CN110563280A - 一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法 - Google Patents

一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法 Download PDF

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Abstract

一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法，涉及污水处理技术领域。本发明的目的是要解决现有技术中半焦和活性焦均难以再生，能耗、成本大，粉末活性碳或者活性焦粉等污泥载体易对深度处理的膜、高级氧化设备造成阻塞的问题。方法：启动潜水搅拌器通过微孔气盘曝气装置向池a中送风，煤热解废水经过磁改性活性焦的吸附以及污泥‑生物膜协同降解作用后，进入到池b中，再经过半焦的吸附和过滤进入到环形出水堰中，经过环形出水堰的锯齿结构的拦截后，通过出水管流出，完成降解煤热解废水环状化合物。本发明可获得一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法。

Description

一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其 方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法。
背景技术
煤化工废水中含有大量环状有机物，大多具备较强的生物毒性和致癌性，是煤化工废水最主要的难降解物质和危险物质。煤化工废水处理以生物处理为核心，厌氧-缺氧-好氧等为基础的生物处理和后续的高级氧化、膜生物反应器是主流的处理流程。但传统生物处理好氧处理一般能耗较高，且难以去除环状化合物，导致后续高级氧化如臭氧、芬顿氧化能耗、物料消耗增加，当前的处理工艺流程通常是以极大的能耗、物料消耗为代价处理环状化合物。生物膜法由于环状有机物泥龄较长且具有明显的氧气梯度能够适应复杂环境，对有毒难降解物质具有较强的耐受性，相比于悬浮污泥更适宜降解环状有机物。
半焦是煤热解产业的廉价副产物，常规利用途径为电厂燃料。由于大量介孔和酸性官能团，在选择性吸附有毒难降解环状有机物方面具有得天独厚的优势。半焦能够通过吸附、过滤去除部分环状有机物和油类，并减轻出水色度和浊度。半焦及活性焦在废水吸附工艺中已有应用，但单独作为吸附剂，半焦/活性焦均难以再生，成本、能耗较大。活性焦是半焦进一步活化的产品，显著提升了吸附比表面积，而且其能够作为载体与活性污泥协同去除环状有机物。实际工程中，粉末活性碳或者活性焦粉等作为污泥载体，常随出水流出，对深度处理的膜、高级氧化设备造成阻塞等严重问题。同时，由于粉末活性碳或者活性焦粉与污泥混合后难以分离，导致材料无法回收，常在排泥时随泥进入污泥处理处置单元，增加污泥处理压力。
发明内容
本发明的目的是要解决以下问题：
(1)当前的煤化工废水处理工艺流程通常是以极大的能耗、物料消耗代价处理环状化合物；
(2)如果将半焦或活性焦单独作为吸附剂，由于半焦和活性焦均难以再生，成本和能耗较大；
(3)粉末活性碳或者活性焦粉等作为污泥载体，常随出水流出，对深度处理的膜、高级氧化设备造成阻塞等严重问题；
而提供一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法。
一种微氧生物处理系统，为半地下式圆柱形结构，包括微氧活性焦载体移动生物床系统、半焦过滤层系统和物料回收系统，所述微氧活性焦载体移动生物床系统位于地面以下，微氧活性焦载体移动生物床系统包括鼓风机、微孔气盘曝气装置、进水管、至少一个潜水搅拌器、活性污泥、磁改性活性焦、多参数水质监测器和池a，所述半焦过滤层系统包括滤料支撑层、半焦、出水管、液位传感器、测压管、环形出水堰和池b，所述物料回收系统包括电磁式起重滑轮装置和电磁回收装置；
