申请日2018.02.01
公开(公告)日2018.06.22
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34; C02F101/10; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种装配式污水生物处理实验装置及其工艺配置方法，包括若干单元反应器、二沉池、曝气盘、内循环泵和污泥回流泵，多个单元反应器可组合成大体积的单元组合反应器，单元反应器与曝气盘和内循环泵组合连接后可形成厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，单元反应器、二沉池、曝气盘、内循环泵和污泥回流泵可通过水管连接组合配置成各种不同工艺的污水生物处理实验装置。本发明装置结构简洁、工艺配置方法简便，功能丰富，造价低廉，装配方式灵活，可根据不同实验内容要求重复利用、自由组合，自主搭建各类污水生物处理实验平台，极大地提高了装置的实用性，在污水处理领域具有很高的应用价值。
权利要求书
1.一种装配式污水生物处理实验装置，其特征在于，包括若干单元反应器、二沉池、曝气盘(15)、内循环泵(22)和污泥回流泵(21)，多个所述单元反应器头尾连接可组合成大体积的单元组合反应器，所述单元反应器与所述曝气盘(15)和内循环泵(22)组合连接后可形成厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，所述单元反应器、二沉池、曝气盘(15)、内循环泵(22)和污泥回流泵(21)可通过水管连接组合配置成各种不同工艺的污水生物处理实验装置;
所述二沉池为竖流式，包括二沉池筒体(18)和锥形污泥斗(20)，锥形污泥斗(20)设于所述二沉池筒体(18)下端，所述二沉池筒体(18)中心设有中心管(16)，所述中心管(16)下端设有伞形挡板(19)，二沉池筒体(18)上端四周设有集水槽(17)，所述集水槽设有可排水出水口。
2.根据权利要求1所述的装配式污水生物处理实验装置，其特征在于，所述单元反应器包括柱状筒体(8)、上密封板(5)和下密封板(10)，所述筒体(8)两端分别设有上法兰(2)和下法兰(12)，通过上下法兰能够实现筒体(8)之间的连接或筒体(8)与上下密封板之间的密封连接;所述上密封板(5)和下密封板(10)上分别设有出气口和进水口(11)，所述柱状筒体(8)筒壁上设有出水口(7)、污泥回流口(9)、循环进水口(14)、循环出水口(1)和曝气盘(15)进气口(13)，所述内循环泵(22)进水管和出水管分别与所述筒体(8)上的循环出水口(1)和循环进水口(14)连接形成反应器旁路内循环系统，所述曝气盘(15)设于所述单元反应器内的底端，并与所述筒体(8)上的曝气盘(15)进气口(13)连接形成曝气系统。
3.根据权利要求1所述的装配式污水生物处理实验装置，其特征在于，所述出气口设有放气阀，当所述单元反应器的放气阀和曝气系统同时关闭且旁路内循环系统开启时形成厌氧段反应器;当所述单元反应器的放气阀开启，曝气系统关闭，旁路内循环系统开启时形成缺氧段反应器;当所述单元反应器的放气阀和曝气系统同时处于开启状态时形成好氧段反应器。
4.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟完全混合活性污泥法时，多个单元反应器通过法兰上下连接组成组合反应器;最上段单元反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与底段单元反应器的污泥回流口连接;开启曝气系统，将组合反应器设置为好氧段反应器;污水从组合反应器底端进水口进入，由二沉池回流的回流污泥也同步注入;污水与回流污泥形成的混合液在系统内呈完全均匀混合的状态，发生生化反应后由组合反应器的出水口流出，进入二沉池，经二沉池泥水分后，处理后出水和剩余污泥排出系统。
5.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟传统活性污泥法时，将3个以上个单元反应器通过软管依次顺序连接，前一个单元反应器的出水口连接至下一个单元反应器的进水口，每个单元反应器均设置为好氧段反应器;尾段单元反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与首段单元反应器的污泥回流口连接;污水从首段单元反应器进入，由二沉池回流的回流污泥也同步注入，污水与回流污泥形成的混合液在系统内整体呈推流式流动状态，由首段好氧反应器顺序流至末段好氧反应器，然后进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统。
