CN117023797A - 一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法及其装置，方法包括以下步骤：S1、磁性生物炭制备；S2、磁性生物炭初步降解；S3、磁性生物炭滤渣回用；S4、深度处理；装置包括处理池，以及贯穿处理池中部的转动组件；处理池一侧通过L型隔板隔开设有厌氧仓，位于厌氧仓一侧的处理池内部依次设有第一好氧仓和第二好氧。本发明以玉米苞叶为原料，优化调整了加入的FeCl3溶液的比例，通过先浸渍后热解的方法制得磁性生物炭，对于废水中的四环素具有良好的去除效果，同时对废水中TOC具有一定的去除率。通过3个过滤桶能够实现不同功能，完成不同阶段磁性生物炭滤渣的回收，装置一体化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及水污染处理技术领域，具体是涉及一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法及其装置。
背景技术
四环素类抗生素是由放线菌产生的一类广谱抗生素，包括金霉素、土霉素、四环素及半合成衍生物甲烯土霉素、强力霉素、二甲胺基四环素等，其结构均含并四苯基本骨架。与其他种类的抗生素相比，四环素类抗生素的生产量与使用量在牲畜、家禽养殖中均为世界第一位，其中盐酸四环素(TC)是广泛使用的四环素类广谱抗生素。
四环素类抗生素在酸性和碱性条件下均不稳定，四环素类药物中含有许多羟基、烯醇羟基及羰基，在中性条件下能与多种金属离子形成不溶性螯合物。与钙或镁离子形成不溶性的钙盐或镁盐，与铁离子形成红色络合物，与铝离子形成黄色络合物。同时，盐酸四环素不能被生物体完全吸收，约有30～90％的盐酸四环素以母体化合物或代谢中间体的形式随排泄物排放进入土壤、水体，对环境和人体健康具有巨大的潜在威胁。
类Fenton氧化法在水处理方面具有诸多优势，该方法能去除生物技术和传统化学法难以去除的高稳定性污染物，其反应活性高、反应条件温和、操作简便且成本低。因此也被用于处理水环境中的盐酸四环素，但是传统的类Fenton氧化法处理效果有待进一步提升。
例如，专利CN113426446A公开一种以中性氧化铝为载体的非均相Fenton催化剂及其制备方法和应用，非均相类Fenton催化剂由氧化铝载体和负载于载体上的CuOx构成；该催化剂比表面积为133.1m2/g，孔容为0.177cc/g，孔径主要分布在3.3nm～5.1nm之间。该类Fenton催化剂制备方法包括：S1氧化铝的敏化；S2氧化铝的活化；S3通过化学镀工艺在活化后氧化铝表面负载铜；S4将负载了铜的氧化铝材料在700℃下煅烧2h；该类Fenton催化剂具体应用于降解四环素废水。该专利首次以中性氧化铝粉末为载体，通过化学镀煅烧法合成CuOx/Al2O3复合材料，操作简单。制备出的催化剂处理四环素废水效果显著，且离子浸出浓度低，可以重复多次使用。但是，该专利并未对该类Fenton催化剂的重复使用及回收过程进行优化限定。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法及其装置。
本发明的技术方案是：
一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法，包括以下步骤：
S1、磁性生物炭制备：取玉米苞叶清洗后，破碎成1～2cm2大小，烘干粉碎过30～40目筛，得到玉米苞叶粉末，将玉米苞叶粉末置于摩尔浓度为1.5～2mol/L的FeCl3溶液中，其中玉米苞叶粉末与FeCl3溶液中六水合三氯化铁的质量比为1：2，再加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后置于摇床中在30～35℃、160～180rpm条件下浸渍2h，再次加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后水浴静置0.5～1h，冷却至室温后过滤得到固体沉淀，将固体沉淀使用去离子水洗涤至pH为6～7，干燥后置于马弗炉中，通入氮气并在300～330℃下热解1h，取出干燥得到磁性生物炭；
S2、磁性生物炭初步降解：将含有四环素的废水通入处理池中，向废水池中加入磁性生物炭，在厌氧条件下进行搅拌反应，并每隔2h收集一次反应后的磁性生物炭滤渣，并补充等量的磁性生物炭，保持处理池中磁性生物炭相对于废水的加入量为3～15g/L；
S3、磁性生物炭滤渣回用：将收集到的磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3～4次，干燥后作为回用磁性生物炭，并将回用磁性生物炭置于处理池中，在好氧条件下与初步降解后的废水混合搅拌进行二次处理，同时每隔6h将二次处理后得到的回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