所述进水管和微孔气盘曝气装置均穿设在池a的下方，且微孔气盘曝气装置位于进水管的下方，微孔气盘曝气装置的一端与鼓风机连通，潜水搅拌器设置在池a的底部，活性污泥和磁改性活性焦分布在池a中，所述滤料支撑层位于池a和池b之间，且滤料支撑层将池a和池b隔断，所述测压管垂直穿设在滤料支撑层上，滤料支撑层上开设有支撑层孔洞，测压管的底端设置有多参数水质监测器，测压管的内壁上设有液位传感器，所述滤料支撑层的两端连接有电磁式起重滑轮装置，池b的底部设置有电磁回收装置，池b的内部分布有半焦，池b的顶部的外壁上沿设置有环形出水堰，环形出水堰上穿设有出水管。
利用一种微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，按以下步骤完成：
一、先将煤热解废水经进水管加入到池a中，当煤热解废水水位超过潜水搅拌器时，启动潜水搅拌器，通过池b的两侧的电磁式起重滑轮装置提升滤料支撑层至滤料支撑层的底部高出池b的顶部，然后将活性污泥和磁改性活性焦从滤料支撑层的底部与池b的顶部的空隙加入到池a中，待煤热解废水、活性污泥和磁改性活性焦充分混合后，再启动鼓风机通过微孔气盘曝气装置向池a中送风，煤热解废水经过磁改性活性焦的吸附以及污泥-生物膜协同降解作用后，得到一级处理煤热解废水出水；测压管的底端设置的多参数水质监测器对池a中的煤热解废水进行实时监测；
二、一级处理煤热解废水出水通过滤料支撑层的支撑层孔洞进入到池b中，经过半焦的吸附和过滤，得到二级处理煤热解废水出水；当水位超过池b的上沿后，二级处理煤热解废水出水进入到环形出水堰中，二级处理煤热解废水出水经过环形出水堰的锯齿结构的拦截后，通过出水管流出，完成降解煤热解废水环状化合物，测压管的内壁设置的液位传感器对测压管内的水位进行监测。
本发明的有益效果：
(1)本发明中，煤热解废水经磁改性活性焦弹性吸附、活性污泥-生物膜强化降解等能够消除废水中绝大多数环状化合物，从而替代传统缺氧-好氧生物降解工艺，大幅减轻后续膜处理、高级氧化压力，甚至取代高级氧化工艺，进而全方位削减废水处理成本，提升物料、能源利用效率；
(2)磁改性活性焦为精选优质半焦再次中高温活化，并负载纳米四氧化三铁的产物，强化了化学吸附和电化学生物降解。一方面，磁性活性焦将π-电子从有机物分子转移到铁的空位d轨道形成键，能够快速吸附煤热解废水中难生化的非极性和弱极性芳香化合物。另一方面，由于铁-碳多孔结构及电势差磁性活性焦能筛选、富集电活性细菌形成部分生物膜，通过对目标难降解物质的电化学强化降解提升废水可生化性，同时生物膜降解实现吸附位点原位再生，形成弹性吸附。鉴于相似的粉末活性炭强化生物工艺难于回收，随出水或者排泥流失给后续水处理工段或者污泥处理工段造成压力，本发明采用电磁回收装置，在排泥时利用磁吸附保留活性焦，防止活性焦随污泥流失，另外将滤层建于生物降解系统上方拦截可能随水溢出的颗粒；
(3)微氧活性焦载体移动生物床系统利用多参数水质监测器数据反馈，通过调节微气泡曝气和搅拌实现微氧环境，磁性活性焦同时作为吸附剂和载体用于吸附环状化合物并筛选、富集特异性电活性降解菌，与系统中悬浮污泥协同降解环状化合物，本系统为上升流反应器，进水通过生物降解后进入半焦过滤层系统进一步处理；
(4)首先，煤热解废水与磁改性活性焦充分接触，通过磁性活性焦的微磁体、介孔和酸性官能团选择性吸附大分子非极性环状物质和弱碱性含氮环状化合物及游离氨，大幅减轻环状有机污染物对悬浮污泥的毒性及抑制性，促进悬浮污泥生长。其次，铁-碳电势差实现对电化学活性的微生物筛选及富集过程，形成厌氧/缺氧微电流生物膜体系，通过厌氧/缺氧生物膜水解开环反应将环状有机物开环。一方面，磁改性活性焦原吸附位点得到释放，实现吸附剂原位再生过程；另一方面，开环后的污染物易于好氧条件下生化代谢，是适宜微好氧条件下悬浮污泥的良好碳源，实现了污泥-生物膜协同降解过程；堆积的颗粒半焦滤层能够充分截留上升出水的悬浮污泥，一方面能够维持生物床的高污泥浓度，另一方面能够大幅降低出水悬浮物(SS)和总油，充分减少出水浊度。而且，滤层在过滤过程会形成明显过滤梯度，下层截留的污泥会形成厌氧/缺氧生物膜，进一步进行环状有机物水解和反硝化过程；
