多功能自动化污水生物处理组合实验装置的制作方法
专利名称：多功能自动化污水生物处理组合实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理实验装置，具体涉及一种多功能自动化污水生物处理组合实 验装置，可用于教学与科研。
背景技术：
目前，水处理教学与科研所用的实验装置都为单元操作型或单一工艺型，只能进行 某一独立技术单元或某单一工艺流程的实验研究，不能在同一装置上将各技术单元组合 成不同的处理工艺，也不能在同一装置上同时运行不同的处理工艺进行不同的实验。不 能进行计算机操作和自动化运行。许多运行参数不能在线检测，不能通过计算机进行运 行参数.的自动调节与控制。检测数据不能由计算机显示、记录和查询，也不能以实时报 表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、保存和打印。其功能的多样性、使用 的灵活性、性能的可靠性及技术的先进性受到影响，且性价比低。
发明内容
本发明涉及一种水处理实验装置，具体涉及一种多功能自动化污水生物处理组合实 验装置，可用于教学和科研。该装置集厌氧、缺氧、好氧、二沉、脱氮、除磷等多种污 水生物处理基本技术单元于一体，能将各单元组合成40余种不同的处理工艺，还能将 可同时运行的工艺组合成40余种不同的运行方式，既能进行独立技术单元或单一工艺 的运行，也能按照某一运行方式运行不同的工艺、进行不同的实验。各单元设备可以看 到内部结构和运行状态，用耐腐蚀材料连接，整套装置耐腐蚀。该装置既可手动操作， 也可通过计算机操作、自动生成运行工艺和运行方式、自动运行、自动报警。利用该装 置可进行众多污水生物处理技术实验，出水可以达到深度处理标准。实验过程中，运行 参数在线检测并通过计算机自动调节与控制。检测数据可由计算机显示、记录与查询， 并能以实时报表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、保存、査询和打印。
本发明是以如下技术方案实现的 一种用于教学与科研的多功能自动化污水生物 处理组合实验装置，其特征在于它是一种由污水处理单元设备、水泵、风机、管道、阀 门、在线检测仪表、加热器、温度报警装置、液位开关、液位报警装置、变频器、支架、 工控机、控制柜、电缆等组成的处理工艺和运行方式可以变化的污水生物处理实验装置。
所述的污水处理单元设备包括调节池(1 )、 UASB反应器(3 )、水封(4 )、活性污泥 缺氧池(5)、生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)、接触氧化曝气池(8)、竖流沉 淀池(10)、混合反应池(11)、斜管沉淀池(12)和放磷池(13-1、 13-2)，闽门包括 电磁阀、电动阀、手阀和止回阀，在线检测仪表包括沼气表、电磁流量计、风速传感及 显示器、PH传感及显示器、压力传感及显示器、溶解氧传感及显示器、温度传感及显示
器、玻璃液位计和液位传感器。
该装置根据额定运行参数设计，各单元设备用有机玻璃制作并按照"调节池—UASB —活性污泥缺氧池/生物膜缺氧池—活性污泥曝气池/接触氧化池—混合反应池—斜管 沉淀池/竖流沉淀池—放磷池"的顺序排列，按照"厌氧—缺氧—好氧"的基本工艺路 线预设各种不同的处理工艺和运行方式，再按照操作控制要求预设各种运行搡作方式、 调节控制策略、检测方法和数据查询方法。单元设备、水泵和风机之间用塑料管道连接， 管道上安装各种控制阀门，设备与管道上安装检测仪表、液位开关、加热器和报警装置 等并设有采样点，设备支架上安装变频器和仪表显示器，水泵、风机、搅拌机、电磁阀、 电动阀、检测仪表、液位开关、加热器、报警装置、变频器、工控机和工控柜之间用电 缆连接，工控机安装专用的操作软件，以实现预设的处理工艺、运行方式、操作方式、 调节控制策略、检测方法和数据查询方法。所有设备、管道、闽门、仪表、调节控制装 置、报警装置等用不锈钢支架支撑或置于地面。
所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其仪表采集的信息通过电缆输送 给计算机，计算机根据采集的信息和操作者的指令进行运算与判断，再通过电缆将执行 指令发给执行机构，以实现系统的自动化运行。