S4、深度处理：将取出的回用磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3～4次，干燥后作为二次回用磁性生物炭，并将二次回用磁性生物炭置于处理池中，在好氧条件下与二次处理后的废水混合搅拌进行深度处理，同时每隔4h将深度处理后得到的二次回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次。
进一步地，步骤S1中FeCl3溶液的制备方法为：取2.5g六水合三氯化铁加入到10mL质量浓度37％的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，再加入35～40mL蒸馏水，继续搅拌10～15min得到FeCl3溶液。
说明：通过优化FeCl3溶液的制备方法使其与玉米苞叶粉末能够更好地溶解。
进一步地，所述步骤S1中水浴静置的温度为70℃，室温温度为25～27℃，干燥的温度为40～45℃。
说明：水浴静置温度、室温温度及干燥温度均符合实验要求。
进一步地，所述步骤S2、S3和S4中搅拌转速均为40～60rpm，步骤S3和S4中干燥温度均为40～45℃。
说明：通过优化搅拌转速从而使磁性生物炭对废水中的四环素处理效果达到最优。
上述任意一项所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法所用的装置，包括处理池，以及贯穿所述处理池中部的转动组件；
所述处理池一侧通过L型隔板隔开设有厌氧仓，位于所述厌氧仓一侧的处理池内部依次设有第一好氧仓和第二好氧仓，所述第一好氧仓和第二好氧仓之间设有挡板，厌氧仓中部设有密封板，所述密封板顶部设有增压泵，所述L型隔板底部设有过滤网板，所述过滤网板底部延伸至处理池底部设有的收集槽内，所述挡板上部设有溢流孔；
所述转动组件包括位于所述第二好氧仓所在一侧的处理池侧壁上的驱动电机，所述驱动电机的输出轴依次贯穿处理池侧壁、所述挡板、所述L型隔板后末端与厌氧仓所在一侧的处理池侧壁转动连接，处理池外侧壁对应输出轴末端设有送料管，输出轴位于厌氧仓内的末端外部周向等间距设有若干个扇叶，厌氧仓内侧壁上设有进水泵，所述进水泵的输水管对应所述扇叶所在一侧用于冲击扇叶，位于扇叶后侧的输出轴上设有第一过滤桶，所述第一过滤桶内部装有磁性生物炭且第一过滤桶与输出轴同步转动；
所述第一好氧仓和第二好氧仓内部分别设有第二过滤桶和第三过滤桶，所述第二过滤桶和第三过滤桶内中部为中空设置用于使所述输出轴通过，第二过滤桶两侧壁上部各设有一个固定杆与所述L型隔板和所述挡板固定连接，第三过滤桶侧壁上部各设有一个固定杆与挡板和第二好氧仓内壁固定连接，第二过滤桶和第三过滤桶外壁转动连接设有用于放置回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭的U型盒，所述U型盒内外侧壁均设有通孔。
更进一步地，所述输出轴与所述处理池的两侧壁、所述挡板、所述L型隔板的连接处均设有转动环，对应所述转动环的处理池的两侧壁、挡板、L型隔板内部均设有与转动环转动且密封连接的转动槽，所述送料管贯穿所述厌氧仓所在一侧的处理池侧壁后延伸至输出轴以及第一过滤桶内部，送料管与处理池侧壁的转动环之间设有密封圈。
说明：通过输出轴与处理池的两侧壁、挡板、L型隔板的转动且密封连接实现输出轴的整体控制，同时保证了密封性以及在运转时的整体结构稳定性。
更进一步地，所述扇叶个数为6个，所述第一过滤桶的外壁设有孔径0.3mm的通孔，所述第二过滤桶的外壁设有孔径0.2mm的通孔，与第二过滤桶连接的所述U型盒的通孔孔径为0.2mm，所述第三过滤桶的外壁设有孔径0.15mm的通孔，与第三过滤桶连接的U型盒的通孔孔径为0.15mm。
说明：通过优化各个过滤桶的孔径能够实现磁性生物炭与废水的充分接触，从而提高对废水中四环素的处理效果，便于在使用后进行回收，避免第一过滤桶内的磁性生物炭掉落速度过快，同时避免了第二过滤桶和第三过滤桶中回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭溢出。
进一步地，所述第二过滤桶和第三过滤桶外壁中部均设有圆环形的导轨，所述导轨两侧壁均设有导槽，所述U型盒内壁中部设有凹槽，所述凹槽内壁两侧各设有一组导轮组，两组所述导轮组分别与导轨两侧壁的导槽对应滑动连接，用于使U型盒绕第二过滤桶和第三过滤桶外壁滑动，所述处理池后侧壁上设有两个电动卷扬机，所述电动卷扬机的输出钢丝绳绕过处理池顶部后与U型盒的外端顶部固定连接，U型盒内端侧壁顶部设有用于取放更换回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭的开口。