(5)半焦为煤低温热解大量产生的副产物，外观呈黑色至暗灰色，无光泽，质软、脆，具有开放气孔，强度比高温焦炭差，挥发分含量显著高于焦炭，一般为10％～20％，有较大的比表面，其吸附性能有的可接近活性炭或炭分子筛。半焦常规利用途径为电厂燃料，利用效率较低。经清洗纯化的粗半焦具有较强的吸附性能，可以作为废水处理深度处理的吸附剂及滤料使用，由于再生困难，更换下来的半焦干燥后直接用于电厂燃料，充分提升了其利用价值。
本发明可获得一种降解煤热解废水环状化合物的微氧生物处理系统及其方法。
附图说明
图1为实施例一一种微氧生物处理系统的主视图；
图2为实施例一一种微氧生物处理系统的左视图；
图3为实施例一一种微氧生物处理系统的俯视图；
图4为实施例二利用一种微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法的示意图；
图5为磁改性活性焦负载铁含量对有机物吸附率的影响图；
图6为实施例二利用一种微氧生物处理系统处理不同浓度酚类废水的效率图，其中，1表示总酚，2表示总有机碳；
图7从左到右依次为煤热解废水、一级处理煤热解废水出水和出水管流出的完成降解煤热解废水环状化合物的水。
其中，1为鼓风机；2为微孔气盘曝气装置；3为进水管；4为潜水搅拌器；5为磁改性活性焦；6为多参数水质监测器；7为滤料支撑层；8为支撑层孔洞；9为电磁式起重滑轮装置；10为电磁回收装置；11为半焦；12为楼梯；13为出水管；14为活动盖板；15为液位传感器；16为测压管；17为滤料更换平台；18为环形出水堰；19为地面；20为池a，21为池b。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种微氧生物处理系统，为半地下式圆柱形结构，包括微氧活性焦载体移动生物床系统、半焦过滤层系统和物料回收系统，所述微氧活性焦载体移动生物床系统位于地面19以下，微氧活性焦载体移动生物床系统包括鼓风机1、微孔气盘曝气装置2、进水管3、至少一个潜水搅拌器4、活性污泥、磁改性活性焦5、多参数水质监测器6和池a 20，所述半焦过滤层系统包括滤料支撑层7、半焦11、出水管13、液位传感器15、测压管16、环形出水堰18和池b 21，所述物料回收系统包括电磁式起重滑轮装置9和电磁回收装置10；
所述进水管3和微孔气盘曝气装置2均穿设在池a 20的下方，且微孔气盘曝气装置2位于进水管3的下方，微孔气盘曝气装置2的一端与鼓风机1连通，潜水搅拌器4设置在池a20的底部，活性污泥和磁改性活性焦5分布在池a 20中，所述滤料支撑层7位于池a 20和池b21之间，且滤料支撑层7将池a 20和池b 21隔断，所述测压管16垂直穿设在滤料支撑层7上，滤料支撑层7上开设有支撑层孔洞8，测压管16的底端设置有多参数水质监测器6，测压管16的内壁上设有液位传感器15，所述滤料支撑层7的两端连接有电磁式起重滑轮装置9，池b21的底部设置有电磁回收装置10，池b 21的内部分布有半焦11，池b 21的顶部的外壁上沿设置有环形出水堰18，环形出水堰18上穿设有出水管13。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述物料回收系统还包括楼梯12、活动盖板14和滤料更换平台17，活动盖板14设置在所述微氧生物处理系统的顶部，楼梯12设置在微氧生物处理系统的一侧，楼梯12的顶部为滤料更换平台17。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：所述滤料支撑层7由上下层结构构成，上下层结构上均垂直开设有支撑层孔洞8，且上下层结构的支撑层孔洞8错位分布，所述环形出水堰18的顶部的内壁沿水平方向均布有锯齿结构。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的多参数水质监测器6包括溶解氧、pH和氧化还原电位检测装置。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：利用一种微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，按以下步骤完成：
