本發(fā)明屬于環(huán)境保護開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的高氨氮廢水處理系統(tǒng)，具體涉及一種一體式高氨氮廢水生物去除反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
高氨氮廢水主要來源于石油化工、養(yǎng)殖、畜牧、肉類加工等行業(yè)生產(chǎn)排放的廢水以及城市生活垃圾滲濾液等。氨氮對環(huán)境的危害主要是進入水體后成為藻類等生物的營養(yǎng)元素，導致藻類短時間內(nèi)大量繁殖，消耗水中的溶解氧，造成水體富營養(yǎng)化，破壞水生態(tài)系統(tǒng)。水體中的氨氮在一定條件下可轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，嚴重危害水中生物及人類健康，給城市的生態(tài)文明建設(shè)帶來困擾。高氨氮一直是廢水處理的難題，目前對這類廢水的處理方法主要有物理法(如加堿吹脫法、蒸汽吹脫法和吸附法)、化學法(如化學沉淀法、化學氧化法、電解法和離子交換法)及生物法等。
吹脫法適合高氨氮廢水的初級處理，該方法成熟簡單，但運行成本高、設(shè)備腐蝕嚴重，且易造成空氣二次污染。吸附法則利用改性天然沸石對氨氮較強的選擇吸附能力，具有效率高、設(shè)備體積小的特點，但再生頻繁、操作管理復雜?；瘜W法中的化學氧化法、化學沉淀法、電解法和離子交換法，雖工藝流程及設(shè)備簡單、反應(yīng)快速，但處理成本高昂或電耗較大。生物法去除廢水中的氨氮時，單一的好氧生物法和單一的厭(缺)氧生物法均無法將氨氮直接轉(zhuǎn)化為氮氣，而傳統(tǒng)方法一般采用好氧生物處理基礎(chǔ)上的厭氧生物處理或缺氧處理，才能將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，因此，傳統(tǒng)方法存在構(gòu)筑物多、設(shè)備投入大、好氧條件不易控制且能耗大的問題。因此，尋求一種高效的新型高氨氮廢水處理設(shè)備很有必要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有制備技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種一體式高氨氮廢水生物去除反應(yīng)裝置，在一體式大高徑比的生物濾柱中將活性污泥法與生物膜法、好氧缺氧與厭氧環(huán)境復合，低能耗、小占地面積條件下實現(xiàn)對高氨氮廢水的有效去除，降低氨氮對水環(huán)境的影響。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
一體式高氨氮廢水生物去除反應(yīng)裝置，包括濾柱、濾料、曝氣單元和加熱單元；
所述的濾柱包括主體區(qū)和錐體區(qū)，所述的主體區(qū)和錐體區(qū)之間設(shè)有隔板，所述的隔板上設(shè)有孔；
所述的濾料填充在主體區(qū)中；所述的主體區(qū)端部設(shè)有出水口和排氣口；
所述的曝氣單元設(shè)于錐體區(qū)，所述的錐體區(qū)設(shè)有進水口和排泥口；
所述的加熱單元為濾柱的主體區(qū)提供能量；
所述的濾柱的高度與濾柱的主體區(qū)的直徑比為10～13:1。
進一步的，所述的錐體區(qū)容積小于整個濾柱體積的8％。
進一步的，所述的主體區(qū)的柱身上設(shè)有多個填料采樣口和水質(zhì)采樣口。
進一步的，所述的曝氣單元包括曝氣泵、流量計和曝氣頭，所述的曝氣頭設(shè)于錐體區(qū)中。
進一步的，所述的加熱單元為加熱絲，纏繞在濾柱主體區(qū)的柱身上。
進一步的，所述的濾料為比重接近于水的有機或無機多孔大尺寸填料。