说明：通过U型盒的设置能够实现快速更换第二过滤桶和第三过滤桶中的回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭，配合电动卷扬机以及导轨的设置能够实现U型盒的滑动使第二过滤桶和第三过滤桶中的回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭堆积在开口处，从而便于工作人员回收。
优选地，所述导轮组包括6～8个导轮，所述导轮通过转轴与所述凹槽内壁转动连接，所述输出轴对应所述第二过滤桶和第三过滤桶所在位置处的外部设有搅拌杆组，所述搅拌杆组包括若干个等间距设置的搅拌杆，每个搅拌杆包括周向等间距设置的若干个分支杆，所述分支杆延伸至第二过滤桶和第三过滤桶内壁一侧。
说明：通过导轮以及转轴的设置能够实现U型盒在滑动过程中的稳定以及最大程度节省了电动卷扬机所需的拉力，通过搅拌杆组的设置能够实现对第二过滤桶和第三过滤桶内部废水的搅拌。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法以玉米苞叶为原料，优化调整了加入的FeCl3溶液的比例，通过先浸渍后热解的方法制得磁性生物炭，对于废水中的四环素具有良好的去除效果，同时对废水中TOC具有一定的去除率。
(2)本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置以本发明的方法步骤为基础，设计了能够将多级磁性生物炭滤渣同步回用的装置，通过驱动电机驱动输出轴转动完成磁性生物炭与废水的充分接触，通过3个过滤桶能够实现不同功能，完成不同阶段磁性生物炭滤渣的回收，装置一体化程度高，仅通过一个输出轴即可实现厌氧仓和两个好氧仓的搅拌工作，方便工作人员操作使用，对磁性生物炭滤渣的回收率高，并且可直接搭载在现有的废水处理装置的厌氧池和好氧池中使用，提高原有废水处理装置的功能多样性。
(3)本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置通过输出轴与处理池的两侧壁、挡板、L型隔板的转动且密封连接实现输出轴的整体控制，同时保证了密封性以及在运转时的整体结构稳定性；通过优化各个过滤桶的孔径能够实现磁性生物炭与废水的充分接触，从而提高对废水中四环素的处理效果，便于在使用后进行回收，避免第一过滤桶内的磁性生物炭掉落速度过快，同时避免了第二过滤桶和第三过滤桶中回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭溢出。
(4)本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置通过U型盒的设置能够实现快速更换第二过滤桶和第三过滤桶中的回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭，配合电动卷扬机以及导轨的设置能够实现U型盒的滑动使第二过滤桶和第三过滤桶中的回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭堆积在开口处，从而便于工作人员回收；通过导轮以及转轴的设置能够实现U型盒在滑动过程中的稳定以及最大程度节省了电动卷扬机所需的拉力，通过搅拌杆组的设置能够实现对第二过滤桶和第三过滤桶内部废水的搅拌。
附图说明
图1是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置整体结构示意图；
图2是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置底部斜向上视角的结构示意图；
图3是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置内部结构主视图；
图4是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置厌氧仓处的内部结构侧视图；
图5是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置送料管与输出轴、输出轴与处理池连接处内部结构示意图；
图6是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置U型盒内部凹槽及导轮组结构示意图；
图7是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置第二好氧仓内部结构侧视图；