一、先将煤热解废水经进水管3加入到池a 20中，当煤热解废水水位超过潜水搅拌器4时，启动潜水搅拌器4，通过池b 21的两侧的电磁式起重滑轮装置9提升滤料支撑层7至滤料支撑层7的底部高出池b 21的顶部，然后将活性污泥和磁改性活性焦5从滤料支撑层7的底部与池b 21的顶部的空隙加入到池a 20中，待煤热解废水、活性污泥和磁改性活性焦5充分混合后，再启动鼓风机1通过微孔气盘曝气装置2向池a 20中送风，煤热解废水经过磁改性活性焦5的吸附以及污泥-生物膜协同降解作用后，得到一级处理煤热解废水出水；测压管的底端设置的多参数水质监测器6对池a 20中的煤热解废水进行实时监测；
二、一级处理煤热解废水出水通过滤料支撑层7的支撑层孔洞8进入到池b 21中，经过半焦11的吸附和过滤，得到二级处理煤热解废水出水；当水位超过池b 21的上沿后，二级处理煤热解废水出水进入到环形出水堰18中，二级处理煤热解废水出水经过环形出水堰18的锯齿结构的拦截后，通过出水管13流出，完成降解煤热解废水环状化合物，测压管16的内壁设置的液位传感器15对测压管16内的水位进行监测。
本实施方式的有益效果：
(1)本实施方式中，煤热解废水经磁改性活性焦5弹性吸附、活性污泥-生物膜强化降解等能够消除废水中绝大多数环状化合物，从而替代传统缺氧-好氧生物降解工艺，大幅减轻后续膜处理、高级氧化压力，甚至取代高级氧化工艺，进而全方位削减废水处理成本，提升物料、能源利用效率；
(2)磁改性活性焦5为精选优质半焦11再次中高温活化，并负载纳米四氧化三铁的产物，强化了化学吸附和电化学生物降解。一方面，磁性活性焦将π-电子从有机物分子转移到铁的空位d轨道形成键，能够快速吸附煤热解废水中难生化的非极性和弱极性芳香化合物。另一方面，由于铁-碳多孔结构及电势差磁性活性焦能筛选、富集电活性细菌形成部分生物膜，通过对目标难降解物质的电化学强化降解提升废水可生化性，同时生物膜降解实现吸附位点原位再生，形成弹性吸附。鉴于相似的粉末活性炭强化生物工艺难于回收，随出水或者排泥流失给后续水处理工段或者污泥处理工段造成压力，本实施方式采用电磁回收装置10，在排泥时利用磁吸附保留活性焦，防止活性焦随污泥流失，另外将滤层建于生物降解系统上方拦截可能随水溢出的颗粒；
(3)微氧活性焦载体移动生物床系统利用多参数水质监测器6数据反馈，通过调节微气泡曝气和搅拌实现微氧环境，磁性活性焦同时作为吸附剂和载体用于吸附环状化合物并筛选、富集特异性电活性降解菌，与系统中悬浮污泥协同降解环状化合物，本系统为上升流反应器，进水通过生物降解后进入半焦过滤层系统进一步处理；
(4)首先，煤热解废水与磁改性活性焦5充分接触，通过磁性活性焦的微磁体、介孔和酸性官能团选择性吸附大分子非极性环状物质和弱碱性含氮环状化合物及游离氨，大幅减轻环状有机污染物对悬浮污泥的毒性及抑制性，促进悬浮污泥生长。其次，铁-碳电势差实现对电化学活性的微生物筛选及富集过程，形成厌氧/缺氧微电流生物膜体系，通过厌氧/缺氧生物膜水解开环反应将环状有机物开环。一方面，磁改性活性焦5原吸附位点得到释放，实现吸附剂原位再生过程；另一方面，开环后的污染物易于好氧条件下生化代谢，是适宜微好氧条件下悬浮污泥的良好碳源，实现了污泥-生物膜协同降解过程；堆积的颗粒半焦滤层能够充分截留上升出水的悬浮污泥，一方面能够维持生物床的高污泥浓度，另一方面能够大幅降低出水SS和总油，充分减少出水浊度。而且，滤层在过滤过程会形成明显过滤梯度，下层截留的污泥会形成厌氧/缺氧生物膜，进一步进行环状有机物水解和反硝化过程；
(5)半焦11为煤低温热解大量产生的副产物，外观呈黑色至暗灰色，无光泽，质软、脆，具有开放气孔，强度比高温焦炭差，挥发分含量显著高于焦炭，一般为10％～20％，有较大的比表面，其吸附性能有的可接近活性炭或炭分子筛。半焦11常规利用途径为电厂燃料，利用效率较低。经清洗纯化的粗半焦具有较强的吸附性能，可以作为废水处理深度处理的吸附剂及滤料使用，由于再生困难，更换下来的半焦11干燥后直接用于电厂燃料，充分提升了其利用价值。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的磁改性活性焦5按以下步骤制备：