6.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟缺氧/好氧(A/O)脱氮工艺时，将多个单元反应器分别设置为缺氧段反应器和好氧段反应器，缺氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，好氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至缺氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与缺氧段反应器的污泥回流口连接;污水从缺氧段反应器的进水口进入，由二沉池回流的回流污泥和好氧段回流的混合液也同步注入，污水与回流污泥和好氧段回流混合液形成的混合液由缺氧段反应器流至好氧段反应器，然后进入二沉池;经二沉池泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统。
7.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟厌氧/好氧(A/O)除磷工艺时，将多个单元反应器分别设置为厌氧段反应器和好氧段反应器，厌氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与厌氧段反应器的污泥回流口连接;污水与含磷回流污泥同步从厌氧段反应器底端的进水口进入，聚磷菌在厌氧环境条件下，将菌体内贮积的磷分解、释放，并摄取有机物在体内贮存能源和碳源，泥水混合物进入好氧段反应器的好氧条件下，聚磷菌可过量吸磷，同时污水中剩余的大部分有机物也在该池内得到氧化降解，然后进入二沉池，经二沉池泥水分离，富磷的剩余污泥排出系统。
8.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟厌氧/缺氧/好氧(A2/O)同步脱氮除磷工艺时，将多个单元反应器分别设置为厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，厌氧段反应器的出水口与缺氧段反应器的进水口连接，缺氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，好氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至缺氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与厌氧段反应器的污泥回流口连接;污水与来自二沉池的含磷回流污泥由厌氧段反应器进入，聚磷菌在这里完成释放磷和有机物摄取;混合液从厌氧段反应器进入缺氧段反应器，来自好氧段反应器富含的硝态氮混合液也同步回流进入缺氧段反应器，然后，混合液从缺氧段反应器进入好氧段反应器，发生有机物的去除、硝化和吸收磷等生物反应;最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理后出水排放，沉淀污泥的一部分回流到厌氧段反应器，另一部分作为富磷剩余污泥排放。
9.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟UCT工艺时，将多个单元反应器分别设置为厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，厌氧段反应器的出水口与缺氧段反应器的进水口连接，缺氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，缺氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至厌氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至缺氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与缺氧段反应器的进水口连接;污水与来自缺氧段反应器的混合液回流由厌氧段反应器进入，聚磷菌在此段完成释放磷和有机物摄取;然后进入缺氧段反应器，与来自好氧段反应器的混合液回流和来自二沉池的回流污泥混合，在缺氧段反应器中进行反硝化脱氮;然后进入好氧段反应器，发生有机物去除、硝化和吸收磷等生物反应;最后，混合液进入二沉池，进行泥水分离，上清液作为处理后出水排放，沉淀污泥的一部分回流到缺氧段反应器，另一部分作为富磷剩余污泥排放。
10.权利要求1-3所述的污水生物处理实验装置的工艺配置方法，其特征在于，模拟缺氧-好氧分段进水脱氮工艺时，将多个单元反应器分别设置为缺氧段反应器和好氧段反应器，并按照缺氧段反应器与好氧段反应器按顺序依次间隔交替排列连接，前一单元反应器的出水口连接后一单元反应器的进水口，最尾段好氧段反应器的出水口与二沉池的中心管通过管道连接，二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，污泥回流泵与首段单元反应器的污泥回流口连接;污水按设定比例分别由各缺氧段反应器的进水口进入系统;各段好氧段反应器硝化作用产生的富含硝态氮的混合液，可直接进入下一段缺氧段反应器，并利用污水中的碳源进行反硝化反应脱氮;尾段好氧段反应器出水进入二沉池，泥水分离后，回流污泥直接进入首段缺氧段反应器。
说明书
一种装配式污水生物处理实验装置及其工艺配置方法
技术领域
本发明涉及生态环保技术领域，具体说是一种功能可自由拓展的模块化装配式污水生物处理实验装置及其工艺配置方法。
背景技术
