蘇饋足，徐得潛，王 偉，顏存奎

(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，合肥 230009)

目前，市售廢水生物處理實驗裝置眾多，但多為單一反應(yīng)器，工藝、處理水質(zhì)、水量相對固定，難以在學(xué)生實驗中靈活應(yīng)用，且價格昂貴［1－3］。因此，各高校均嘗試自制實驗平臺，以滿足創(chuàng)新實驗和綜合、設(shè)計實驗要求［4－5］。建立厭氧－好氧廢水生物處理綜合實驗平臺可為各教學(xué)環(huán)節(jié)提供輔助支持，并可保證課程實驗的順利進(jìn)行。同時，該裝置也可為本科生綜合創(chuàng)新實踐和其他課外創(chuàng)新活動提供實驗平臺。

該實驗裝置包括厭氧和好氧生物處理兩大部分，并分別采用實際工程應(yīng)用中效果較優(yōu)且功能多樣的成熟工藝，厭氧部分采用水解酸化+升流式厭氧污泥床(upflow anaerobic sludge bed，UASB)工藝;好氧部分采用SBR工藝，并在好氧段后加入活性炭吸附裝置改善出水水質(zhì)。

1 實驗裝置的創(chuàng)新點

1)將厭氧和好氧生物處理相結(jié)合，所處理水質(zhì)范圍更廣。

2)反應(yīng)器分段設(shè)計、運行靈活，可單獨作為好氧、厭氧、傳統(tǒng)活性污泥法、A/O法、A/A/O法、UCT法、MUCT法、MUCT－MBR法運行，更適合本科生進(jìn)行設(shè)計性、綜合性實驗使用。

3)加入溫度控制系統(tǒng)、pH控制系統(tǒng)及好氧自動控制系統(tǒng)，提高實驗的可控性、可操作性，更有利于提高學(xué)生自主創(chuàng)新和獨立思考能力。

2 實驗裝置的特性

針對目前實驗教學(xué)中存在的問題，開發(fā)研制厭氧－好氧廢水生物處理實驗裝置，從而為學(xué)生提供一套獨具設(shè)計性、創(chuàng)新性和綜合性的實驗裝置，為師生的科研提供先進(jìn)的硬件設(shè)施，以創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境。

2.1 實驗裝置的靈活操作性

通過厭氧－好氧工藝組合及反應(yīng)器的分段式設(shè)計，實現(xiàn)了實驗裝置較高的靈活性和綜合性。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水要求，可單獨作為好氧、厭氧、傳統(tǒng)活性污泥法、A/O法、A/A/O法運行，進(jìn)行廢水處理。另外，各反應(yīng)器均配置控制系統(tǒng)，可進(jìn)行運行參數(shù)的自行調(diào)節(jié)。例如，SBR污水處理實驗裝置，其運行參數(shù)如進(jìn)水、曝氣、沉淀和厭氧時間可通過時間控制器的自動控制實現(xiàn)任意組合。進(jìn)水、曝氣流量均可根據(jù)實驗研究目的通過流量計進(jìn)行調(diào)節(jié)，適合多種水質(zhì)及運行條件的要求。而且，設(shè)計中在反應(yīng)器主體部分設(shè)置多個縱向排列的閥門，可通過選擇出水口及進(jìn)水高度確定不同的排水比、有效體積等參數(shù)。因此，此實驗裝置充分利用了SBR的優(yōu)點，并綜合考慮其他因素，具備了很強(qiáng)的靈活操作性，非常適用于學(xué)生設(shè)計性、創(chuàng)新性和綜合性實驗及科研工作。

2.2 實驗裝置的經(jīng)濟(jì)實用性

由于該實驗裝置為組合工藝，在使用中可根據(jù)實際廢水的組成情況采用不同的工藝組合和控制條件，以達(dá)到運行費用最低、操作最簡單、處理效果最好的目的。而且，自動控制的實現(xiàn)大大提高了工作效率。裝置制作簡單，所有配件均可在市場購得，成本低廉、組裝方便。既可滿足實驗需要，又可節(jié)省資金。裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可較好模擬實際生產(chǎn)過程，研究結(jié)果可為生產(chǎn)實踐提供有益的理論指導(dǎo)。

2.3 實驗裝置的先進(jìn)性

氮和磷是引起水體富營養(yǎng)化的重要因素，而脫氮除磷是目前污水處理的難點和研究熱點之一。由于SBR試驗裝置可實現(xiàn)好氧－缺氧－厭氧的周期性運行，好氧階段可完成有機(jī)物去除、硝化和聚磷過程，而缺氧過程可進(jìn)行反硝化除磷，因此具有較好的脫氮除磷功能。而且，近幾年來好氧顆粒污泥以其良好的沉降性能備受關(guān)注，而SBR實驗裝置特有底物濃度隨運行時間而梯度下降的優(yōu)點，使其成為絕大多數(shù)好氧顆粒污泥成功培養(yǎng)的基礎(chǔ)。因此，該實驗裝置除用于常規(guī)的污水處理實驗研究外，還可用于污水脫氮除磷及好氧顆粒污泥培養(yǎng)等國內(nèi)外的熱點研究，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性。另外，厭氧+好氧+吸附的組合方式也可用于處理高濃度有機(jī)廢水，進(jìn)一步的吸附處理可達(dá)到更高處理標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.4 實驗裝置的多功能性

