本发明属于环境保护开发技术领域，涉及一种新型的高氨氮废水处理系统，具体涉及一种一体式高氨氮废水生物去除反应装置。
背景技术：
高氨氮废水主要来源于石油化工、养殖、畜牧、肉类加工等行业生产排放的废水以及城市生活垃圾渗滤液等。氨氮对环境的危害主要是进入水体后成为藻类等生物的营养元素，导致藻类短时间内大量繁殖，消耗水中的溶解氧，造成水体富营养化，破坏水生态系统。水体中的氨氮在一定条件下可转化成亚硝酸盐，严重危害水中生物及人类健康，给城市的生态文明建设带来困扰。高氨氮一直是废水处理的难题，目前对这类废水的处理方法主要有物理法(如加碱吹脱法、蒸汽吹脱法和吸附法)、化学法(如化学沉淀法、化学氧化法、电解法和离子交换法)及生物法等。
吹脱法适合高氨氮废水的初级处理，该方法成熟简单，但运行成本高、设备腐蚀严重，且易造成空气二次污染。吸附法则利用改性天然沸石对氨氮较强的选择吸附能力，具有效率高、设备体积小的特点，但再生频繁、操作管理复杂。化学法中的化学氧化法、化学沉淀法、电解法和离子交换法，虽工艺流程及设备简单、反应快速，但处理成本高昂或电耗较大。生物法去除废水中的氨氮时，单一的好氧生物法和单一的厌(缺)氧生物法均无法将氨氮直接转化为氮气，而传统方法一般采用好氧生物处理基础上的厌氧生物处理或缺氧处理，才能将氨氮转化为氮气，因此，传统方法存在构筑物多、设备投入大、好氧条件不易控制且能耗大的问题。因此，寻求一种高效的新型高氨氮废水处理设备很有必要。
技术实现要素：
针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种一体式高氨氮废水生物去除反应装置，在一体式大高径比的生物滤柱中将活性污泥法与生物膜法、好氧缺氧与厌氧环境复合，低能耗、小占地面积条件下实现对高氨氮废水的有效去除，降低氨氮对水环境的影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一体式高氨氮废水生物去除反应装置，包括滤柱、滤料、曝气单元和加热单元；
所述的滤柱包括主体区和锥体区，所述的主体区和锥体区之间设有隔板，所述的隔板上设有孔；
所述的滤料填充在主体区中；所述的主体区端部设有出水口和排气口；
所述的曝气单元设于锥体区，所述的锥体区设有进水口和排泥口；
所述的加热单元为滤柱的主体区提供能量；
所述的滤柱的高度与滤柱的主体区的直径比为10～13:1。
进一步的，所述的锥体区容积小于整个滤柱体积的8％。
进一步的，所述的主体区的柱身上设有多个填料采样口和水质采样口。
进一步的，所述的曝气单元包括曝气泵、流量计和曝气头，所述的曝气头设于锥体区中。
进一步的，所述的加热单元为加热丝，缠绕在滤柱主体区的柱身上。
进一步的，所述的滤料为比重接近于水的有机或无机多孔大尺寸填料。
进一步的，所述的填料的直径为8mm～12mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在一体式大高径比的生物滤柱中将活性污泥法与生物膜法、好氧缺氧与厌氧环境进行复合，低能耗、小占地面积条件下实现对高氨氮废水的有效去除，降低氨氮对水环境的影响。
(2)本发明装置可达到高氨氮废水的低能耗去除目的，并且可以节约90％以上的占地面积以及70％以上的设备投入，tn的去除率平均达到80％以上。运行方便、操作简单，可以分散独立安装于各个高浓度氨氮废水产生点，以削减接纳水体氮负荷，保障接纳水体水质，防治水体富营养化发生。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
附图中各标号的含义：5-隔板，6-进水口，7-排泥口，8-出水口，9-排气口，10-填料采样口，11-水质采样口；
(1-1)-主体区，(1-2)-锥体区；(3-1)-曝气泵，(3-2)-流量计，(3-3)-曝气头；(4-1)-加热丝。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
一体式高氨氮废水生物去除反应装置包括滤柱、滤料、曝气单元和加热单元，滤柱包括主体区1-1和锥体区1-2，主体区1-1和锥体区1-2之间设有隔板5，隔板5上设有孔；曝气单元设于锥体区，加热单元为滤柱的主体区1-1提供温度；滤料填充在主体区1-1中；锥体区1-2设有进水口6和排泥口7，主体区1-1端部设有出水口8和排气口9。
