本发明涉及废水处理工艺技术领域，具体涉及一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺。
背景技术：
随着社会经济的快速发展，含氮废水的排放量也在不断增加。大量含氮废水的排放会引起水体富营养化，影响水质。水中大量亚硝酸盐和硝酸盐的积累也会给人类带来健康风险。氮污染和水体富营养化日益严重，已成为影响水环境和制约社会经济可持续发展的重要因素。传统的生物脱氮技术存在碳源不足、脱氮效率低等缺点，为了加强污水中含氮有机物的去除效果，新型生物脱氮工艺成为研究热点。亚硝化作为许多新型脱氮工艺如短程硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺等的关键部分，具有缩短反应进程、减少曝气量与有机碳添加量，从而减小能耗等优点，亚硝化工艺有望成为处理城市污水的未来趋势。
亚硝化工艺的实现方法可分为活性污泥法与生物膜法，活性污泥法启动快但不稳定，早期研究多采用活性污泥法亚硝化；而生物膜法虽初期启动较慢但后期稳定，为近年来研究热点。其中mbbr工艺表现出优异的性能，是强化亚硝化的一种有效途径。mbbr工艺中的生物膜附着于悬浮载体表面，并能够充分利用反应器的有效空间自由移动，更有助于提高有机物的降解能力和抗负荷能力。与活性污泥工艺相比，mbbr工艺不设置污泥回流，系统中的生物量是通过附着于悬浮载体表面的生物膜量提供，因而产生的剩余污泥量低。同时，由于载体表面更有利于世代周期较长的氨氧化菌固着生长，避免了其从系统中流失。
悬浮生物载体作为mbbr工艺的核心组成也受到了广泛的重视。传统的悬浮生物载体本身的亲水性能和亲电性较差，导致微生物与载体之间难以形成可逆吸附，制约着亚硝化反应的提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术存在缺陷，提供一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺。
本发明的技术方案为：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的10～30％；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝36～60h，然后将污泥接种至s2所述反应器中，接种后的污泥浓度保持3000～6000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以5～8h为一周期进行培养，每天保持2～3周期持续培养至微生物增长率c*达到50％以上后完成污泥培养；每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/3～1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为0.5～2.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为5～8mg/l。
进一步地，所述反应器为mbbr反应器。
进一步地，s1所述改性悬浮载体采用第一改性悬浮载体；所述第一改性悬浮载体具体由改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比3～8:5～10:90～110的比例混合制备而成；在制备过程中添加了基料磁粉钕铁硼，磁场具有促进微生物新陈代谢、提高传质效率、提高污染物去除等优点；而添加磁粉可以提高表面生物膜脱氮功能酶活及功能基因丰度、增加生物量、提高氨氮去除率；功能料天然斜发沸石和fe2o3，改善了悬浮载体的亲水性和亲电性。同时，斜发沸石也是一种理想的氨氮吸附剂；功能料的加入有利于微生物附着生长，提高系统的微生物多样性，促进亚硝化过程。
进一步地，所述改性功能料包括质量百分比为20～25％的天然斜发沸石、质量百分比为20～25％的三氧化二铁以及余量的辅料。
进一步地，所述第一改性悬浮载体的制备方法为：
1)将改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比3～8:5～10:90～110的比例混合，混合后送至高速捏和机中，得到混合物料；
2)然后将混合物料送至挤出切割一体机内，调节进料斗温度至185～195℃，混合物料软化后经模具挤出成型，挤出成型的物料通过真空定型套定型后切割后得到成型的第一改性悬浮载体。
进一步地，s1所述改性悬浮载体采用第二改性悬浮载体；所述第二改性悬浮载体具体由改性磁化活性炭、高密度聚乙烯基料按照质量比3～7:100～105的比例混合制备而成。
进一步地，所述改性磁化活性炭的制备方法为：
1)将生物炭按照固液比1:15～20的比例置于第一强酸中在100～105℃条件下氧化3～5h，自然冷却后用去离子水清洗至上清液ph呈中性，烘干后得到酸化生物炭；
2)将改性纳米磁粉与酸化生物炭按照体积比1:2～3的比例混合后，烘干得到改性磁化活性炭。
更进一步地，所述第一强酸具体为硝酸，且浓度为1.8～2.2mol/l。
进一步地，所述改性纳米磁粉的制备方法为：将六水三氯化铁与四水二氯化铁按照质量比3～11:7～9的比例混合后溶解到第二强酸中，加入与强酸体积比为1:65～80的油酸，搅拌均匀；然后加入一定量的氨水溶液，恒速搅拌40～50min后利用磁铁分离并用去离子水清洗2～3次，烘干后得到改性纳米磁粉。
更进一步地，所述第二强酸具体为盐酸，且浓度为0.3～0.7mol/l。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明利用投加的改性磁性悬浮载体能够有效地改善亚硝化效果；改性磁性悬浮载体有利于微生物附着生长，提高系统的微生物多样性，能够有效地促进微生物新陈代谢、提高传质效率、提高污染物去除等优点；进而能够提高表面生物膜脱氮功能酶活及功能基因丰度、增加生物量、提高氨氮去除率；本发明整体工艺流程简单，适合大量推广。