進一步的，所述的填料的直徑為8mm～12mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明在一體式大高徑比的生物濾柱中將活性污泥法與生物膜法、好氧缺氧與厭氧環(huán)境進行復合，低能耗、小占地面積條件下實現(xiàn)對高氨氮廢水的有效去除，降低氨氮對水環(huán)境的影響。
(2)本發(fā)明裝置可達到高氨氮廢水的低能耗去除目的，并且可以節(jié)約90％以上的占地面積以及70％以上的設(shè)備投入，tn的去除率平均達到80％以上。運行方便、操作簡單，可以分散獨立安裝于各個高濃度氨氮廢水產(chǎn)生點，以削減接納水體氮負荷，保障接納水體水質(zhì)，防治水體富營養(yǎng)化發(fā)生。
附圖說明
圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中各標號的含義：5-隔板，6-進水口，7-排泥口，8-出水口，9-排氣口，10-填料采樣口，11-水質(zhì)采樣口；
(1-1)-主體區(qū)，(1-2)-錐體區(qū)；(3-1)-曝氣泵，(3-2)-流量計，(3-3)-曝氣頭；(4-1)-加熱絲。
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進一步詳細解釋說明。
具體實施方式
一體式高氨氮廢水生物去除反應(yīng)裝置包括濾柱、濾料、曝氣單元和加熱單元，濾柱包括主體區(qū)1-1和錐體區(qū)1-2，主體區(qū)1-1和錐體區(qū)1-2之間設(shè)有隔板5，隔板5上設(shè)有孔；曝氣單元設(shè)于錐體區(qū)，加熱單元為濾柱的主體區(qū)1-1提供溫度；濾料填充在主體區(qū)1-1中；錐體區(qū)1-2設(shè)有進水口6和排泥口7，主體區(qū)1-1端部設(shè)有出水口8和排氣口9。
整個濾柱從錐體區(qū)至主體區(qū)分別形成活性污泥區(qū)和生物膜區(qū)(微生物附著在填料上形成生物膜)；進一步的，從活性污泥區(qū)和生物膜區(qū)依次形成好氧段、微氧至缺氧的過渡段、厭氧段，其中，過渡段的自然存在，豐富了反應(yīng)器的菌群類型，增強了反應(yīng)器的抗沖擊能力。
本發(fā)明的錐體區(qū)不僅具有進水緩沖功能，而且整個錐體區(qū)形成活性污泥區(qū)，培養(yǎng)維持好氧活性污泥進行部分好氧氨氧化，此外還接收主體區(qū)脫落的生物膜進行剩余污泥排出。
本發(fā)明將好氧部分氨氧化過程、反硝化與厭氧氨氧化過程結(jié)合在一體式的大高徑比的生物濾柱中，好氧段位于整個濾柱的底部，無需回流。利用生物濾柱底部錐形區(qū)微曝氣的特點，實現(xiàn)污泥區(qū)與濾柱區(qū)以及濾柱區(qū)內(nèi)的氧環(huán)境功能區(qū)化與聯(lián)系，完成廢水中高氨氮向氮氣的轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明的大高徑比的生物濾柱中將活性污泥法與生物膜法、好氧缺氧與厭氧環(huán)境進行復合，濾柱的高度與濾柱的主體區(qū)的直徑比可達10～13:1；進一步的，本發(fā)明的濾料采用大尺寸的有機或無機多孔大尺寸填料，填料的比重接近于水，填料的直徑為8mm～12mm，在該尺寸的填料下，水在濾柱中上升過程中的不易堵塞、阻力較小，一般水泵即可使廢水從濾柱的錐體區(qū)被提升至主體區(qū)排出。同時大尺寸的填料可防止填料隨出水流失。
本發(fā)明在錐體區(qū)布設(shè)曝氣單元，一方面可保障空氣通過微曝氣的輸入，主動實現(xiàn)氨氮的部分好氧氧化。另一方面，空氣中氧氣氧化產(chǎn)生的氣體及空氣中80％的固有氮氣在濾柱中的上升逸出，在濾柱不需反沖洗條件下，可防止填料的堵塞，也有利于促進錐體區(qū)與主體區(qū)微生物的相互遷移，即濾柱中生物膜的脫落下沉及錐體區(qū)懸浮微生物的上移，避免不同區(qū)域微生物流失導致的系統(tǒng)崩潰。