所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，将污水生物处理基本技术单元组 合预设成40余种不同的处理工艺，再将可同时运行的不同工艺组合预设成40余种不同 的运行方式，并将它们储存在计算机中。可以人工切换手阀生成所需的处理工艺和运行 方式，再启动运行。也可通过计算机逐个切换电磁阀生成所需的处理工艺和运行方式， 再启动运行。还可通过计算机从储存的处理工艺和运行方式中选择所需的处理工艺和运 行方式，自动生成，自动运行。所以，该装置既可手动搡作，也可通过计算机操作，并 可以自动化运行；既能运行独立的技术单元或单一的处理工艺，也能同时运行不同的处 理工艺、进行不同的实验。
所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，默认的运行参数为额定运行参 数。选择处理工艺和运行方式再启动后，系统即在额定运行参数下运行。该装置的额定 运行参数为处理对象为各种可生化性较强的有机污水，处理水量lOOL.h-1。调节池有 效容积1. 0-1. 5m3,水温20-3(TC。UASB有效容积1. 0-3. 01113，进水COD=3000-10000rag. r1, 反应水温20-30°C,出水COD《500mg. 1—1， PH=6. 8-L 2。活性污泥缺氧池及生物膜缺氧 池有效容积0.3-1.0m3，污水回流比(1_5) :1,污泥回流比(0. 2-0. 6 ) : 1。活性污泥 曝气池有效容积1. 0-2. 0m3，进水COD《500mg.匸1,污泥回流比(0. 2-0. 5 ): 1。接触氧 化曝气池有效容积0. 5-1. 5m3,进水COD《500mg. 污泥回流比(0. 2-0. 5 ): 1。竖流 沉淀池表面负荷率0. 3-1. 5m3.nf2.h、有效停留时间1. 0-2. 5h,出水COD《30rag. 1—1。混合 反应池有效停留时间30s。斜管沉淀池表面负荷率1.0-L 0m3.ra—2.h—有效停留时间
0.5-1.Oh,出水COD《30mg. r1。放磷池有效停留时间10-30h。
系统运行后，运行参数可以通过手阀、变频器、电源开关等进行手动调节，其中流 量、水温、溶解氧(DO)和PH还能通过计算机自动调节。各部分的工作状态也可手动/ 自动调节。如手动调节水泵和风机出口阀门的开启度则可调节水泵和风机的出口流量， 手动调节变频器频率改变水泵和风机的转速也可调节水泵和风机的出口流量。计算机根 据流量设定值指令使变频器工作，改变泵和风机的转速可以调节其流量。计算机根据DO 设定值指令也能使变频器工作，以调节风机的流量和曝气池的DO。计算机根据流量设定 值指令使电动阀工作，可以调节其流量。计算机根据流量设定值指令也可直接改变水泵 的转速以调节其流量。手动开/关加热器可调节水温。计算机根据温度设定值指令开/关 加热器和报警装置可以调节水温并报警。计算机根据PH设定值指令改变加药泵流量可 以调节反应的PH。手动开/关水泵、风机、搅拌装置、加热器等的电源则可实现关闭或 开启。点击计算机操作界面的相关图形按钮可实现水泵、风机、搅拌装置、加热器、电 磁阀等的关闭或开启。调节池的下液位开关控制出水泵的开/停，水位达下限时报警并 停泵。水封的电子液位计将液位信号传给计算机，再由计算机控制进水电磁阀，达操作 水位时关闭进水电磁闽，低于操作水位时打开进水电磁阀，达到上限时关闭进水电磁阀 并报警，达到下限时打开进水电磁阀并报警。水封的上限水位开关也控制进水电磁阀， 水位达上限时关闭进水电磁阀并报警。总之，该装置既可手动操作，也可通过计算机操 作，自动调节与控制，自动化运行。
该装置各单元设有采样点和检测仪表，对水质和运行参数进行检测。其中，流量、 压力、PH、 D0、水温和液位等在线检测。在线检测数据既能由现场仪表直读，又能由计 算机显示、记录和查询，还能以实时报表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、 保存、查询和打印。实时报表列出了所有在线检测参数在查询时的实时检测数据，供查 阅、保存和打印。历史报表列出了系统自动保存的所查在线检测参数在所查时间段的历 史检测数据，供查阅和打印。历史曲线表示了系统自动保存的所查在线检测参数在所查 时间段的历史检测数据，供查阅和打印。历史曲线的横坐标为时间，纵坐标为参数。报 警窗口列出了实时报警信息和历史报警信息，供查阅。