当前，随着工农业生产的迅速发展以及城市化进程的加快，含有高浓度的有机污染物和氮磷物质的生活污水、工业废水和农田地表水径流汇入湖泊、水库、河流和海湾水域，使藻类等植物大量繁殖，导致水体污染和富营养化问题严重。因此，对污水的有效处理和达标排放已成为当前我国环境保护工作重点;同时也是环境保护领域专业人才培养和新技术研发的重要内容。
科学实验既是高等教育人才培养体系中不可或缺的重要环节，也是科学研究和技术开发的必要手段;而实验装置与设施则是科学实验得以顺利实施的基础。通过污水处理装置开展相关污水处理实验，即可观测污水处理过程中的现象和效能，又可探索其内在的科学理论和规律，对指导工程设计和运行管理，开发新技术新工艺有着重要作用。相对于其他污水处理技术，污水生物处理具有效果好、费用低、适用性强等优点，是目前污水处理实践中首选的技术方法。但市售的污水处理实验装置“模型化”、“教具化”现象严重，多数仅可以用于简单的教学演示和观察，不可实际操作与模拟连续运行，功能上无法满足环境类和给排水类专业教学深度的要求。此外，现有污水处理教学与科研所用的实验装置大都为单元操作型或单一工艺型，且安装完成后无法拆卸、再次重新组装和改造，不能用于新型实验项目的开发，功能上无法满足实验教学和科技创新在内容拓展方面的需求。同时，现有装置还存在着价格高、寿命短、维修困难等方面的缺点。因此，亟待发明出一种功能丰富、可灵活拓展，并可自主装配的污水生物处理实验装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种功能可自由拓展的模块化装配式污水生物处理实验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种装配式污水生物处理实验装置，包括若干单元反应器、二沉池、曝气盘、内循环泵和污泥回流泵，多个所述单元反应器头尾连接可组合成大体积的单元组合反应器，所述单元反应器与所述曝气盘和内循环泵组合连接后可形成厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，所述单元反应器、二沉池、曝气盘、内循环泵和污泥回流泵可通过水管连接组合配置成各种不同工艺的污水生物处理实验装置;
所述二沉池为竖流式，包括二沉池筒体和锥形污泥斗，锥形污泥斗设于所述二沉池筒体下端，所述二沉池筒体中心设有中心管，所述中心管下端设有伞形挡板，二沉池筒体上端四周设有集水槽，所述集水槽设有可排水出水口。
本发明进一步的设计方案中，上述单元反应器包括柱状筒体、上密封板和下密封板，所述筒体两端分别设有上法兰和下法兰，通过上下法兰能够实现筒体之间的连接或筒体与上下密封板之间的密封连接;所述上密封板和下密封板上分别设有出气口和进水口生物处理实验装置，所述柱状筒体筒壁上设有出水口、污泥回流口、循环进水口、循环出水口和曝气盘进气口，所述内循环泵进水管和出水管分别与所述筒体上的循环出水口和循环进水口连接形成反应器旁路内循环系统，所述曝气盘设于所述单元反应器内的底端，并与所述筒体上的曝气盘进气口连接形成曝气系统。
本发明进一步的设计方案中，上述出气口设有放气阀，当所述单元反应器的放气阀和曝气系统同时关闭且旁路内循环系统开启时形成厌氧段反应器;当所述单元反应器的放气阀开启，曝气系统关闭，旁路内循环系统开启时形成缺氧段反应器;当所述单元反应器的放气阀和曝气系统同时处于开启状态时形成好氧段反应器。
本发明的另一目的是提供上述装配式污水生物处理实验装置的工艺配置方法。上述装配式污水生物处理实验装置通过单元反应器间的连接扩展，可改变单元工艺的有效工作体积，满足不同组合工艺中对单元工艺处理负荷和水力停留时间的要求。还可通过软管连接，形成不同形式的组合工艺，模拟多种经典污水生物处理工艺和新型同步脱氮除磷污水深度处理工艺，包括传统活性污泥法、完全混合活性污泥法、缺氧/好氧脱氮工艺、厌氧/好氧除磷工艺、厌氧/缺氧/好氧同步脱氮除磷工艺、UCT工艺和缺氧-好氧分段进水脱氮工艺等。具体分别详述如下：
模拟完全混合活性污泥法时，多个单元反应器通过法兰上下连接组成组合反应器;最上段单元反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与底段单元反应器的污泥回流口连接;开启曝气系统，将组合反应器设置为好氧段反应器;污水从组合反应器底端进水口进入，由二沉池回流的回流污泥也同步注入;污水与回流污泥形成的混合液在系统内呈完全均匀混合的状态，发生生化反应后由组合反应器的出水口流出，进入二沉池，经二沉池泥水分后，处理后出水和剩余污泥排出系统。
模拟传统活性污泥法时，将3个以上个单元反应器通过软管依次顺序连接，前一个单元反应器的出水口连接至下一个单元反应器的进水口，每个单元反应器均设置为好氧段反应器;尾段单元反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与首段单元反应器的污泥回流口连接;污水从首段单元反应器进入，由二沉池回流的回流污泥也同步注入，污水与回流污泥形成的混合液在系统内整体呈推流式流动状态，由首段好氧反应器顺序流至末段好氧反应器，然后进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统。