(1)先将半焦11粉碎，然后在氮气氛围下加热至400℃～800℃，并在400℃～800℃下活化6h～24h，活化后冷却至室温，再利用自来水和酒精进行浮选，最后烘干，得到密度为0.8g/cm3～1.0g/cm3的活性焦颗粒；
(2)在经氮气曝气饱和的无氧水中，分别加入活性焦、三氯化铁和硫酸亚铁，然后在氮气氛围下加热至40℃～50℃，并在40℃～50℃下、以100r/min～200r/min的搅拌速度搅拌6h～12h，再加入100mL～200mL、15mol/L氨水，在氮气氛围下加热至50℃～70℃振荡12h～24h，得到磁改性活性焦5，所述活性焦与三氯化铁的质量比为5:27，活性焦与硫酸亚铁的质量比为5:13.9。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤一中所述的磁改性活性焦5中铁元素的质量分数为5％～10％，步骤二中所述的半焦11的粒径为3mm～5mm。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤一中所述的多参数水质监测器6包括溶解氧、pH和氧化还原电位检测装置，在降解煤热解废水环状化合物过程中，当溶解氧检测装置检测到池a 20中煤热解废水的溶解氧高于设定上限2.0mg/L时，关闭鼓风机1，停止曝气；当溶解氧检测装置检测到池a 20中煤热解废水的溶解氧低于设定下限0.5mg/L时，启动鼓风机1，开始曝气。
其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：当步骤二中所述的液位传感器15检测到测压管16内的水位超过设定值时，停止降解煤热解废水环状化合物，对池b 21中的半焦11进行更换，对池b 21中的半焦11进行更换按照以下步骤进行：打开活动盖板14，通过池b 21的两侧的电磁式起重滑轮装置9升起滤料支撑层7，当滤料支撑层7的底部高出池b 21的顶部后，将滤料支撑层7上的半焦11通过滤料更换平台17和楼梯12运走，将池b 21内换上新的半焦11，完成对池b 21内的半焦11的更换。
其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：当所述池a20通过池a 20底部的排泥口进行排泥时，启动电磁回收装置10。
其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种微氧生物处理系统，为半地下式圆柱形结构，微氧生物处理系统直径为2m，总高度为4.15m，有效容积为10.21m3；包括微氧活性焦载体移动生物床系统、半焦过滤层系统和物料回收系统，所述微氧活性焦载体移动生物床系统位于地面19以下，高度2m，半焦过滤层系统为地表构筑物，高度1.25m。
微氧活性焦载体移动生物床系统采用混凝体结构，包括鼓风机1、微孔气盘曝气装置2、进水管3、四个潜水搅拌器4、活性污泥、磁改性活性焦5、多参数水质监测器6和池a 20，所述半焦过滤层系统包括滤料支撑层7、半焦11、出水管13、液位传感器15、测压管16、环形出水堰18和池b 21，所述物料回收系统包括电磁式起重滑轮装置9、电磁回收装置10、楼梯12、活动盖板14和滤料更换平台17。
所述进水管3和微孔气盘曝气装置2均穿设在池a 20的下方，且微孔气盘曝气装置2位于进水管3的下方，微孔气盘曝气装置2位于地下1.8m处，进水管3的管径为DN100；微孔气盘曝气装置2的一端与鼓风机1连通，潜水搅拌器4设置在池a 20的底部，活性污泥和磁改性活性焦5分布在池a 20中，所述滤料支撑层7位于池a 20和池b 21之间，且滤料支撑层7将池a 20和池b 21隔断，所述测压管16垂直穿设在滤料支撑层7上，所述滤料支撑层7由上下层结构构成，上下层结构上均垂直开设有支撑层孔洞8，且上下层结构的支撑层孔洞8错位分布，下层采用孔径5cm、开孔率80％的不锈钢板，上层采用孔径2cm、开孔率60％的高强度有机复合材料，池a 20的底部上方1m处设置测压管16，测压管16的底端设置有多参数水质监测器6，测压管16的内壁上设有液位传感器15，所述滤料支撑层7的两端连接有电磁式起重滑轮装置9，池b 21的底部设置有电磁回收装置10，池b 21的内部分布有半焦11，池b 21的顶部的外壁上沿设置有环形出水堰18，环形出水堰18的顶部的内壁沿水平方向均布有锯齿结构，环形出水堰18上穿设有出水管13，活动盖板14设置在所述微氧生物处理系统的顶部，楼梯12设置在微氧生物处理系统的一侧，楼梯12的顶部为滤料更换平台17。