该装置的调节控制系统由在线检测仪表、计算机、控制柜及执行机构等构成。其中， 计算机是该系统的核心。计算机安装了数据采集板卡和控制板卡，包含了数据釆集、数 据运算、人机界面和控制输出这四个完整的部分。这些板卡用于输出模拟量，控制变频 器、电动闽等执行机构，同时采集输入数字量，釆集现场的液位开关信号；用于釆集现
场检测仪表的数据，传输给计算机，显示在计算机界面上；用于输出数字量，对现场的
电磁阀、水泵、风机、搅拌电机等设备进行电源通断控制。
计算机还安装了本发明专用的操作软件，该软件是本发明的一部分。通过该软件实
现系统的计算机操作和自动化运行。
安装了专用软件的计算机有着丰富的图形界面，能按照预设指令实现装置的自动化 运行，实时处理现场数据，将数据以实时显示、实时报表、历史报表、历史曲线、报警 窗口等形式进行显示、保存、查询和打印。操作界面简洁、内容丰富、信息量充分、切
换灵活、操作方便，能确保装置性能优越、技术先进、实验过程快捷顺利。
在线检测仪表包括液体流量计、PH计、D0计、压力计、风量计、温度计和液位计
等，用于检测运行参数。
控制柜集中了装置的供配电系统，安装了所有的电路转接板和中间器件。 执行机构包括变频器、电动阀和电磁阀等。变频器用于调节水泵和风机的转速，以
调节其流量。电动阀通过改变本身流通截面来调节管道流量。电磁阀用于改变流体的流
向，生成不同的工艺。
计算机的搡作界面主要有主界面、运行方式选择界面、工艺流程选择界面、工艺流
程操作界面及其子界面、实时报表界面、历史报表界面、历史曲线界面、报警界面和硬
件测试界面等，界面之间可以灵活切换。利用这些界面可进行计算机操作。 本发明的优点是
(1) 各技术单元典型、成熟，并能组合成各种先进的新的处理工艺。所以，处理 效果好、性能稳定可靠、技术先进、性价比高。
(2) 集多种污水生物处理技术单元于一体，能生成多种不同的处理工艺和多种不 同的运行方式。能处理不同水质(种类与浓度)的有机污水，出水达到国家排放标准或 深度处理标准。既能进行独立技术单元或单一工艺的运行，又能同时运行不同的处理工 艺、进行不同的实验。所以，功能多、实验项目多、处理效果好、使用灵活、技术先进、 性价比高、用途广泛。
(3) 整套装置集中控制，既可手动操作，又可由计算机操作。自动生成运行工艺 和运行方式，自动运行，自动控制，自动报警。运行参数在线检测，自动调节。检测数 据既可现场直读，又可通过计算机显示、记录、查询和打印。专用软件的操作界面直观、 简洁、内容丰富、信息量充分、切换灵活、操作简便，能确保装置性能优越、技术先进、 实验过程快捷顺利。所以功能多、自动化水平高、处理效果好、性能稳定可靠、检测手 段先进、数据查询方便准确、搡作方便、使用灵活、技术先进、用途广泛。
总之，该装置功能多、自动化水平高、实验项目多、处理效果好、性能稳定可靠、 检测手段先进、数据查询方便准确、操作方便、使用灵活、技术先进、性价比高、用途 广泛。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步说明。附图所示为本发明的工艺流程简图。
图中，TA为温度报警，T为温度在线检测，LA为液位报警，L为液位在线检测，LS 为液位开关，PH、PH在线检测，A为采样点，SC为变频调节器，F为流量计，D0为溶 解氧在线检测，l为电磁阀，l为针形手阀，++为止回阀，w为球形手阀。
1、调节池，2-1、 2-2、 2-3、水泵，3、 UASB反应器，4、水封，5、活性污泥缺氧 池，6、生物膜缺氧池，7、活性污泥曝气池，8、接触氧化曝气池，9-1、 9-2、风机， 10、竖流沉淀池，11、混合反应池，12、斜管沉淀池，13-1、 13-2、放磷池。
l为调节池，方形，用于原污水的均质和贮存，由池体、减速机和搅拌浆等组成， 放置于地面。池体用PVC板材制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料制 作。搅拌浆通过联轴器与减速机连接，悬于减速机下。减速机固定在池体上端钢支架上。 池体放置于地面。池内装有加热器和温度传感器，以实现水温自动调节、在线检测(T) 和上限报警(TA)。还装有玻璃液位计和下限液位开关(LS)，以实现水位在线检测(L)、 下限自动停泵和下限报警(TA)。还装有PH传感器，以实现PH在线检测(PH)。
2-l至2-3等为水泵，用于提升污水和污泥，安装在出水设备下方的支架上。
