一种功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置的制作方法

本实用新型涉及生态环保技术领域，具体说是一种功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置。

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。

技术实现要素：

本实用新型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装配式污水生物处理实验装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置，该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法兰连接或软管顺序连接可组合成具有不同流态特征的大体积单元组合反应器，所述单元反应器或单元组合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，所述单元反应器或单元组合反应器、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具有不同工艺的污水生物处理实验装置。

本实用新型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头尾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，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。

本实用新型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。

本实用新型进一步的设计方案中，上述二沉池为竖流式，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。经生物处理后的混合液由中心管自上而下进入二沉池内，中心管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升。污泥通过重力沉降进入池底锥形污泥斗中，澄清水上升至二沉池筒体上端，沿周边溢出进入集水槽出流。

本发明进一步的设计方案中，上述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。具体工艺配置详见实施例。

本实用新型具有以下突出的有益效果：

本实用新型的一种功能可自由拓展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。

附图说明

图1为实施例1-7中污水生物处理单元反应器的结构示意图。

图2为实施例1中完全混合式活性污泥法工艺实验装置示意图。

图3为实施例2中传统活性污泥法工艺实验装置示意图。

图4为实施例3中缺氧/好氧（A/O）脱氮工艺实验装置示意图。

图5为实施例4中厌氧/好氧（A/O）除磷工艺实验装置示意图。

图6为实施例5中厌氧/缺氧/好氧（A²/O）同步脱氮除磷工艺实验装置示意图。

图7为实施例6中UCT同步脱氮除磷工艺实验装置示意图。

图8为实施例7中缺氧/好氧分段进水脱氮工艺实验装置示意图。

图中：1—循环出水口；2—上法兰；3—螺栓；4—放气口；5—上密封板；6—密封圈；7—出水口；8—筒体；9—污泥回流口；10—下密封板；11—进水口；12—下法兰；13—进气口；14—循环进水口；15—曝气盘；16—中心管；17—集水槽；18—二沉池筒体；19—伞形挡板；20—锥形污泥斗；21—污泥回流泵；22—内循环泵，a—厌氧段；b—缺氧段；c—好氧段；d—二沉池。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

参见附图1，一种功能可自由拓展的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15、内循环泵22和污泥回流泵21，多个单元反应器头尾连接可组合成大体积的单元组合反应器，单元反应器与曝气盘15和内循环泵22组合连接后可形成厌氧段、缺氧段和好氧段，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构成各种工艺的污水生物处理实验装置，包括传统活性污泥法、完全混合活性污泥法、缺氧/好氧（A/O）脱氮工艺、厌氧/好氧（A/O）除磷工艺、厌氧/缺氧/好氧（A²/O）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。

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设于二沉池筒体18下端，二沉池筒体18中心设有中心管16，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。经生物处理后的混合液由中心管16自上而下进入二沉池内，中心管16下设伞形挡板19使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升。污泥通过重力沉降进入池底锥形污泥斗20中，澄清水上升至二沉池筒体18上端，沿周边溢出进入集水槽17出流。

单元反应器包括柱状筒体8、上密封板5和下密封板10，筒体8两端分别设有上法兰2和下法兰12，通过上下法兰12能够实现筒体8之间的连接或筒体8与上下密封板10之间的密封连接；在法兰连接处还设置有实现更好密封的密封圈6，上密封板5和下密封板10上分别设有出气口和进水口11，柱状筒体8筒壁上设有带阀门的出水口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，内循环泵22进水管和出水管分别与筒体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，曝气盘15设于单元反应器内的底端，并与筒体8上的曝气盘15进气口13连接形成曝气系统。

多个的相同的污水生物处理单元反应器之间可通过法兰头尾连接或软管顺序连接两种形式形成生物处理单元组合反应器，以增大反应器工作体积，满足不同工艺、工况条件下对污水处理负荷和水力停留时间的要求。

相同功能的污水生物处理单元反应器或单元组合反应器的旁路循环进水口14和循环出水口1可通过旁路内循环泵22相连，形成反应器旁路内循环系统；或通过开启底部曝气系统，两种方式均可使反应器中混合液达到完全混合的状态。