图8是本发明的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置中当电动卷扬机拉动输出钢丝绳时的第二好氧仓内部U型槽位置结构示意图。
其中，1-处理池，11-厌氧仓，111-转动槽，12-L型隔板，13-第一好氧仓，14-第二好氧仓，15-挡板，151-溢流孔，16-密封板，17-增压泵，18-过滤网板，19-收集槽，2-驱动电机，21-输出轴，22-扇叶，23-转动环，24-搅拌杆组，25-分支杆，3-送料管，31-密封圈，4-进水泵，41-输水管，5-第一过滤桶，6-第二过滤桶，61-固定杆，7-第三过滤桶，71-导轨，72-导槽，8-U型盒，81-凹槽，82-导轮组，83-开口，9-电动卷扬机，91-输出钢丝绳。
具体实施方式
实施例1
一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法，包括以下步骤：
S1、磁性生物炭制备：取玉米苞叶清洗后，破碎成1.5cm2大小，烘干粉碎过35目筛，得到玉米苞叶粉末，将玉米苞叶粉末置于摩尔浓度为1.8mol/L的FeCl3溶液中，其中玉米苞叶粉末与FeCl3溶液中六水合三氯化铁的质量比为1：2，再加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后置于摇床中在32℃、170rpm条件下浸渍2h，再次加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后水浴静置1h，冷却至室温后过滤得到固体沉淀，将固体沉淀使用去离子水洗涤至pH为7，干燥后置于马弗炉中，通入氮气并在310℃下热解1h，取出干燥得到磁性生物炭；
水浴静置的温度为70℃，室温温度为26℃，干燥的温度为42℃；
FeCl3溶液的制备方法为：取2.5g六水合三氯化铁加入到10mL质量浓度37％的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，再加入37mL蒸馏水，继续搅拌12min得到FeCl3溶液；
S2、磁性生物炭初步降解：将含有四环素的废水通入处理池1中，向废水池中加入磁性生物炭，在厌氧条件下进行搅拌反应，并每隔2h收集一次反应后的磁性生物炭滤渣，并补充等量的磁性生物炭，保持处理池1中磁性生物炭相对于废水的加入量为10g/L；
S3、磁性生物炭滤渣回用：将收集到的磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3次，干燥后作为回用磁性生物炭，并将回用磁性生物炭置于处理池1中，在好氧条件下与初步降解后的废水混合搅拌进行二次处理，同时每隔6h将二次处理后得到的回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
S4、深度处理：将取出的回用磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3次，干燥后作为二次回用磁性生物炭，并将二次回用磁性生物炭置于处理池1中，在好氧条件下与二次处理后的废水混合搅拌进行深度处理，同时每隔4h将深度处理后得到的二次回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
步骤S2、S3和S4中搅拌转速均为50rpm，步骤S3和S4中干燥温度均为42℃。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：具体参数设置不同。
S1、磁性生物炭制备：取玉米苞叶清洗后，破碎成1cm2大小，烘干粉碎过30目筛，得到玉米苞叶粉末，将玉米苞叶粉末置于摩尔浓度为1.5mol/L的FeCl3溶液中，其中玉米苞叶粉末与FeCl3溶液中六水合三氯化铁的质量比为1：2，再加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后置于摇床中在30℃、160rpm条件下浸渍2h，再次加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后水浴静置0.5h，冷却至室温后过滤得到固体沉淀，将固体沉淀使用去离子水洗涤至pH为6，干燥后置于马弗炉中，通入氮气并在300℃下热解1h，取出干燥得到磁性生物炭；
水浴静置的温度为70℃，室温温度为25℃，干燥的温度为40℃；
FeCl3溶液的制备方法为：取2.5g六水合三氯化铁加入到10mL质量浓度37％的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，再加入35mL蒸馏水，继续搅拌10min得到FeCl3溶液；
