技术领域
[0001] 本
发明涉及水处理技术领域，具体为一种以软质填料滤池与磁种分离及氧化多组合水处理方法。
背景技术
[0002] 既要对污水中的COD进行处理，同时还有脱氮除磷要求。因此所选择的工艺要同时具备上述两种功能。目前在
污水处理领域中，最为经济的处理工艺为生化工艺，同时具备脱氮除磷并能够去除COD的生化工艺只有厌氧缺氧好氧组合工艺，如AO脱氮工艺、AO除磷工艺、AAO脱氮除磷工艺，反硝化滤池工艺等。但生化工艺的最大特点就是占地面积大，全部使用生化工艺在本项目中是不适用的，而非生化工艺的占地虽然较小，但是投资和运行成本一般都较高。因此综合考虑成本和占地两个因素，本工艺应选择生化与非生化工艺组合的方式进行设计。
[0003] 在生化脱氮除磷工艺中，生化除磷的效率相比生化脱氮、去COD的效率底很多，因此本方案把除磷的工艺段设计为兼具沉淀作用的磁混凝工艺，此工艺既解决了除磷效率问题，又节省了生化除磷工艺的较大占地空间，同时还具有
沉淀池的作用，其沉淀效率是传统沉淀工艺的数倍，进一步节省了沉淀池的占地，依据两得。
[0004] 而生化脱氮和去COD工艺段，此方案选择了最节省占地的生化反应形式，即组合填料式生化反应工艺，HDNF在传统反硝化滤池的
基础上增加了改性高分子填料，HBAF在常用曝气
生物滤池的工艺中同样增加了可大量固着
微生物的改性高分子载体，极大地增加了两种生化工艺中的微生物量，即增加了生化工艺的容积负荷，处理同样的污水，容积更小，从而最大限度节省占地。
[0005] 由于本项目的出水最终排海，对水质要求较为严格，而经过前端生化工艺的处理，污水中所剩污染物已很难再被生物利用分解，必须用深度处理工艺才能有效实现出水达标。目前在深度处理工艺中，性价比最高的方式就是高级氧化，各种膜工艺虽然出水效果好，但投资运行成本极高，而且很难长期稳定运行；各种
吸附过滤和
树脂阴、阳离子工艺需经常更换吸附过滤介质，运行成本也在业内广遭诟病。臭氧高级催化氧化单元专
门针对难
生物降解的有机物，只要一次性投资建设即可长期稳定运行，基本不需要更换核心部件，只需要稳定提供臭氧即可出水达标，而目前市场上的臭氧制备工艺极为成熟，产业链条成熟稳定，因此臭氧高级催化氧化工艺式本方案中深度处理工艺段的不二选择。
[0006] 初期雨水经过前端生物法处理后，可生化污染物被降解的非常充分，进入本工艺环节的残留污染物，均为难于生化结构稳定的有机污染物，它们共同的特点是，分子链长、化学键能高，化学结构稳定，难于被生物直接降解。所以在此阶段选择一个适用于此种初期雨水的工艺是至关重要的。目前水处理市场中，各个技术良莠不齐，但真正行之有效的技术凤毛麟
角。
[0007] 经过实际工程经验，永磁高级催化氧化技术是目前适用于此初期雨水的可行工艺，目前在很多领域的
废水处理工艺中，此技术均是不可替代的。
[0008] 高级氧化法技术最核心的就是利用羟基自由基对有机污染物进行氧化反应，无论何种催化技术，其目的都是要高效、大量产生羟基自由基，因此，高级氧化技术的优劣判断主要是：在初期雨水中直接产生羟基自由基的效率及将其他
氧化剂转
化成羟基自由基的效率高低。
[0009] 永磁高级催化氧化技术，主要采用永磁
磁场理论，对初期雨水中水分子、有机物分子、离子氛的团簇结构进行磁化作用，打破原先初期雨水中各个微观形态体的团簇结构，打破了水分子与有机物分子及离子的水合、缔合效应，改变了初期雨水的物理、化学、分子
力学等性能，表现为：
[0010] (1)初期雨水中水分子团簇变小、
张力变大粘性变小、渗透性增加、流动性变好，有利于气相分子的溶解。
[0011] (2)初期雨水中有机物、离子与水分子的缔合分子团簇变小、有机物分子与氧化剂
接触更容易，同时极性有机物分子被拉长、有机物分子对外电荷重新分布、有利于下一步与氧化剂的反应。
[0012] (3)减小了有机物分子、离子在固相催化剂表面的吸附能力，提高了固相催化的界面反应效率。