該實驗裝置可用于研究污水處理過程工藝參數(shù)確定、污水脫氮除磷技術(shù)與理論及厭氧好氧顆粒污泥培養(yǎng)等。不僅可用于學(xué)生設(shè)計性、創(chuàng)新性和綜合性實驗，還可作為校內(nèi)實習(xí)基地的一部分，用于學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)。而且，此裝置也適用于生活污水或有機(jī)工業(yè)廢水厭氧好氧生物處理相關(guān)的科學(xué)研究。

3 實驗裝置研制方案

厭氧－好氧廢水處理實驗裝置由水解酸化池、UASB、SBR、活性炭吸附柱、泵、水箱及支架等部件組成，如圖1所示。

圖1 厭氧－好氧污水生物處理實驗平臺示意圖

3.1 厭氧水解酸化池

水解酸化反應(yīng)器主要用于高濃度有機(jī)廢水的預(yù)處理，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1(a)所示。反應(yīng)器主要由一密閉反應(yīng)柱構(gòu)成，設(shè)有進(jìn)水管、出水管、攪拌器。進(jìn)水設(shè)備為蠕動泵，出水為自流出水或蠕動泵出水?？刂葡到y(tǒng)主要包括進(jìn)水流量控制系統(tǒng)、出水量控制系統(tǒng)、攪拌速度控制系統(tǒng)等。

3.2 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)

UASB反應(yīng)器為污水厭氧處理的主體部分，可降解大量的有機(jī)污染物。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(b)所示。反應(yīng)器為下進(jìn)水上出水的柱形結(jié)構(gòu)，外壁設(shè)保溫層，內(nèi)部從下至上為反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)，附配水封。三相分離區(qū)是UASB的核心，其基本結(jié)構(gòu)形式包含氣封、氣室、污泥回流縫和沉淀室。

3.3 序批式反應(yīng)器(SBR)

SBR反應(yīng)器為廢水好氧生物處理部分，可進(jìn)一步降低有機(jī)物和氮、磷的含量。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(c)所示。主要由反應(yīng)柱體、進(jìn)水與供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、水箱及支架等部件組成。柱體由有機(jī)玻璃制成，在不同高度設(shè)置有取樣口，柱體底部設(shè)放空口?？刂葡到y(tǒng)主要包括進(jìn)水流量控制系統(tǒng)、曝氣控制系統(tǒng)、排水控制系統(tǒng)等。統(tǒng)一由四路輸出時間程序控制器控制。

3.4 活性炭吸附柱

通過活性炭吸附，可進(jìn)一步降低廢水的SS和COD濃度，從而達(dá)到一級(A)排放標(biāo)準(zhǔn)甚至中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其示意圖如圖1(d)所示。反應(yīng)柱是活性炭吸附裝置的主體部分，水體的凈化過程在柱內(nèi)完成。柱內(nèi)分別填充活性炭(反應(yīng)層)、鵝卵石(承托層)等填料?？刂葡到y(tǒng)主要包括進(jìn)水流量控制系統(tǒng)、反沖洗過程控制系統(tǒng)等。

4 實驗裝置應(yīng)用

該裝置可廣泛應(yīng)用于污水、中水、微污染水凈化處理的工程實際、實驗教學(xué)及科研等活動，結(jié)合給水排水工程專業(yè)本科教學(xué)計劃及給排水實驗室的實驗教學(xué)計劃，本裝置可用于如下的教學(xué)、科研等項目:(1)為水處理微生物實驗、水處理實驗技術(shù)提供支撐;(2)為高年級本科生、研究生開展污水生物處理實驗提供平臺;(3)為大學(xué)生創(chuàng)新實驗、認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等實踐活動提供開放式實驗平臺;(4)為相關(guān)教師、研究生開展廢水生物處理等科研活動提供平臺。

5 結(jié)束語

采用好氧與厭氧相結(jié)合的方法，研制、開發(fā)、設(shè)計厭氧－好氧廢水處理實驗裝置。該實驗裝置可實現(xiàn)將難降解高濃度有機(jī)廢水處理成為達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)的中水。該套實驗裝置涵蓋了水解酸化、厭氧消化、產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷、去除有機(jī)物、脫氮除磷、吸附過濾等水和污水處理過程。該裝置成本低、運行效果穩(wěn)定、操作簡單，可為給水排水工程專業(yè)高年級學(xué)生及研究生開展綜合性和設(shè)計性實驗搭建平臺，也可用于認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和創(chuàng)新實驗等實踐活動環(huán)節(jié)中。

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