S2、磁性生物炭初步降解：将含有四环素的废水通入处理池1中，向废水池中加入磁性生物炭，在厌氧条件下进行搅拌反应，并每隔2h收集一次反应后的磁性生物炭滤渣，并补充等量的磁性生物炭，保持处理池1中磁性生物炭相对于废水的加入量为3g/L；
S3、磁性生物炭滤渣回用：将收集到的磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3次，干燥后作为回用磁性生物炭，并将回用磁性生物炭置于处理池1中，在好氧条件下与初步降解后的废水混合搅拌进行二次处理，同时每隔6h将二次处理后得到的回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
S4、深度处理：将取出的回用磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3次，干燥后作为二次回用磁性生物炭，并将二次回用磁性生物炭置于处理池1中，在好氧条件下与二次处理后的废水混合搅拌进行深度处理，同时每隔4h将深度处理后得到的二次回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
步骤S2、S3和S4中搅拌转速均为40rpm，步骤S3和S4中干燥温度均为40℃。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：具体参数设置不同。
S1、磁性生物炭制备：取玉米苞叶清洗后，破碎成2cm2大小，烘干粉碎过40目筛，得到玉米苞叶粉末，将玉米苞叶粉末置于摩尔浓度为2mol/L的FeCl3溶液中，其中玉米苞叶粉末与FeCl3溶液中六水合三氯化铁的质量比为1：2，再加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后置于摇床中在35℃、180rpm条件下浸渍2h，再次加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后水浴静置1h，冷却至室温后过滤得到固体沉淀，将固体沉淀使用去离子水洗涤至pH为7，干燥后置于马弗炉中，通入氮气并在330℃下热解1h，取出干燥得到磁性生物炭；
水浴静置的温度为70℃，室温温度为27℃，干燥的温度为45℃；
FeCl3溶液的制备方法为：取2.5g六水合三氯化铁加入到10mL质量浓度37％的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，再加入40mL蒸馏水，继续搅拌15min得到FeCl3溶液；
S2、磁性生物炭初步降解：将含有四环素的废水通入处理池1中，向废水池中加入磁性生物炭，在厌氧条件下进行搅拌反应，并每隔2h收集一次反应后的磁性生物炭滤渣，并补充等量的磁性生物炭，保持处理池1中磁性生物炭相对于废水的加入量为15g/L；
S3、磁性生物炭滤渣回用：将收集到的磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤4次，干燥后作为回用磁性生物炭，并将回用磁性生物炭置于处理池1中，在好氧条件下与初步降解后的废水混合搅拌进行二次处理，同时每隔6h将二次处理后得到的回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
S4、深度处理：将取出的回用磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤4次，干燥后作为二次回用磁性生物炭，并将二次回用磁性生物炭置于处理池1中，在好氧条件下与二次处理后的废水混合搅拌进行深度处理，同时每隔4h将深度处理后得到的二次回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
步骤S2、S3和S4中搅拌转速均为60rpm，步骤S3和S4中干燥温度均为45℃。
实施例4
本实施例是实施例1中的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法进行水中四环素去除的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置，如图1所示，包括处理池1，以及贯穿处理池1中部的转动组件；
如图1所示，处理池1一侧通过L型隔板12隔开设有厌氧仓11，位于厌氧仓11一侧的处理池1内部依次设有第一好氧仓13和第二好氧仓14，第一好氧仓13和第二好氧仓14之间设有挡板15，厌氧仓11中部设有密封板16，密封板16顶部设有增压泵17，L型隔板12底部设有过滤网板18，过滤网板18底部延伸至处理池1底部设有的收集槽19内，挡板15上部设有溢流孔151；