[0013] 本技术通过永磁磁场的作用，改变了初期雨水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，改变了被处理初期雨水的物理、化学、分子力学等性能，达到了增加臭氧溶解能力、加快了臭氧与有机污染物的反应时间、提高固相催化效率的目的，同时在初期雨水中，在永磁场及专用催化剂的作用下直接激发产生羟基自由基，在羟基自由基的强氧化性的作用下，使长链有机物化学键发生断裂，生成短链易降解的有机物，在此过程中被直接氧化成终产物CO2和H2O及其他化学形式的终产物，从而达到COD的达标排放的目的。
[0014] 三种类型的反硝化滤池在国内均有应用，其中曝气生物滤池形式的反硝化滤池应用最多，其次为反硝化深床滤池，这两种滤池运行较稳定，而连续流砂床反硝化滤池因为对运行管理者的要求较高，国内应用较少。前两种工艺在当前的运行过程中仍然存在工艺复杂、运行管理要求高；反硝化速度慢；所需反应器体积庞大；微生物生长过剩污染出水水质，出水SS含量大，后续处理要求高等特点。
发明内容
[0015] 本发明的目的在于提供一种以软质填料滤池与磁种分离及氧化多组合水处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0016] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种以软质填料滤池与磁种分离及氧化多组合水处理方法，包括软质填料生物滤池、高效反硝化滤池、磁种分离工艺；
[0017] 软质填料生物滤池包括固定化微生物-曝气生物滤池与HBAF反应器；所述固定化微生物-曝气生物滤池是微生物、酶与载体自固定化技术的
生物反应器，固定化微生物后的载体平均
密度与水的密度十分接近，载体在水中呈悬浮状。
[0018] HBAF反应器为综合传统活性
污泥法与
生物膜法优点的双生物反应器；
[0019] HBAF工艺核心处理构筑物为曝气生物滤池，所述曝气生物滤池在形式上为压差翻板式的片水流方式，HBAF池由池体、高效微生物载体、拦截网和曝气管等部分组成。在HBAF反应器中投加占
曝气池有效容积的10-60％的高效微生物载体，特效微生物大量地附着并固定于其上，各级HBAF反应器中通过培养不同特效菌种，提高目标污染物的降解效果；载体材料表面所生长的生物量通常为18-25g/L，是普通
生物膜法的1.5-2.0倍，是传统
活性污泥法的10-20倍，并且微生物与载体结合牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了HBAF反应器去除污染物的高效和稳定；运行过程中载体内部存在着良好的厌氧区微环境，使其内部形成无数个微型的反硝化反应器，故而造成在同一个反应器当中同时发生
氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除；通过控制各级HBAF反应器的运行参数，造成宏观好氧及厌氧环境的存在，有利于聚磷菌的释磷和过度摄磷，保证了磷的去除；
[0020] 所述高效反硝化滤池主要由：滤池池体、组合滤料、滤料
支架以及气反洗系统组成；
[0021] 所述高效反硝化滤池的滤池池体为
钢砼结构；组合滤料为多孔悬浮球和改性高分子生物填料。滤料支架为槽钢和玻璃钢格栅；气体反洗系统为UPVC穿孔曝气管。的滤料为多孔悬浮球组合滤料，由两部分组成，
外壳为中空鱼网状多孔悬浮球体，内部填充改性高分子生物填料；外壳直径为φ100mm，由聚丙烯材料注塑而成，材质稳定，抗酸、抗
碱、耐老化，耐生物降解，长期不需要更换。内部装填的改性高分子生物填料为30×30×30cm的立方
块，装填数量为8-10块；组合滤料在其形成生物膜之后，其密度接近于水，可在水中呈悬浮状态；该滤池池型结构采用传统的类似生物接触氧化池结构形式，包括配水渠、滤料区和出水渠，其核心为滤料区，滤料区结合具体项目情况分成若干格，第一格由底部进水，最后一格顶部出水，各格滤料区水流为上向流和下向流交替；每一格滤料区由组合滤料和滤料支架组成，总高度为3.5-4.2米，分两层；
[0022] 所述磁种分离工艺的系统为来水直接进入配水渠，由配水渠底部通过过水孔直接进入第一格，出水由最后一格顶部直接溢流进入出水渠；滤料区只需要设置填料支架即可，无需设置布水布气系统和承托层；