实施例二：利用一种微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，按以下步骤完成：
一、根据煤质和煤热解工艺特点相似的原则，选择中煤图克煤化工园区的污泥，并且厌氧污泥与好氧污泥以质量比为1:1的比例混合作为活性污泥。先将煤热解废水经进水管3加入到池a 20中，当煤热解废水水位超过潜水搅拌器4时，启动潜水搅拌器4，通过池b21的两侧的电磁式起重滑轮装置9提升滤料支撑层7至滤料支撑层7的底部高出池b 21的顶部，然后将活性污泥和磁改性活性焦5从滤料支撑层7的底部与池b 21的顶部的空隙加入到池a 20中，待煤热解废水、活性污泥和磁改性活性焦5充分混合后，再启动鼓风机1通过微孔气盘曝气装置2向池a 20中送风，煤热解废水经过磁改性活性焦5的吸附以及污泥-生物膜协同降解作用后，得到一级处理煤热解废水出水；测压管16的底端设置的多参数水质监测器6对池a 20中的煤热解废水进行实时监测；
二、一级处理煤热解废水出水通过滤料支撑层7的支撑层孔洞8进入到池b 21中，经过半焦11的吸附和过滤，得到二级处理煤热解废水出水；当水位超过池b 21的上沿后，二级处理煤热解废水出水进入到环形出水堰18中，二级处理煤热解废水出水经过环形出水堰18的锯齿结构的拦截后，通过出水管13流出，水力停留时间为36h，完成降解煤热解废水环状化合物，测压管16的内壁设置的液位传感器15对测压管16内的水位进行监测。
步骤一中所述的磁改性活性焦5按以下步骤制备：
(1)先将半焦11粉碎至粒径约为0.3mm～0.5mm，然后在氮气氛围下加热至500℃，并在500℃下活化6h，活化后冷却至室温，再利用自来水和酒精进行浮选，浮选的方法为将半焦颗粒分别放在自来水和酒精中，以挑选密度大于酒精和密度小于自来水为准，浮选完成后进行烘干，得到密度为0.8g/cm3～1.0g/cm3的活性焦颗粒，比表面积在1000m2/g以上；
(2)在500mL经氮气曝气饱和的无氧水中，分别加入5g活性焦、27g三氯化铁和13.9g硫酸亚铁，然后在氮气氛围下加热至50℃，并在50℃下、以150r/min的搅拌速度搅拌12h，再加入100mL、15mol/L氨水，在氮气氛围下加热至60℃振荡24h，得到铁元素质量分数为10％的磁改性活性焦5。通过调节反应温度、搅拌速度以及反应时间可得到负载铁5％～10％的活性焦。如图5所示，实验对比了不同磁性氧化铁负载量对磁性活性焦的吸附能力的影响，由图5可见，少量负载磁性氧化铁的活性焦对多环芳烃等环状有机物的吸附能力增强，但随铁继续增加，碳材料比表面积缩小，吸附性能急剧下降，单纯纳米四氧化三铁的吸附能力比单纯活性焦吸附能力低4～5倍。考虑成本、磁性回收效率以及高铁对微生物毒害作用等建议选取负载铁10％左右的磁性活性焦。
步骤一中所述的多参数水质监测器6包括溶解氧、pH和氧化还原电位检测装置，溶解氧检测装置可以使池a 20内的溶解氧保持在0.5mg/L～2.0mg/L，在降解煤热解废水环状化合物过程中，当溶解氧检测装置检测到池a 20中煤热解废水的溶解氧高于设定上限2.0mg/L时，关闭鼓风机1，停止曝气；当溶解氧检测装置检测到池a 20中煤热解废水的溶解氧低于设定下限0.5mg/L时，启动鼓风机1，开始曝气。
步骤二中所述的半焦11的粒径为3mm～5mm。
二级处理煤热解废水出水通过环形出水堰18溢流出水，随着过滤层水头损失增加，测压管16水位逐渐增加，当步骤二中所述的液位传感器15检测到测压管16内的水位达到滤层上方900mm的警戒水位时，停止降解煤热解废水环状化合物，对池b 21中的半焦11进行更换，对池b 21中的半焦11进行更换按照以下步骤进行：更换滤料时，运输、起重车辆及人员在楼梯12和滤料更换平台17等候，开启活动盖板14，通过池b 21的两侧的电磁式起重滑轮装置9升起滤料支撑层7，当滤料支撑层7的底部高出池b 21的顶部后，将滤料支撑层7上的半焦11通过滤料更换平台17和楼梯12运走，将池b 21内换上新的半焦11，完成对池b21内的半焦11的更换，滤料更换过程根据更换时间选择是否停止进水。