以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。
實施例1
如圖1所示，本實施例給出一種一體式高氨氮廢水生物去除反應(yīng)裝置，其特征在于：包括濾柱、濾料、曝氣單元和加熱單元，濾柱包括主體區(qū)1-1和錐體區(qū)1-2，主體區(qū)1-1和錐體區(qū)1-2之間設(shè)有隔板5，隔板5上設(shè)有孔；曝氣單元設(shè)于錐體區(qū)，加熱單元為濾柱的主體區(qū)1-1提供溫度；濾料填充在主體區(qū)1-1中；錐體區(qū)1-2設(shè)有進水口6和排泥口7，主體區(qū)1-1端部設(shè)有出水口8和排氣口9
濾柱的高徑比為10～13:1，錐體區(qū)1-2容積小于整個濾柱體積的8％。曝氣單元包括曝氣泵3-1、流量計3-2和曝氣頭3-3，曝氣頭3-3設(shè)于錐體區(qū)1-2中。
加熱單元為加熱絲4-1，纏繞在濾柱主體區(qū)的柱身上，保障系統(tǒng)運行時溫度保持30±2℃，為監(jiān)測水質(zhì)的沿程變化，沿柱體側(cè)身設(shè)置水質(zhì)采樣口11；為監(jiān)測填料上微生物的沿程變化，沿柱體側(cè)身設(shè)置填料采樣口10；系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥通過排泥管4排出。
高氨氮廢水的反應(yīng)過程：高氨氮廢水首先進入錐體區(qū)1-2，由氣體流量計3-2控制的曝氣泵3-1通過曝氣頭3-3進行微量曝氣，微量曝氣的廢水上向流進入濾柱主體區(qū)1-1，在濾體主體區(qū)中，主體區(qū)1-1下端生物膜微生物繼續(xù)消耗殘余氧氣進行部分好氧氨氧化，當濾柱中溶解氧消耗殆盡并存在有機物時進行反硝化，然后濾柱中上段進入?yún)捬鯀^(qū)，此時廢水中殘余氨氮和亞硝氮發(fā)生厭氧氨氧化產(chǎn)生氮氣。到出水口8處氨氮及總氮降至最低，該生化過程產(chǎn)生的氮氣、曝氣輸入的氮氣及氧化產(chǎn)生的氣體從排氣口9排出。
2016.8.01-2017.1.15進行的連續(xù)試驗，進水nh4+-n為600.0mg/l、水力停留時間(hrt)24h、曝氣量40ml/min、溫度30℃條件下，反應(yīng)器出水nh4+-n為42.0mg/l、no3--n為75.0mg/l、no3--n為2.0mg/l，nh4+-n的去除率達到93％,，tn的去除率平均達到80％。
2017.1.15-2017.02.15進行的連續(xù)試驗，進水nh4+-n為400.0mg/l、水力停留時間(hrt)16h、曝氣量40ml/min、溫度30℃條件下，反應(yīng)器出水nh4+-n為24.0mg/l、no3--n為42.0mg/l、no3--n為6.0mg/l，nh4+-n的去除率達到94％,，tn的去除率平均達到82％。
2017.2.15-2017.03.15進行的連續(xù)試驗，進水nh4+-n為800.0mg/l、水力停留時間(hrt)32h、曝氣量40ml/min、溫度30oc條件下，反應(yīng)器出水nh4+-n為80.0mg/l、no3--n為86.0mg/l、no3--n為8.0mg/l，nh4+-n的去除率達到90％，tn的去除率平均達到78％。
根據(jù)上述實驗結(jié)果，一體式廢水中高氨氮生物去除反應(yīng)濾柱在廢水氨氮濃度400mg/l～800mg/l、進水氨氮容積負荷為0.6～0.8kg/m3.d范圍內(nèi)，均可以對nh4+-n去除90％以上，對tn去除80％左右。