[0023] 系统在混合池中投加絮凝剂、磁种和助凝剂进行磁混凝反应；进入澄清池进行高效的固液分离；澄清池中的污泥通过磁种
提升泵泵入到高剪机及磁分离器，将磁种从污泥中分离出来，返回到混合池继续参与反应；剩余污泥通过污泥排放系统，排至污泥处理系统进一步处理；
[0024] 磁种进入T2池进行磁混凝反应，赋予污染物絮体
磁性，增强絮凝效果。含有磁种的污染物絮体进入澄清池，磁种的主要作用是增加絮体的比重，
加速沉淀。含有磁种的沉淀污泥进入高剪机、磁鼓进行磁种分离、回收及再次磁化，磁化后的磁种进入T2池进行循环利用。
[0025] 磁种在循环使用过程中，不可避免的被磨损，粒径越来越小，当其远小于150目时，由于不能形成
磁畴所以对外不显示磁性，也无法被磁鼓磁化及回收。那些进入剩余污泥中的少量细微磁种已完全丧失磁性，且化学
稳定性强，因此不会对后续工艺以及相关设备产生任何影响。
[0026] 进一步地，所述HBAF反应器适用范围为石油、石化、
煤化工、制药、化工、印染、
发酵、
味精、造纸、皮革、垃圾渗滤液等高浓度有机初期雨水、城市生活初期雨水处理与回用、老旧初期雨水厂脱氮除磷改造以及河湖微污染
水体原位就地修复；
[0027] 载体材料带有氨基、羧基、环氧基等活性基团，在初期雨水中具有良好的稳定性和物化性能，其
空隙率为96％以上，固定化微生物后的密度接近于水的密度，故在水中呈悬浮状。这种载体微生物的负载量大，高达18-25g/L，
比表面积为80-120m2/g，载体中大孔与微孔相结合，气、液、固三相在孔隙中进行高效传质，好氧、兼性、厌氧状态同时存在。
[0028] 进一步地，HBAF工艺核心处理构筑物曝气方式为鼓
风池底曝气。
[0029] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：本技术通过永磁磁场的作用，改变了初期雨水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，改变了被处理初期雨水的物理、化学、分子力学等性能，达到了增加臭氧溶解能力、加快了臭氧与有机污染物的反应时间、提高固相催化效率的目的，同时在初期雨水中，在永磁场及专用催化剂的作用下直接激发产生羟基自由基，在羟基自由基的强氧化性的作用下，使长链有机物化学键发生断裂，生成短链易降解的有机物，在此过程中被直接氧化成终产物CO2和H2O及其他化学形式的终产物，从而达到COD的达标排放的目的。
[0030] 固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物活动限定于一定的空间区域，并使其保持活性、反复利用的方法，与游离微生物相比，固定化微生物明显地显示出微生物密度高、反应速度快、微生物流失少、产物分离容易、反应过程控制较容易等优点。
[0031] 固定化微生物-曝气生物滤池是微生物、酶与载体自固定化技术的生物反应器，固定化微生物后的载体平均密度与水的密度十分接近，载体在水中呈悬浮状。与固定池相比，该滤池具有比表面积大、单位体积内生物量高、接触均匀、传质速度快、压损低等特点。
[0032] 在HBAF反应器中投加占曝气池有效容积的10-60％的高效微生物载体，特效微生物大量地附着并固定于其上，HBAF反应器实际上是综合传统
活性污泥法与生物膜法优点的双生物反应器。各级HBAF反应器中，通过培养不同特效菌种，提高目标污染物的降解效果；载体材料表面所生长的生物量通常为18-25a/L，是普通生物膜法的1.5-2.0倍，是传统活性污泥法的10-20倍，并且微生物与载体结合牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了HBAF反应器去除污染物的高效和稳定；运行过程中载体内部存在着良好的厌氧区微环境，使其内部形成无数个微型的反硝化反应器，故而造成在同一个反应器当中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除；通过控制各级HBAF反应器的运行参数，造成宏观好氧及厌氧环境的存在，有利于聚磷菌的释磷和过度摄磷，保证了磷的去除。