具体实施方式
实施例1：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；其中，改性悬浮载体采用第一改性悬浮载体；第一改性悬浮载体具体由改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比3:5:90的比例混合制备而成；改性功能料包括质量百分比为20％的天然斜发沸石、质量百分比为20％的三氧化二铁以及余量的辅料；辅料具体采用滑石粉；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的10％，且反应器为mbbr反应器；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝36h，然后将污泥接种至s2反应器中，接种后的污泥浓度保持3000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以5h为一周期进行培养，每天保持3周期持续培养至微生物增长率c*达到50％后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/3的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为0.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
本实施例微生物增长率c*达到50％实际用时27d；
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为5mg/l。
其中，第一改性悬浮载体的制备方法为：
1)将改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比3:5:90的比例混合，混合后送至高速捏和机中，得到混合物料；
2)然后将混合物料送至挤出切割一体机内，调节进料斗温度至185℃，混合物料软化后经模具挤出成型，挤出成型的物料通过真空定型套定型后切割后得到成型的第一改性悬浮载体。
实施例2：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；其中，改性悬浮载体采用第一改性悬浮载体；第一改性悬浮载体具体由改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比6:8:95的比例混合制备而成；改性功能料包括质量百分比为23％的天然斜发沸石、质量百分比为25％的三氧化二铁以及余量的辅料；辅料具体采用滑石粉；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的20％；且反应器为mbbr反应器；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝48h，然后将污泥接种至s2反应器中，接种后的污泥浓度保持5000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以6h为一周期进行培养，每天保持2周期持续培养至微生物增长率c*达到65％后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为1.2mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
本实施例微生物增长率c*达到65％实际用时26d；
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为6mg/l。
其中，第一改性悬浮载体的制备方法为：
1)将改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比6:8:95的比例混合，混合后送至高速捏和机中，得到混合物料；
2)然后将混合物料送至挤出切割一体机内，调节进料斗温度至190℃，混合物料软化后经模具挤出成型，挤出成型的物料通过真空定型套定型后切割后得到成型的第一改性悬浮载体。
实施例3：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；其中，改性悬浮载体采用第一改性悬浮载体；第一改性悬浮载体具体由改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比8:10:110的比例混合制备而成；改性功能料包括质量百分比为25％的天然斜发沸石、质量百分比为25％的三氧化二铁以及余量的辅料；辅料具体采用滑石粉；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的30％；且反应器为mbbr反应器；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝60h，然后将污泥接种至s2反应器中，接种后的污泥浓度保持6000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以8h为一周期进行培养，每天保持2周期持续培养至微生物增长率c*达到75％后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为2.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
本实施例微生物增长率c*达到75％实际用时32d；
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为8mg/l。
其中，第一改性悬浮载体的制备方法为：
