厌氧－好氧废水生物处理实验平台的开发与研制

苏馈足，徐得潜，王 伟，颜存奎

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，合肥 230009)

目前，市售废水生物处理实验装置众多，但多为单一反应器，工艺、处理水质、水量相对固定，难以在学生实验中灵活应用，且价格昂贵［1－3］。因此，各高校均尝试自制实验平台，以满足创新实验和综合、设计实验要求［4－5］。建立厌氧－好氧废水生物处理综合实验平台可为各教学环节提供辅助支持，并可保证课程实验的顺利进行。同时，该装置也可为本科生综合创新实践和其他课外创新活动提供实验平台。

该实验装置包括厌氧和好氧生物处理两大部分，并分别采用实际工程应用中效果较优且功能多样的成熟工艺，厌氧部分采用水解酸化+升流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge bed，UASB)工艺;好氧部分采用SBR工艺，并在好氧段后加入活性炭吸附装置改善出水水质。

1 实验装置的创新点

1)将厌氧和好氧生物处理相结合，所处理水质范围更广。

2)反应器分段设计、运行灵活，可单独作为好氧、厌氧、传统活性污泥法、A/O法、A/A/O法、UCT法、MUCT法、MUCT－MBR法运行，更适合本科生进行设计性、综合性实验使用。

3)加入温度控制系统、pH控制系统及好氧自动控制系统，提高实验的可控性、可操作性，更有利于提高学生自主创新和独立思考能力。

2 实验装置的特性

针对目前实验教学中存在的问题，开发研制厌氧－好氧废水生物处理实验装置，从而为学生提供一套独具设计性、创新性和综合性的实验装置，为师生的科研提供先进的硬件设施，以创造良好的实验环境。

2.1 实验装置的灵活操作性

通过厌氧－好氧工艺组合及反应器的分段式设计，实现了实验装置较高的灵活性和综合性。根据进水水质和出水要求，可单独作为好氧、厌氧、传统活性污泥法、A/O法、A/A/O法运行，进行废水处理。另外，各反应器均配置控制系统，可进行运行参数的自行调节。例如，SBR污水处理实验装置，其运行参数如进水、曝气、沉淀和厌氧时间可通过时间控制器的自动控制实现任意组合。进水、曝气流量均可根据实验研究目的通过流量计进行调节，适合多种水质及运行条件的要求。而且，设计中在反应器主体部分设置多个纵向排列的阀门，可通过选择出水口及进水高度确定不同的排水比、有效体积等参数。因此，此实验装置充分利用了SBR的优点，并综合考虑其他因素，具备了很强的灵活操作性，非常适用于学生设计性、创新性和综合性实验及科研工作。

2.2 实验装置的经济实用性

由于该实验装置为组合工艺，在使用中可根据实际废水的组成情况采用不同的工艺组合和控制条件，以达到运行费用最低、操作最简单、处理效果最好的目的。而且，自动控制的实现大大提高了工作效率。装置制作简单，所有配件均可在市场购得，成本低廉、组装方便。既可满足实验需要，又可节省资金。装置结构紧凑，可较好模拟实际生产过程，研究结果可为生产实践提供有益的理论指导。

2.3 实验装置的先进性

氮和磷是引起水体富营养化的重要因素，而脱氮除磷是目前污水处理的难点和研究热点之一。由于SBR试验装置可实现好氧－缺氧－厌氧的周期性运行，好氧阶段可完成有机物去除、硝化和聚磷过程，而缺氧过程可进行反硝化除磷，因此具有较好的脱氮除磷功能。而且，近几年来好氧颗粒污泥以其良好的沉降性能备受关注，而SBR实验装置特有底物浓度随运行时间而梯度下降的优点，使其成为绝大多数好氧颗粒污泥成功培养的基础。因此，该实验装置除用于常规的污水处理实验研究外，还可用于污水脱氮除磷及好氧颗粒污泥培养等国内外的热点研究，具有较强的先进性。另外，厌氧+好氧+吸附的组合方式也可用于处理高浓度有机废水，进一步的吸附处理可达到更高处理标准的要求。

