的底部均设置有曝气管，采用间歇曝气的方式，曝气90min，间歇30min。

4.根据权利要求3所述的用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，所述好氧池内的含氧量为6-10mg/L。

5.根据权利要求4所述的用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，所述第一滤料的制备方法为：

分别称取预碳化粉、碳酸氢铵，搅拌混合均匀，喷入去离子水，继续搅拌混合5-10min，置于管式炉中，在氮气气氛下，保温碳化1-1.5h，随炉冷却至室温，取出，用盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到第一滤料。

6.根据权利要求5所述的用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，所述第二滤料的制备方法为：分别称取预碳化粉、氢氧化钾，置于碾钵中碾磨混合均匀后，置于管式炉中，升温至300-400℃保温反应30min，再升温至700-750℃保温碳化1h，取出，用盐酸溶液浸泡12h，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到第二滤料。

7.根据权利要求6所述的用于污水处理的生态处理装置，其特征在于，所述纳米微孔二氧化硅的制备方法如下：

将脱氢枞基三甲基溴化铵加入氨水溶液中，搅拌至充分溶解后，滴加入正硅酸乙酯，滴加完成后，搅拌混合均匀得到反应液，将反应液置于水热反应釜中，于80-100℃温度下，保温反应24-28h，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，并以无水乙醇作为溶剂，经索氏提取法去除脱氢枞基三甲基溴化铵，再置于马弗炉中煅烧，得到纳米微孔二氧化硅。

Images