如图2～5所示，转动组件包括位于第二好氧仓14所在一侧的处理池1侧壁上的驱动电机2，驱动电机2为市售产品，驱动电机2的输出轴21依次贯穿处理池1侧壁、挡板15、L型隔板12后末端与厌氧仓11所在一侧的处理池1侧壁转动连接，输出轴21与处理池1的两侧壁、挡板15、L型隔板12的连接处均设有转动环23，对应转动环23的处理池1的两侧壁、挡板15、L型隔板12内部均设有与转动环23转动且密封连接的转动槽111，送料管3贯穿厌氧仓11所在一侧的处理池1侧壁后延伸至输出轴21以及第一过滤桶5内部，送料管3与处理池1侧壁的转动环23之间设有密封圈31，处理池1外侧壁对应输出轴21末端设有送料管3，输出轴21位于厌氧仓11内的末端外部周向等间距设有6个扇叶22，厌氧仓11内侧壁上设有进水泵4，进水泵4的输水管41对应扇叶22所在一侧用于冲击扇叶22，位于扇叶22后侧的输出轴21上设有第一过滤桶5，第一过滤桶5内部装有磁性生物炭且第一过滤桶5与输出轴21同步转动；
如图1、3、7所示，第一好氧仓13和第二好氧仓14内部分别设有第二过滤桶6和第三过滤桶7，第二过滤桶6和第三过滤桶7内中部为中空设置用于使输出轴21通过，第二过滤桶6两侧壁上部各设有一个固定杆61与L型隔板12和挡板15固定连接，第三过滤桶7侧壁上部各设有一个固定杆61与挡板15和第二好氧仓14内壁固定连接，第二过滤桶6和第三过滤桶7外壁转动连接设有用于放置回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭的U型盒8，U型盒8内外侧壁均设有通孔；
如图5、6所示，第一过滤桶5的外壁设有孔径0.3mm的通孔，第二过滤桶6的外壁设有孔径0.2mm的通孔，与第二过滤桶6连接的U型盒8的通孔孔径为0.2mm，第三过滤桶7的外壁设有孔径0.15mm的通孔，与第三过滤桶7连接的U型盒8的通孔孔径为0.15mm；
如图1、6、7、8所示，第二过滤桶6和第三过滤桶7外壁中部均设有圆环形的导轨71，导轨71两侧壁均设有导槽72，U型盒8内壁中部设有凹槽81，凹槽81内壁两侧各设有一组导轮组82，两组导轮组82分别与导轨71两侧壁的导槽72对应滑动连接，用于使U型盒8绕第二过滤桶6和第三过滤桶7外壁滑动，处理池1后侧壁上设有两个电动卷扬机9，电动卷扬机9为市售产品，电动卷扬机9的输出钢丝绳91绕过处理池1顶部后与U型盒8的外端顶部固定连接，U型盒8内端侧壁顶部设有用于取放更换回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭的开口83，导轮组82包括7个导轮821，导轮821通过转轴822与凹槽81内壁转动连接，所述输出轴21对应第二过滤桶6和第三过滤桶7所在位置处的外部设有搅拌杆组24，搅拌杆组24包括若干个等间距设置的搅拌杆，每个搅拌杆包括周向等间距设置的若干个分支杆25，分支杆25延伸至第二过滤桶6和第三过滤桶7内壁一侧。
实施例5
本实施例与实施例4不同之处在于：
输出轴21位于厌氧仓11内的末端外部周向等间距设有8个扇叶22，导轮组82包括6个导轮821。
实施例6
本实施例与实施例4不同之处在于：
输出轴21位于厌氧仓11内的末端外部周向等间距设有5个扇叶22，导轮组82包括8个导轮821。
工作原理：下面结合本发明的方法对本发明的装置工作原理进行详细说明。
以实施例1为例，在使用时，当进行步骤S2时，通过送料管3向第一过滤桶5内部输磁性生物炭，使第一过滤桶5内部磁性生物炭加入的量保持在10g/L废水，开启驱动电机2带动输出轴21转动，输出轴21转动时带动第一过滤桶5转动从而实现第一过滤桶5内部磁性生物炭反转即起到搅拌的目的，搅拌转速为50rpm，同时通过进水泵4输送废水，废水由输水管41喷出，对扇叶22起到辅助转动的效果，每隔一段时间开启增压泵17将反应后的废水输送至厌氧仓11底部，反应一段时间后的磁性生物炭通过第一过滤桶5的通孔漏出，随废水落入厌氧仓11底部，废水经过滤网板18进入第一好氧仓13，磁性生物炭滤渣则落入收集槽19，有工作人员定期收集；
当进行步骤S3时，将收集到的磁性生物炭滤渣处理得到的回用磁性生物炭通过开口83加入到U型槽81中，随后将U型槽81下放通过导轮组82沿导轨71的导槽72滑动至第二过滤桶6底部，当废水液位达到第二过滤桶6中部时，通过输出轴21转动带动搅拌杆组24转动，促进废水进入第二过滤桶6以及U型盒8内部，使U型盒8内部的回用磁性生物炭与废水充分接触反应，反应6h后回用磁性生物炭变为滤渣，需取出全部更换一次，此时开启电动卷扬机9使其通过输出钢丝绳91带动U型盒8向上逆时针滑动，在此过程中U型盒8内部的回用磁性生物炭滤渣在重力作用下均向开口83所在一侧聚集，直至U型盒8由图7中状态变为图8中状态，再由工作人员打开开口83将回用磁性生物炭滤渣更换即可，在此过程中有很小一部分回用磁性生物炭变为滤渣溢出第二过滤桶6落入收集槽19内，将其与磁性生物炭滤渣同步收集即可；