模拟缺氧/好氧(A/O)脱氮工艺时，将多个单元反应器分别设置为缺氧段反应器和好氧段反应器，缺氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，好氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至缺氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与缺氧段反应器的污泥回流口连接;污水从缺氧段反应器的进水口进入，由二沉池回流的回流污泥和好氧段回流的混合液也同步注入，污水与回流污泥和好氧段回流混合液形成的混合液由缺氧段反应器流至好氧段反应器，然后进入二沉池;经二沉池泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统。
模拟厌氧/好氧(A/O)除磷工艺时，将多个单元反应器分别设置为厌氧段反应器和好氧段反应器，厌氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与厌氧段反应器的污泥回流口连接;污水与含磷回流污泥同步从厌氧段反应器底端的进水口进入，聚磷菌在厌氧环境条件下，将菌体内贮积的磷分解、释放，并摄取有机物在体内贮存能源和碳源，泥水混合物进入好氧段反应器的好氧条件下，聚磷菌可过量吸磷，同时污水中剩余的大部分有机物也在该池内得到氧化降解，然后进入二沉池，经二沉池泥水分离，富磷的剩余污泥排出系统。
模拟厌氧/缺氧/好氧(A2/O)同步脱氮除磷工艺时，将多个单元反应器分别设置为厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，厌氧段反应器的出水口与缺氧段反应器的进水口连接，缺氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，好氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至缺氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与厌氧段反应器的污泥回流口连接;污水与来自二沉池的含磷回流污泥由厌氧段反应器进入，聚磷菌在这里完成释放磷和有机物摄取;混合液从厌氧段反应器进入缺氧段反应器，来自好氧段反应器富含的硝态氮混合液也同步回流进入缺氧段反应器，发生反硝化生物反应后，混合液从缺氧段反应器进入好氧段反应器，发生有机物的去除、硝化和吸收磷等生物反应;最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理后出水排放，沉淀污泥的一部分回流到厌氧段反应器，另一部分作为富磷剩余污泥排放。
模拟UCT工艺时，将多个单元反应器分别设置为厌氧段反应器、缺氧段反应器和好氧段反应器，厌氧段反应器的出水口与缺氧段反应器的进水口连接，缺氧段反应器的出水口与好氧段反应器的进水口连接，缺氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至厌氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的循环出水口连接内循环泵后连接至缺氧段反应器的污泥回流口，好氧段反应器的出水口与所述二沉池的中心管通过管道连接，所述二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，所述污泥回流泵与缺氧段反应器的进水口连接;污水与来自缺氧段反应器的混合液回流由厌氧段反应器进入，聚磷菌在此段完成释放磷和有机物摄取;然后进入缺氧段反应器，与来自好氧段反应器的混合液回流和来自二沉池的回流污泥混合，在缺氧段反应器中进行反硝化脱氮;然后进入好氧段反应器，发生有机物去除、硝化和吸收磷等生物反应;最后，混合液进入二沉池，进行泥水分离，上清液作为处理后出水排放，沉淀污泥的一部分回流到缺氧段反应器，另一部分作为富磷剩余污泥排放。
模拟缺氧-好氧分段进水脱氮工艺时，将多个单元反应器分别设置为缺氧段反应器和好氧段反应器，并按照缺氧段反应器与好氧段反应器按顺序依次间隔交替排列连接，前一单元反应器的出水口连接后一单元反应器的进水口，最尾段好氧段反应器的出水口与二沉池的中心管通过管道连接，二沉池的污泥出口通过三通管分别与外排口和污泥回流泵连接，污泥回流泵与首段单元反应器的污泥回流口连接;污水按设定分配比例分别由各缺氧段反应器的进水口进入系统;各段好氧段反应器硝化作用产生的富含硝态氮的混合液，可直接进入下一段缺氧段反应器，并利用污水中的碳源进行反硝化反应脱氮;尾段好氧段反应器出水进入二沉池，泥水分离后，回流污泥直接进入首段缺氧段反应器。
本发明具有以下突出的有益效果：
本发明的装配式污水生物处理实验装置，结构简洁、工艺配置方法简便，功能丰富。通过高度模块化的单元反应器间的简易组合和连接，即可实现多种污水生物处理工艺的模拟运行，又可实现生化反应器容积、功能和流态的灵活变化，具有极强的功能扩展性，一套装置可进行多项复杂的污水生物处理实验。此外，装置造价低廉，装配方式灵活方便，可根据不同实验内容要求重复利用、自由组合，自主搭建各类污水生物处理实验平台，极大地提高了装置的实用性，在污水处理领域具有很高的应用价值。