附图说明
[0033] 图1为本发明的结构磁混凝系统工艺示意图；
具体实施方式
[0034] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种以软质填料滤池与磁种分离及氧化多组合水处理方法，包括软质填料生物滤池、高效反硝化滤池、磁种分离工艺；
[0036] 软质填料生物滤池包括固定化微生物-曝气生物滤池与HBAF反应器；所述固定化微生物-曝气生物滤池是微生物、酶与载体自固定化技术的生物反应器，固定化微生物后的载体平均密度与水的密度十分接近，载体在水中呈悬浮状。
[0037] HBAF反应器为综合传统活性污泥法与生物膜法优点的双生物反应器；
[0038] HBAF工艺核心处理构筑物为曝气生物滤池，所述曝气生物滤池在形式上为压差翻板式的片水流方式，HBAF池由池体、高效微生物载体、拦截网和曝气管等部分组成。在HBAF反应器中投加占曝气池有效容积的10-60％的高效微生物载体，特效微生物大量地附着并固定于其上，各级HBAF反应器中通过培养不同特效菌种，提高目标污染物的降解效果；载体材料表面所生长的生物量通常为18-25g/L，是普通生物膜法的1.5-2.0倍，是传统活性污泥法的10-20倍，并且微生物与载体结合牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了HBAF反应器去除污染物的高效和稳定；运行过程中载体内部存在着良好的厌氧区微环境，使其内部形成无数个微型的反硝化反应器，故而造成在同一个反应器当中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除；通过控制各级HBAF反应器的运行参数，造成宏观好氧及厌氧环境的存在，有利于聚磷菌的释磷和过度摄磷，保证了磷的去除；
[0039] 所述高效反硝化滤池主要由：滤池池体、组合滤料、滤料支架以及气反洗系统组成；
[0040] 所述高效反硝化滤池的滤池池体为钢砼结构；组合滤料为多孔悬浮球和改性高分子生物填料。滤料支架为槽钢和玻璃钢格栅；气体反洗系统为UPVC穿孔曝气管。的滤料为多孔悬浮球组合滤料，由两部分组成，外壳为中空鱼网状多孔悬浮球体，内部填充改性高分子生物填料；外壳直径为φ100mm，由聚丙烯材料注塑而成，材质稳定，抗酸、抗碱、耐老化，耐生物降解，长期不需要更换。内部装填的改性高分子生物填料为30×30×30cm的立方块，装填数量为8-10块；组合滤料在其形成生物膜之后，其密度接近于水，可在水中呈悬浮状态；该滤池池型结构采用传统的类似生物接触氧化池结构形式，包括配水渠、滤料区和出水渠，其核心为滤料区，滤料区结合具体项目情况分成若干格，第一格由底部进水，最后一格顶部出水，各格滤料区水流为上向流和下向流交替；每一格滤料区由组合滤料和滤料支架组成，总高度为3.5-4.2米，分两层；
[0041] 所述磁种分离工艺的系统为来水直接进入配水渠，由配水渠底部通过过水孔直接进入第一格，出水由最后一格顶部直接溢流进入出水渠；滤料区只需要设置填料支架即可，无需设置布水布气系统和承托层；
[0042] 系统在混合池中投加絮凝剂、磁种和助凝剂进行磁混凝反应；进入澄清池进行高效的固液分离；澄清池中的污泥通过磁种
提升泵泵入到高剪机及磁分离器，将磁种从污泥中分离出来，返回到混合池继续参与反应；剩余污泥通过污泥排放系统，排至污泥处理系统进一步处理；
[0043] 磁种进入T2池进行磁混凝反应，赋予污染物絮体磁性，增强絮凝效果。含有磁种的污染物絮体进入澄清池，磁种的主要作用是增加絮体的比重，加速沉淀。含有磁种的沉淀污泥进入高剪机、磁鼓进行磁种分离、回收及再次磁化，磁化后的磁种进入T2池进行循环利用。
[0044] 磁种在循环使用过程中，不可避免的被磨损，粒径越来越小，当其远小于150目时，由于不能形成磁畴所以对外不显示磁性，也无法被磁鼓磁化及回收。那些进入剩余污泥中的少量细微磁种已完全丧失磁性，且化学稳定性强，因此不会对后续工艺以及相关设备产生任何影响。
