[发明专利]磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置及运行方法

权利要求书

1.一种磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置，其特征在于：装置包括上流式厌氧生物反应器筒体和生物电极系统，所述的上流式厌氧生物反应器筒体（12）内部从下往上依次设置布水板（3）、污泥床（7）和三相分离器（13），所述的上流式厌氧生物反应器筒体（12）底部经进水管道与进水泵（2）相连；在上流式厌氧生物反应器筒体(12)上部，气体经过三相分离器(13)后通过水封瓶（15）进入湿式气体流量计（16）；三相分离器(13)顶部设有溢流堰(14)，三相分离器（13）分离的反应器出水经溢流堰（14）外排并由废液桶（20）接收；所述的污泥床（7）中投加有磁铁矿纳米粒子的厌氧活性污泥，磁铁矿纳米粒子呈球形，平均粒径20-100nm；

所述的生物电极系统包括一对环形生物电极、直流电源（11）、导电铜线（9）、万用表（10）；所述的环形生物电极位于污泥床（7）内，包括生物阴极（5）和生物阳极（6），环形生物电极通过圆筒形内构件（8）置于反应器筒体内，并由圆筒底部的小圆柱（4）稳固支撑于布水板（3）上；生物电极通过铜导线（9）经与外部的直流电源（11）相连。

2.如权利要求1所述的磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置，其特征在于：所述的生物阳极（6）为石墨纤维刷阳极，所述的生物阴极（5）为石墨毡阴极，其中石墨纤维刷嵌入圆筒形内构件中心，石墨毡环绕在圆筒型支架上并用2mm钛丝捆绑固定，圆筒形内构件的外径和反应器筒体内径大小相等。

3.如权利要求2所述的磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置，其特征在于：所述的石墨纤维刷是由160K碳纤维和直径1.5mm的钛丝按照螺旋状试管刷样式制成，直径2cm，长度14cm。

4.如权利要求1所述的磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置，其特征在于：所述的筒体（12）侧壁中设有供热水循环的空腔，该空腔通过热水循环泵（17）与热水浴箱（19）相连形成循环回路，热水浴箱（19）中设有加热棒（18），水浴循环装置维持反应装置内的温度恒定，保证厌氧生物反应装置稳定高效运行。

5.如权利要求1所述的磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置，其特征在于：所述的磁铁矿纳米粒子的制备方法如下：用去氧超纯水配置0.3molL^-1的H₂SO₄溶液200mL，加入6.4gFe₂(SO₄)₃·xH₂O和4.45gFeSO₄·7H₂O搅拌溶解，然后将混合溶液滴加入250mL，1.5mmolL^-1氢氧化钠溶液中，同时搅拌使其充分反应，利用磁铁加速悬浊液分离，然后倒掉上清液，用去氧超纯水清洗黑色沉淀并4000rpm离心，此操作重复三次，最终，将黑色沉淀加入0.25L去氧超纯水中形成磁铁矿胶体溶液。

6.一种权利要求1所述磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置的运行方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1）反应器接种污泥前，向活性污泥中投加磁铁矿纳米粒子，搅拌混匀；所述的磁铁矿纳米粒子投加后终浓度3gL^-1，磁铁矿纳米粒子呈球形，平均粒径30-100nm；

2）在生物电极耦合型UASB反应器中接种步骤1）得到的混合污泥；

3）把进水COD浓度从800mgL^-1逐渐上升至5000mgL^-1，进水pH调节至6.8-7.2，温度控制在33±2℃，水力停留时间为24h。