当进行步骤S4时，将取出的回用磁性生物炭滤渣处理得到二次回用磁性生物炭，通过开口83加入到U型槽81中，随后将U型槽81下放通过导轮组82沿导轨71的导槽72滑动至第三过滤桶7底部，当废水液位达到第三过滤桶7中部时，通过输出轴21转动带动搅拌杆组24转动，促进废水进入第三过滤桶7以及U型盒8内部，使U型盒8内部的二次回用磁性生物炭与废水充分接触反应，反应4h后二次回用磁性生物炭变为滤渣，需取出全部更换一次，此时开启电动卷扬机9使其通过输出钢丝绳91带动U型盒8向上逆时针滑动，在此过程中U型盒8内部的二次回用磁性生物炭滤渣在重力作用下均向开口83所在一侧聚集，直至U型盒8由图7中状态变为图8中状态，再由工作人员打开开口83将二次回用磁性生物炭滤渣更换即可。
Claims (9)
1.一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、磁性生物炭制备：取玉米苞叶清洗后，破碎成1～2cm2大小，烘干粉碎过30～40目筛，得到玉米苞叶粉末，将玉米苞叶粉末置于摩尔浓度为1.5～2mol/L的FeCl3溶液中，其中玉米苞叶粉末与FeCl3溶液中六水合三氯化铁的质量比为1：2，再加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后置于摇床中在30～35℃、160～180rpm条件下浸渍2h，再次加入饱和的NaOH溶液调节pH至10，随后水浴静置0.5～1h，冷却至室温后过滤得到固体沉淀，将固体沉淀使用去离子水洗涤至pH为6～7，干燥后置于马弗炉中，通入氮气并在300～330℃下热解1h，取出干燥得到磁性生物炭；
S2、磁性生物炭初步降解：将含有四环素的废水通入处理池(1)中，向废水池中加入磁性生物炭，在厌氧条件下进行搅拌反应，并每隔2h收集一次反应后的磁性生物炭滤渣，并补充等量的磁性生物炭，保持处理池(1)中磁性生物炭相对于废水的加入量为3～15g/L；
S3、磁性生物炭滤渣回用：将收集到的磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3～4次，干燥后作为回用磁性生物炭，并将回用磁性生物炭置于处理池(1)中，在好氧条件下与初步降解后的废水混合搅拌进行二次处理，同时每隔6h将二次处理后得到的回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次；
S4、深度处理：将取出的回用磁性生物炭滤渣使用去离子水洗涤3～4次，干燥后作为二次回用磁性生物炭，并将二次回用磁性生物炭置于处理池(1)中，在好氧条件下与二次处理后的废水混合搅拌进行深度处理，同时每隔4h将深度处理后得到的二次回用磁性生物炭滤渣取出全部更换一次。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法，其特征在于，步骤S1中FeCl3溶液的制备方法为：取2.5g六水合三氯化铁加入到10mL质量浓度37％的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，再加入35～40mL蒸馏水，继续搅拌10～15min得到FeCl3溶液。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法，其特征在于，所述步骤S1中水浴静置的温度为70℃，室温温度为25～27℃，干燥的温度为40～45℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法，其特征在于，所述步骤S2、S3和S4中搅拌转速均为40～60rpm，步骤S3和S4中干燥温度均为40～45℃。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的方法所用的装置，其特征在于，包括处理池(1)，以及贯穿所述处理池(1)中部的转动组件；
所述处理池(1)一侧通过L型隔板(12)隔开设有厌氧仓(11)，位于所述厌氧仓(11)一侧的处理池(1)内部依次设有第一好氧仓(13)和第二好氧仓(14)，所述第一好氧仓(13)和第二好氧仓(14)之间设有挡板(15)，厌氧仓(11)中部设有密封板(16)，所述密封板(16)顶部设有增压泵(17)，所述L型隔板(12)底部设有过滤网板(18)，所述过滤网板(18)底部延伸至处理池(1)底部设有的收集槽(19)内，所述挡板(15)上部设有溢流孔(151)；