[0045] 其中，所述HBAF反应器适用范围为石油、石化、煤化工、制药、化工、印染、发酵、味精、造纸、皮革、垃圾渗滤液等高浓度有机初期雨水、城市生活初期雨水处理与回用、老旧初期雨水厂脱氮除磷改造以及河湖微污染水体原位就地修复；
[0046] 载体材料带有氨基、羧基、环氧基等活性基团，在初期雨水中具有良好的稳定性和物化性能，其空隙率为96％以上，固定化微生物后的密度接近于水其中表面积为80-120m2/g，载体中大孔与微孔相结合，气、液、固三相在孔隙中进行高效传质，好氧、兼性、厌氧状态同时存在。
[0047] 进一步地，HBAF工艺核心处理构筑物曝气方式为鼓风池底曝气。
[0048] 在HBAF反应器中投加占曝气池有效容积的10-60％的高效微生物载体，特效微生物大量地附着并固定于其上，HBAF反应器实际上是综合传统活性污泥法与生物膜法优点的双生物反应器。各级HBAF反应器中，通过培养不同特效菌种，提高目标污染物的降解效果；载体材料表面所生长的生物量通常为18-25g/L，是普通生物膜法的1.5-2.0倍，是传统活性污泥法的10-20倍，并且微生物与载体结合牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了HBAF反应器去除污染物的高效和稳定；运行过程中载体内部存在着良好的厌氧区微环境，使其内部形成无数个微型的反硝化反应器，故而造成在同一个反应器当中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除；通过控制各级HBAF反应器的运行参数，造成宏观好氧及厌氧环境的存在，有利于聚磷菌的释磷和过度摄磷，保证了磷的去除。
[0049] 高效微生物载体与其它载体及填料的对比可以得出以下结果：将几种负荷微生物的载体、填料用pH＝12的NaOH溶液浸泡4h后，用
自来水、蒸馏水冲洗干净后，再用克氏定氮法测量载体和填料上的含氮量，换算成微生物量，HBAF中的高效微生物载体为4.28g/L(H2O)，其他载体与填料中的微生物量接近0，这表明HBAF专用载体中环氧基与微生物和酶形成共价键的结果。以上结果表明HBAF高效微生物载体与微生物和酶的固定化采用了
物理吸附、离子键合和共价结合的几种方法同时使用，结合力牢固、生物量大，故处理量大、占地面积小。通过对初期雨水处理系统正常运行过程的现场考察，最终确定运行5年后微生物载体的年损失率不超过8％、固定化后的微生物年流失不超过10％。
[0050] 初期雨水首先由泵提升至反硝化生物滤池，同时向反硝化滤池中投加有机
碳源，以确保反硝化C/N比的要求，反硝化滤池出水自流至进入HBAF池，为确保出水TN达标以及去除投加的过量碳源，在HBAF池内进一步降解氨氮和COD。HBAF池出水自流进入磁混凝沉淀池，利用磁混凝原理进一步去除初期雨水中的污染物和SS。磁混凝沉淀池出水进入高级氧化池，在射流泵出口管道上设置永磁模块，经永磁模块作用改变了初期雨水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，改变了被处理初期雨水的物理、化学、分子力学等性能，改性后的初期雨水进入高级催化氧化池，池内添加催化剂。通过射流泵进行一定比例的循环，在循环管道上设置高效射流器，通过射流器的
负压抽吸的作用投加臭氧，臭氧连同循环的初期雨水，通过射流器的混合后，再进入反应池内，混合后的初期雨水在贵重金属催化剂的作用下，激发产生羟基自由基，羟基自有基的氧化还原电位为E0＝2.8ev，在如此高的氧化电位的作用下大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O，以及中间态高活跃产物，B/C值升高，出水进入高效曝气生物滤池(HBAF)，利用生物法对初期雨水中的污染物进一步降解，BAF最终出水可达设计排放标准。
[0051] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