2.4 实验装置的多功能性

该实验装置可用于研究污水处理过程工艺参数确定、污水脱氮除磷技术与理论及厌氧好氧颗粒污泥培养等。不仅可用于学生设计性、创新性和综合性实验，还可作为校内实习基地的一部分，用于学生生产实习等实践环节。而且，此装置也适用于生活污水或有机工业废水厌氧好氧生物处理相关的科学研究。

3 实验装置研制方案

厌氧－好氧废水处理实验装置由水解酸化池、UASB、SBR、活性炭吸附柱、泵、水箱及支架等部件组成，如图1所示。

图1 厌氧－好氧污水生物处理实验平台示意图

3.1 厌氧水解酸化池

水解酸化反应器主要用于高浓度有机废水的预处理，其结构简图如图1(a)所示。反应器主要由一密闭反应柱构成，设有进水管、出水管、搅拌器。进水设备为蠕动泵，出水为自流出水或蠕动泵出水。控制系统主要包括进水流量控制系统、出水量控制系统、搅拌速度控制系统等。

3.2 升流式厌氧污泥床反应器(UASB)

UASB反应器为污水厌氧处理的主体部分，可降解大量的有机污染物。结构示意图如图1(b)所示。反应器为下进水上出水的柱形结构，外壁设保温层，内部从下至上为反应区和三相分离区，附配水封。三相分离区是UASB的核心，其基本结构形式包含气封、气室、污泥回流缝和沉淀室。

3.3 序批式反应器(SBR)

SBR反应器为废水好氧生物处理部分，可进一步降低有机物和氮、磷的含量。其结构示意图如图1(c)所示。主要由反应柱体、进水与供气系统、控制系统、水箱及支架等部件组成。柱体由有机玻璃制成，在不同高度设置有取样口，柱体底部设放空口。控制系统主要包括进水流量控制系统、曝气控制系统、排水控制系统等。统一由四路输出时间程序控制器控制。

3.4 活性炭吸附柱

通过活性炭吸附，可进一步降低废水的SS和COD浓度，从而达到一级(A)排放标准甚至中水水质标准。其示意图如图1(d)所示。反应柱是活性炭吸附装置的主体部分，水体的净化过程在柱内完成。柱内分别填充活性炭(反应层)、鹅卵石(承托层)等填料。控制系统主要包括进水流量控制系统、反冲洗过程控制系统等。

4 实验装置应用

该装置可广泛应用于污水、中水、微污染水净化处理的工程实际、实验教学及科研等活动，结合给水排水工程专业本科教学计划及给排水实验室的实验教学计划，本装置可用于如下的教学、科研等项目:(1)为水处理微生物实验、水处理实验技术提供支撑;(2)为高年级本科生、研究生开展污水生物处理实验提供平台;(3)为大学生创新实验、认识实习、生产实习等实践活动提供开放式实验平台;(4)为相关教师、研究生开展废水生物处理等科研活动提供平台。

5 结束语

采用好氧与厌氧相结合的方法，研制、开发、设计厌氧－好氧废水处理实验装置。该实验装置可实现将难降解高浓度有机废水处理成为达到回用标准的中水。该套实验装置涵盖了水解酸化、厌氧消化、产酸产甲烷、去除有机物、脱氮除磷、吸附过滤等水和污水处理过程。该装置成本低、运行效果稳定、操作简单，可为给水排水工程专业高年级学生及研究生开展综合性和设计性实验搭建平台，也可用于认识实习、生产实习和创新实验等实践活动环节中。

［1］潘杨，黄勇，沈耀良，等.水污染控制工程实验教学改革初探［J］.实验科学与技术，2011，9(2):139－140.

［2］陆谢娟，解清杰，任拥政，等.水处理综合创新实验平台的建设及实践［J］.实验室研究与探索，2008，27(5):123－126.

［3］樊开青，王平会.多功能污水生物处理实验装置的研制［J］.实验科学与技术，2008，6(5):154－156.

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［5］宫莹，吴云海.多功能污水处理实验装置的研制［J］.实验科学与技术，2012，10(5):24－25.