开启旁路内循环系统或曝气系统的法兰连接单元组合反应器即为完全混合式生物反应器。多个（一般为3个以上）单元反应器通过软管顺序连接后组成的单元组合反应器，当每个单元反应器分别开启旁路内循环系统时，则整套单元组合反应器可模拟推流式生物反应器。

单元反应器上的出气口的阀门为放气阀，当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a；当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b；当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c。

不同功能的污水处理单元反应器或单元组合反应器间可通过循环水泵相连，形成混合液回流系统。从好氧段反应器到缺氧段反应器的混合液回流的可把好氧段反应器生成的硝酸盐氮回流到缺氧段反应器，以进行反硝化脱氮。从缺氧段反应器到厌氧段反应器的混合液回流可减少回流混合液中的硝酸盐含量，既可减弱厌氧段反应器的反硝化作用，降低反硝化菌对聚磷菌的碳源竞争，提高了聚磷菌可利用的易降解有机物量；又可使回流液中的溶解氧降低，保证了厌氧段反应器的厌氧环境，使厌氧释磷作用得到改善。

污水生物处理单元反应器的污泥回流口9可与二沉池污泥斗底部出流口通过污泥回流泵21相连，形成污泥回流系统。污泥回流可补充曝气池混合液流出带走的活性污泥，使曝气池内的悬浮固体浓度MLSS保持相对稳定，同时对缓冲进水水质的变化也能起到一定的作用。

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。多个不同功能的污水生物处理单元反应器或组合单元反应器可通过软管连接，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。具体描述如下：

模拟完全混合式活性污泥法时，2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，经二沉池泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统。参见附图2.

实施例2

功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置同实施例1。

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。参见附图3。

实施例3

功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置同实施例1。

模拟缺氧/好氧（A/O）脱氮工艺时，将3个单元反应器分别设置为缺氧段反应器和好氧段反应器，好氧段反应器为由2个单元反应器首尾连接而成的组合反应器，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，污泥回流泵与缺氧段反应器的污泥回流口连接；污水从缺氧段底端的进水口进入，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由缺氧段流至好氧段，然后进入二沉池，经二沉池泥水分离，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至缺氧段；同时，含硝态氮的好氧段混合液通过旁路回流至缺氧段。参见附图4。

实施例4

功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置同实施例1。

模拟厌氧/好氧（A/O）除磷工艺时，将3个单元反应器分别设置为厌氧段反应器和好氧段反应器，好氧段反应器为由2个单元反应器首尾连接而成的组合反应器，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；污水从厌氧段底端的进水口进入，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由厌氧段流至好氧段，然后进入二沉池，经二沉池泥水分离，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至厌氧段。参见附图5。

实施例5

功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置同实施例1。

模拟厌氧/缺氧/好氧（A²/O）同步脱氮除磷工艺时，将4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，好氧段反应器为由2个单元反应器首尾连接而成的组合反应器，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；污水与含磷回流污泥分别由厌氧段进水口和污泥回流口进入厌氧段，后经厌氧段进入缺氧段，再进入好氧段，最后进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放。沉淀污泥的一部分作为剩余污泥排放，另一部分通过污泥回流泵回流至厌氧段，形成污泥回流系统。好氧段混合液通过内循环泵回流至缺氧段，形成混合液回流系统。参见附图6。

实施例6

功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置同实施例1。

模拟UCT工艺时，将4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，好氧段反应器为由2个单元反应器首尾连接而成的组合反应器，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，污泥回流泵与厌氧段反应器的污泥回流口连接；污水与来自缺氧段的混合液回流由厌氧段进入；后进入缺氧段，与来自好氧段的混合液回流和来自二沉池的回流污泥混合；再进入好氧段；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缺氧段，另一部分作为剩余污泥排出。参见附图7。

实施例7

功能可自由拓展的装配式污水生物处理实验装置同实施例1。

模拟缺氧-好氧分段进水脱氮工艺时，将6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进入系统，系统中的混合液依次流经各单元反应器，末端好氧段出水进入二沉池，泥水分离后，剩余污泥排出，回流污泥直接回流至第一级的缺氧段。参见附图8。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。