1)将改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比8:10:110的比例混合，混合后送至高速捏和机中，得到混合物料；
2)然后将混合物料送至挤出切割一体机内，调节进料斗温度至195℃，混合物料软化后经模具挤出成型，挤出成型的物料通过真空定型套定型后切割后得到成型的第一改性悬浮载体。
实施例4：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；其中，改性悬浮载体采用第二改性悬浮载体；第二改性悬浮载体具体由改性磁化活性炭、高密度聚乙烯基料按照质量比3:100的比例混合制备而成；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的10％；且反应器为mbbr反应器；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝36h，然后将污泥接种至s2反应器中，接种后的污泥浓度保持3000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以5h为一周期进行培养，每天保持3周期持续培养至微生物增长率c*达到55％后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为0.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
本实施例微生物增长率c*达到50％实际用时22d；
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为5mg/l。
其中，改性磁化活性炭的制备方法为：
1)将生物炭按照固液比1:15的比例置于第一强酸中在100℃条件下氧化3h，自然冷却后用去离子水清洗至上清液ph呈中性，烘干后得到酸化生物炭；其中，第一强酸具体为硝酸，且浓度为1.8mol/l；
2)将改性纳米磁粉与酸化生物炭按照体积比1:2的比例混合后，烘干得到改性磁化活性炭；其中，改性纳米磁粉的制备方法为：将六水三氯化铁与四水二氯化铁按照质量比3:7的比例混合后溶解到第二强酸中，加入与强酸体积比为1:65的油酸，搅拌均匀；然后加入一定量的氨水溶液，恒速搅拌40min后利用磁铁分离并用去离子水清洗3次，烘干后得到改性纳米磁粉；第二强酸具体为盐酸，且浓度为0.3mol/l。
实施例5：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；其中，改性悬浮载体采用第二改性悬浮载体；第二改性悬浮载体具体由改性磁化活性炭、高密度聚乙烯基料按照质量比5:100的比例混合制备而成；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的20％；且反应器为mbbr反应器；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝48h，然后将污泥接种至s2反应器中，接种后的污泥浓度保持5000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以6h为一周期进行培养，每天保持3周期持续培养至微生物增长率c*达到60％后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为2.0mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
本实施例微生物增长率c*达到60％实际用时28d；
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为6mg/l。
其中，改性磁化活性炭的制备方法为：
1)将生物炭按照固液比1:18的比例置于第一强酸中在105℃条件下氧化5h，自然冷却后用去离子水清洗至上清液ph呈中性，烘干后得到酸化生物炭；其中，第一强酸具体为硝酸，且浓度为2.2mol/l；
2)将改性纳米磁粉与酸化生物炭按照体积比1:2的比例混合后，烘干得到改性磁化活性炭；其中，改性纳米磁粉的制备方法为：将六水三氯化铁与四水二氯化铁按照质量比11:9的比例混合后溶解到第二强酸中，加入与强酸体积比为1:70的油酸，搅拌均匀；然后加入一定量的氨水溶液，恒速搅拌45min后利用磁铁分离并用去离子水清洗3次，烘干后得到改性纳米磁粉；第二强酸具体为盐酸，且浓度为0.5mol/l。
实施例6：一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；其中，改性悬浮载体采用第二改性悬浮载体；第二改性悬浮载体具体由改性磁化活性炭、高密度聚乙烯基料按照质量比7:105的比例混合制备而成；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的30％；且反应器为mbbr反应器；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝60h，然后将污泥接种至s2反应器中，接种后的污泥浓度保持6000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以8h为一周期进行培养，每天保持3周期培养30天后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为2.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；
以8h为一周期进行培养，每天保持3周期持续培养至微生物增长率c*达到70％后完成污泥培养；其中，每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为2.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