更换下的半焦11采用工厂余热干燥，含硫量达标即可送往电厂作为燃料，如含硫量超标应脱硫后处理。磁性活性焦表面铁随生物降解过程消耗会逐渐减少，应定期向生物床中补充负载铁的活性焦，根据实验数据建议补充时间为半年一次。
活性污泥浓度在4000MLSS/L～5000mgMLSS/L，实际运行时当污泥浓度高于8000mgMLSS/L时排泥，池a 20底部设置排泥口，当所述池a 20通过池a 20底部的排泥口进行排泥时，开启电磁回收装置10保留污泥中的磁性活性焦。
图6为利用一种微氧生物处理系统处理不同浓度酚类废水的效率图，由图6可知，利用一种微氧生物处理系统处理不同浓度酚类废水，针对总酚和总有机碳的去除率均达到80％以上。
图7从左到右依次为煤热解废水、一级处理煤热解废水出水和出水管流出的完成降解煤热解废水环状化合物的水，经过煤热解废水、一级处理煤热解废水出水和出水管流出的完成降解煤热解废水环状化合物的水的对比，明显可以看出，煤热解废水经过磁改性活性焦5的吸附以及污泥-生物膜协同降解作用后，得到的一级处理煤热解废水出水澄清度有非常显著的提高，一级处理煤热解废水出水经过半焦11的吸附和过滤，再经过环形出水堰18的锯齿结构的拦截后，通过出水管13流出的水的澄清度也有很明显的提高。

Claims (10)

1.一种微氧生物处理系统，为半地下式圆柱形结构，其特征在于所述微氧生物处理系统包括微氧活性焦载体移动生物床系统、半焦过滤层系统和物料回收系统，所述微氧活性焦载体移动生物床系统位于地面(19)以下，微氧活性焦载体移动生物床系统包括鼓风机(1)、微孔气盘曝气装置(2)、进水管(3)、至少一个潜水搅拌器(4)、活性污泥、磁改性活性焦(5)、多参数水质监测器(6)和池a(20)，所述半焦过滤层系统包括滤料支撑层(7)、半焦(11)、出水管(13)、液位传感器(15)、测压管(16)、环形出水堰(18)和池b(21)，所述物料回收系统包括电磁式起重滑轮装置(9)和电磁回收装置(10)；
所述进水管(3)和微孔气盘曝气装置(2)均穿设在池a(20)的下方，且微孔气盘曝气装置(2)位于进水管(3)的下方，微孔气盘曝气装置(2)的一端与鼓风机(1)连通，潜水搅拌器(4)设置在池a(20)的底部，活性污泥和磁改性活性焦(5)分布在池a(20)中，所述滤料支撑层(7)位于池a(20)和池b(21)之间，且滤料支撑层(7)将池a(20)和池b(21)隔断，所述测压管(16)垂直穿设在滤料支撑层(7)上，滤料支撑层(7)上开设有支撑层孔洞(8)，测压管(16)的底端设置有多参数水质监测器(6)，测压管(16)的内壁上设有液位传感器(15)，所述滤料支撑层(7)的两端连接有电磁式起重滑轮装置(9)，池b(21)的底部设置有电磁回收装置(10)，池b(21)的内部分布有半焦(11)，池b(21)的顶部的外壁上沿设置有环形出水堰(18)，环形出水堰(18)上穿设有出水管(13)。
2.根据权利要求1所述的一种微氧生物处理系统，其特征在于所述物料回收系统还包括楼梯(12)、活动盖板(14)和滤料更换平台(17)，活动盖板(14)设置在所述微氧生物处理系统的顶部，楼梯(12)设置在微氧生物处理系统的一侧，楼梯(12)的顶部为滤料更换平台(17)。
3.根据权利要求1所述的一种微氧生物处理系统，其特征在于所述滤料支撑层(7)由上下层结构构成，上下层结构上均垂直开设有支撑层孔洞(8)，且上下层结构的支撑层孔洞(8)错位分布，所述环形出水堰(18)的顶部的内壁沿水平方向均布有锯齿结构。
4.根据权利要求1所述的一种微氧生物处理系统，其特征在于所述的多参数水质监测器(6)包括溶解氧、pH和氧化还原电位检测装置。
5.利用一种微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，其特征在于该方法按以下步骤完成：