整个滤柱从锥体区至主体区分别形成活性污泥区和生物膜区(微生物附着在填料上形成生物膜)；进一步的，从活性污泥区和生物膜区依次形成好氧段、微氧至缺氧的过渡段、厌氧段，其中，过渡段的自然存在，丰富了反应器的菌群类型，增强了反应器的抗冲击能力。
本发明的锥体区不仅具有进水缓冲功能，而且整个锥体区形成活性污泥区，培养维持好氧活性污泥进行部分好氧氨氧化，此外还接收主体区脱落的生物膜进行剩余污泥排出。
本发明将好氧部分氨氧化过程、反硝化与厌氧氨氧化过程结合在一体式的大高径比的生物滤柱中，好氧段位于整个滤柱的底部，无需回流。利用生物滤柱底部锥形区微曝气的特点，实现污泥区与滤柱区以及滤柱区内的氧环境功能区化与联系，完成废水中高氨氮向氮气的转化。
本发明的大高径比的生物滤柱中将活性污泥法与生物膜法、好氧缺氧与厌氧环境进行复合，滤柱的高度与滤柱的主体区的直径比可达10～13:1；进一步的，本发明的滤料采用大尺寸的有机或无机多孔大尺寸填料，填料的比重接近于水，填料的直径为8mm～12mm，在该尺寸的填料下，水在滤柱中上升过程中的不易堵塞、阻力较小，一般水泵即可使废水从滤柱的锥体区被提升至主体区排出。同时大尺寸的填料可防止填料随出水流失。
本发明在锥体区布设曝气单元，一方面可保障空气通过微曝气的输入，主动实现氨氮的部分好氧氧化。另一方面，空气中氧气氧化产生的气体及空气中80％的固有氮气在滤柱中的上升逸出，在滤柱不需反冲洗条件下，可防止填料的堵塞，也有利于促进锥体区与主体区微生物的相互迁移，即滤柱中生物膜的脱落下沉及锥体区悬浮微生物的上移，避免不同区域微生物流失导致的系统崩溃。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例给出一种一体式高氨氮废水生物去除反应装置，其特征在于：包括滤柱、滤料、曝气单元和加热单元，滤柱包括主体区1-1和锥体区1-2，主体区1-1和锥体区1-2之间设有隔板5，隔板5上设有孔；曝气单元设于锥体区，加热单元为滤柱的主体区1-1提供温度；滤料填充在主体区1-1中；锥体区1-2设有进水口6和排泥口7，主体区1-1端部设有出水口8和排气口9
滤柱的高径比为10～13:1，锥体区1-2容积小于整个滤柱体积的8％。曝气单元包括曝气泵3-1、流量计3-2和曝气头3-3，曝气头3-3设于锥体区1-2中。
加热单元为加热丝4-1，缠绕在滤柱主体区的柱身上，保障系统运行时温度保持30±2℃，为监测水质的沿程变化，沿柱体侧身设置水质采样口11；为监测填料上微生物的沿程变化，沿柱体侧身设置填料采样口10；系统产生的剩余污泥通过排泥管4排出。
高氨氮废水的反应过程：高氨氮废水首先进入锥体区1-2，由气体流量计3-2控制的曝气泵3-1通过曝气头3-3进行微量曝气，微量曝气的废水上向流进入滤柱主体区1-1，在滤体主体区中，主体区1-1下端生物膜微生物继续消耗残余氧气进行部分好氧氨氧化，当滤柱中溶解氧消耗殆尽并存在有机物时进行反硝化，然后滤柱中上段进入厌氧区，此时废水中残余氨氮和亚硝氮发生厌氧氨氧化产生氮气。到出水口8处氨氮及总氮降至最低，该生化过程产生的氮气、曝气输入的氮气及氧化产生的气体从排气口9排出。
2016.8.01-2017.1.15进行的连续试验，进水nh4+-n为600.0mg/l、水力停留时间(hrt)24h、曝气量40ml/min、温度30℃条件下，反应器出水nh4+-n为42.0mg/l、no3--n为75.0mg/l、no3--n为2.0mg/l，nh4+-n的去除率达到93％,，tn的去除率平均达到80％。
2017.1.15-2017.02.15进行的连续试验，进水nh4+-n为400.0mg/l、水力停留时间(hrt)16h、曝气量40ml/min、温度30℃条件下，反应器出水nh4+-n为24.0mg/l、no3--n为42.0mg/l、no3--n为6.0mg/l，nh4+-n的去除率达到94％,，tn的去除率平均达到82％。
2017.2.15-2017.03.15进行的连续试验，进水nh4+-n为800.0mg/l、水力停留时间(hrt)32h、曝气量40ml/min、温度30oc条件下，反应器出水nh4+-n为80.0mg/l、no3--n为86.0mg/l、no3--n为8.0mg/l，nh4+-n的去除率达到90％，tn的去除率平均达到78％。
根据上述实验结果，一体式废水中高氨氮生物去除反应滤柱在废水氨氮浓度400mg/l～800mg/l、进水氨氮容积负荷为0.6～0.8kg/m3.d范围内，均可以对nh4+-n去除90％以上，对tn去除80％左右。