所述转动组件包括位于所述第二好氧仓(14)所在一侧的处理池(1)侧壁上的驱动电机(2)，所述驱动电机(2)的输出轴(21)依次贯穿处理池(1)侧壁、所述挡板(15)、所述L型隔板(12)后末端与厌氧仓(11)所在一侧的处理池(1)侧壁转动连接，处理池(1)外侧壁对应输出轴(21)末端设有送料管(3)，输出轴(21)位于厌氧仓(11)内的末端外部周向等间距设有若干个扇叶(22)，厌氧仓(11)内侧壁上设有进水泵(4)，所述进水泵(4)的输水管(41)对应所述扇叶(22)所在一侧用于冲击扇叶(22)，位于扇叶(22)后侧的输出轴(21)上设有第一过滤桶(5)，所述第一过滤桶(5)内部装有磁性生物炭且第一过滤桶(5)与输出轴(21)同步转动；
所述第一好氧仓(13)和第二好氧仓(14)内部分别设有第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)，所述第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)内中部为中空设置用于使所述输出轴(21)通过，第二过滤桶(6)两侧壁上部各设有一个固定杆(61)与所述L型隔板(12)和所述挡板(15)固定连接，第三过滤桶(7)侧壁上部各设有一个固定杆(61)与挡板(15)和第二好氧仓(14)内壁固定连接，第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)外壁转动连接设有用于放置回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭的U型盒(8)，所述U型盒(8)内外侧壁均设有通孔。
6.根据权利要求5所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置，其特征在于，所述输出轴(21)与所述处理池(1)的两侧壁、所述挡板(15)、所述L型隔板(12)的连接处均设有转动环(23)，对应所述转动环(23)的处理池(1)的两侧壁、挡板(15)、L型隔板(12)内部均设有与转动环(23)转动且密封连接的转动槽(111)，所述送料管(3)贯穿所述厌氧仓(11)所在一侧的处理池(1)侧壁后延伸至输出轴(21)以及第一过滤桶(5)内部，送料管(3)与处理池(1)侧壁的转动环(23)之间设有密封圈(31)。
7.根据权利要求5所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置，其特征在于，所述扇叶(22)个数为6个，所述第一过滤桶(5)的外壁设有孔径0.3mm的通孔，所述第二过滤桶(6)的外壁设有孔径0.2mm的通孔，与第二过滤桶(6)连接的所述U型盒(8)的通孔孔径为0.2mm，所述第三过滤桶(7)的外壁设有孔径0.15mm的通孔，与第三过滤桶(7)连接的U型盒(8)的通孔孔径为0.15mm。
8.根据权利要求5所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置，其特征在于，所述第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)外壁中部均设有圆环形的导轨(71)，所述导轨(71)两侧壁均设有导槽(72)，所述U型盒(8)内壁中部设有凹槽(81)，所述凹槽(81)内壁两侧各设有一组导轮组(82)，两组所述导轮组(82)分别与导轨(71)两侧壁的导槽(72)对应滑动连接，用于使U型盒(8)绕第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)外壁滑动，所述处理池(1)后侧壁上设有两个电动卷扬机(9)，所述电动卷扬机(9)的输出钢丝绳(91)绕过处理池(1)顶部后与U型盒(8)的外端顶部固定连接，U型盒(8)内端侧壁顶部设有用于取放更换回用磁性生物炭和二次回用磁性生物炭的开口(83)。
9.根据权利要求8所述的一种基于磁性生物炭去除水中四环素的装置，其特征在于，所述导轮组(82)包括6～8个导轮(821)，所述导轮(821)通过转轴(822)与所述凹槽(81)内壁转动连接，所述输出轴(21)对应所述第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)所在位置处的外部设有搅拌杆组(24)，所述搅拌杆组(24)包括若干个等间距设置的搅拌杆，每个搅拌杆包括周向等间距设置的若干个分支杆(25)，所述分支杆(25)延伸至第二过滤桶(6)和第三过滤桶(7)内壁一侧。
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