一、先将煤热解废水经进水管(3)加入到池a(20)中，当煤热解废水水位超过潜水搅拌器(4)时，启动潜水搅拌器(4)，通过池b(21)的两侧的电磁式起重滑轮装置(9)提升滤料支撑层(7)至滤料支撑层(7)的底部高出池b(21)的顶部，然后将活性污泥和磁改性活性焦(5)从滤料支撑层(7)的底部与池b(21)的顶部的空隙加入到池a(20)中，待煤热解废水、活性污泥和磁改性活性焦(5)充分混合后，再启动鼓风机(1)通过微孔气盘曝气装置(2)向池a(20)中送风，煤热解废水经过磁改性活性焦(5)的吸附以及污泥-生物膜协同降解作用后，得到一级处理煤热解废水出水；测压管的底端设置的多参数水质监测器(6)对池a(20)中的煤热解废水进行实时监测；
二、一级处理煤热解废水出水通过滤料支撑层(7)的支撑层孔洞(8)进入到池b(21)中，经过半焦(11)的吸附和过滤，得到二级处理煤热解废水出水；当水位超过池b(21)的上沿后，二级处理煤热解废水出水进入到环形出水堰(18)中，二级处理煤热解废水出水经过环形出水堰(18)的锯齿结构的拦截后，通过出水管(13)流出，完成降解煤热解废水环状化合物，测压管(16)的内壁设置的液位传感器(15)对测压管(16)内的水位进行监测。
6.根据权利要求5所述的利用微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，其特征在于步骤一中所述的磁改性活性焦(5)按以下步骤制备：
(1)先将半焦(11)粉碎，然后在氮气氛围下加热至400℃～800℃，并在400℃～800℃下活化6h～24h，活化后冷却至室温，再利用自来水和酒精进行浮选，最后烘干，得到密度为0.8g/cm3～1.0g/cm3的活性焦颗粒；
(2)在经氮气曝气饱和的无氧水中，分别加入活性焦、三氯化铁和硫酸亚铁，然后在氮气氛围下加热至40℃～50℃，并在40℃～50℃下、以100r/min～200r/min的搅拌速度搅拌6h～12h，再加入100mL～200mL、15mol/L氨水，在氮气氛围下加热至50℃～70℃振荡12h～24h，得到磁改性活性焦(5)，所述活性焦与三氯化铁的质量比为5:27，活性焦与硫酸亚铁的质量比为5:13.9。
7.根据权利要求5所述的利用微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，其特征在于步骤一中所述的磁改性活性焦(5)中铁元素的质量分数为5％～10％，步骤二中所述的半焦(11)的粒径为3mm～5mm。
8.根据权利要求5所述的利用微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，其特征在于步骤一中所述的多参数水质监测器(6)包括溶解氧、pH和氧化还原电位检测装置，在降解煤热解废水环状化合物过程中，当溶解氧检测装置检测到池a(20)中煤热解废水的溶解氧高于设定上限2.0mg/L时，关闭鼓风机(1)，停止曝气；当溶解氧检测装置检测到池a(20)中煤热解废水的溶解氧低于设定下限0.5mg/L时，启动鼓风机(1)，开始曝气。
9.根据权利要求5所述的利用微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，其特征在于当步骤二中所述的液位传感器(15)检测到测压管(16)内的水位超过设定值时，停止降解煤热解废水环状化合物，对池b(21)中的半焦(11)进行更换，对池b(21)中的半焦(11)进行更换按照以下步骤进行：打开活动盖板(14)，通过池b(21)的两侧的电磁式起重滑轮装置(9)升起滤料支撑层(7)，当滤料支撑层(7)的底部高出池b(21)的顶部后，将滤料支撑层(7)上的半焦(11)通过滤料更换平台(17)和楼梯(12)运走，将池b(21)内换上新的半焦(11)，完成对池b(21)内的半焦(11)的更换。
10.根据权利要求5所述的利用微氧生物处理系统降解煤热解废水环状化合物的方法，其特征在于当所述池a(20)通过池a(20)底部的排泥口进行排泥时，启动电磁回收装置(10)。
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