本实施例微生物增长率c*达到70％实际用时30d；
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为8mg/l。
其中，改性磁化活性炭的制备方法为：
1)将生物炭按照固液比1:20的比例置于第一强酸中在05℃条件下氧化3～5h，自然冷却后用去离子水清洗至上清液ph呈中性，烘干后得到酸化生物炭；其中，第一强酸具体为硝酸，且浓度为2.2mol/l；
2)将改性纳米磁粉与酸化生物炭按照体积比1:3的比例混合后，烘干得到改性磁化活性炭；其中，改性纳米磁粉的制备方法为：将六水三氯化铁与四水二氯化铁按照质量比11:9的比例混合后溶解到第二强酸中，加入与强酸体积比为1:80的油酸，搅拌均匀；然后加入一定量的氨水溶液，恒速搅拌50min后利用磁铁分离并用去离子水清洗3次，烘干后得到改性纳米磁粉；第二强酸具体为盐酸，且浓度为0.7mol/l。
实验例：利用实施例1～6工艺对某污水处理厂污水进行处理，并设置未投加改性磁性悬浮载体的mbbr反应器为对照组；其中，进水水质cod浓度为300mg/l，nh4 -n浓度为50mg/l；7组工艺步骤s4运行时间均为2个月，温度控制为25±1℃；具体数据如表1所示；
表1：实验运行中所记录实际数据
结论：利用本发明实施例1～6工艺进行实验，在30天左右nh4 -n去除率便可达到95％，较对照组断15天；且本发明实施例1～6工艺出水no2--n浓度可达40mg/l。
1.一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，具体包括：
s1：改性磁性悬浮载体的制备
将改性悬浮载体经充磁机充磁，得到改性磁性悬浮载体；
s2：投放
将s1制备的改性磁性悬浮载体投入反应器中；其中，改性磁性悬浮载体的投加量为反应器有效容积的10～30％；
s3：挂膜
s3-1：污泥接种
取污泥后连续闷曝36～60h，然后将污泥接种至s2所述反应器中，接种后的污泥浓度保持3000～6000mg/l；其中，污泥取自污水处理厂的活性污泥；
s3-2：污泥培养挂膜
以5～8h为一周期进行培养，每天保持2～3周期持续培养至微生物增长率c*达到50％以上后完成污泥培养；每次周期末经过沉淀排出反应器体积比1/3～1/2的上清液后加入与排出上清液体积相等的培养液后进入下一个周期；一个周期包括：进水，保持反应器中溶解氧浓度为0.5～2.5mg/l进行曝气，沉淀，排水；微生物增长率c*具体计算公式为：
s4：运行
对s3挂膜结束后的反应器采用连续流进水方式运行；其中，运行时保持反应器中溶解氧浓度为5～8mg/l。
2.根据权利要求1所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述反应器为mbbr反应器。
3.根据权利要求1所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，s1所述改性悬浮载体采用第一改性悬浮载体；所述第一改性悬浮载体具体由改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比3～8:5～10:90～110的比例混合制备而成。
4.根据权利要求3所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述改性功能料包括质量百分比为20～25％的天然斜发沸石、质量百分比为20～25％的三氧化二铁以及余量的辅料。
5.根据权利要求3所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述第一改性悬浮载体的制备方法为：
1)将改性功能料、磁粉钕铁硼、高密度聚乙烯基料按照质量比3～8:5～10:90～110的比例混合，混合后送至高速捏和机中，得到混合物料；
2)然后将混合物料送至挤出切割一体机内，调节进料斗温度至185～195℃，混合物料软化后经模具挤出成型，挤出成型的物料通过真空定型套定型后切割后得到成型的第一改性悬浮载体。
6.根据权利要求1所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，s1所述改性悬浮载体采用第二改性悬浮载体；所述第二改性悬浮载体具体由改性磁化活性炭、高密度聚乙烯基料按照质量比3～7:100～105的比例混合制备而成。
7.根据权利要求6所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述改性磁化活性炭的制备方法为：
1)将生物炭按照固液比1:15～20的比例置于第一强酸中在100～105℃条件下氧化3～5h，自然冷却后用去离子水清洗至上清液ph呈中性，烘干后得到酸化生物炭；
2)将改性纳米磁粉与酸化生物炭按照体积比1:2～3的比例混合后，烘干得到改性磁化活性炭。
8.根据权利要求7所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述第一强酸具体为硝酸，且浓度为1.8～2.2mol/l。
9.根据权利要求7所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述改性纳米磁粉的制备方法为：将六水三氯化铁与四水二氯化铁按照质量比3～11:7～9的比例混合后溶解到第二强酸中，加入与强酸体积比为1:65～80的油酸，搅拌均匀；然后加入一定量的氨水溶液，恒速搅拌40～50min后利用磁铁分离并用去离子水清洗2～3次，烘干后得到改性纳米磁粉。
10.根据权利要求9所述的一种基于改性磁性悬浮载体的废水强化亚硝化工艺，其特征在于，所述第二强酸具体为盐酸，且浓度为0.3～0.7mol/l。
技术总结