3为UASB反应器，圆柱形，用于去除有机污染物，用有机玻璃制作，放置于地面。 自下而上化分为反应区和三相分离区2个区域。污水从池底部进入反应区，进行有机物 的厌氧分解。再上升至三相分离区，进行沼气、污水和污泥的三相分离。沼气经管道导 出，污泥回流至反应区，污水经顶部集水槽益出。反应器内装有温度传感器，以实现水 温在线检测(T)和上限报警(TA)。出口处装有PH传感器，以实现PH在线检测(PH)。
4为水封，圆柱形，用于控制UASB集气罩内水位、气隙高度和沼气压力，用有机玻 璃制作，放置于地面。水封装有液位标尺、液位传感器和上限液位开关(LS),以实现 水位在线检测(L)、水位上下限自动报警(LA)和水位自动控制。
5为活性污泥缺氧池，圆柱形，用于去除硝态氣，由池体、减速机、搅拌浆和曝气 头等组成。池体用有机玻璃制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料制作。 撹拌浆通过联轴器与减速机连接，悬于减速机下。减速机固定在池体上端支架上。曝气
头与池底布气软管连接，并固定在池底支架上。池体放置于不锈钢支架上。池内装有PH 和溶解氧传感器，以实现PH和溶解氧的在线检测(PH、 D0)及溶解氧调节。
6为生物膜缺氧池，圆柱形，用于去除硝态氮，由池体、减速机、搅拌浆、填料和 曝气头等组成。池体用有机玻璃制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料 制作。搅拌浆通过联轴器与减速机连接，并悬于减速机下。减速机固定在池体上端支架 上。填料置于池中部，用支架固定。曝气头与池底布气软管连接，并固定在池底支架上。
池体放置于不锈钢支架上。池内装有PH和溶解氧传感器，以实现PH和溶解氧的在线检 测(PH、 DO)及溶解氧调节。
7为活性污泥曝气池，方形，用于去除有机物和进行氮的硝化反应，由池体和曝气 头等组成。池体用有机玻璃制作。曝气头与池底布气软管连接，并固定在池底支架上。 池体放置于不锈钢支架上。池内装有溶解氧传感器，以实现溶解氧的在线检测(DO)和 自动调节。
8为接触氧化曝气池，方形，用于去除有机物和进行氮的硝化反应，由池体、填料 和曝气头等组成。池体用有机玻璃制作。填料置于池中部，固定在支架上。曝气头与池 底布气软管连接，并固定在池底支架上。池体放置于不锈钢支架上。池内装有溶解氧传 感器，以实现溶解氧的在线检测(DO)和自动调节。
9-l至9-2等为风机，用于鼓风曝气，安装在进气设备下方的支架上。
IO为竖流沉淀池，圆柱形，用于污泥的二次沉淀，用有机玻璃制作，放置于不锈钢 支架上。自上而下分为沉淀区和污泥斗2个区域。污水从池中心管垂直向下进入沉淀区 下端，经反射锥改变方向垂直向上进入沉淀区进行泥水分离，再从池上端溢出。沉淀污 泥进入池下部污泥斗蓄积。池出口处装有PH传感器，以实现PH在线检测(PH)。
ll为混合反应池，方形，用于药剂与污水的混合反应，用有机玻璃制作，其出水口 与斜管沉淀池的进水口直接相连，与斜管沉淀池连成一体。池内装有PH传感器，以实 现PH在线检测(PH)和自动调节。
12为斜管沉淀池，方形，用于污泥的二次沉淀，用有机玻璃制作，放置于不锈钢支 架上。自上而下分为清水区、沉淀区、缓冲区和污泥斗4个区域。污水从左侧进水区底 部连通口流出，自下而上依次进入缓冲区、沉淀区和清水区进行泥水分离。清水从池上 端集水槽溢出，污泥进入泥斗蓄积。
13-1至13-2为放磷池，圆简形，用于二沉池富磷污泥放磷，由池体、减速机和搅 拌浆等组成。池体用PVC板材制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料制 作。搅拌浆通过联轴器与减速机连接，悬于减速机下。减速机固定在池体上端钢支架上。 池体放置于不锈钢支架上。
各单元设备按照调节池(1 )、 UASB ( 3 )、活性污泥缺氧池(5 ) /生物膜缺氧池(6 )、 活性污泥曝气池(7) /接触氧化曝气池(8)、混合反应池(11)、竖流沉淀池U0) /斜 管沉淀池(12)、放磷池(A)(13-1) /放磷池(B)(13-2)的顺序依次排列。，其中，活 性污泥缺氧池(5)与生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)与接触氧化曝气池(8)、 竖流沉淀池U0)与斜管沉淀池(12)、放磷池(A) (13-1)与放磷池(B) (13-2)并 列，混合反应池(11)与斜管沉淀池(12)连为一体。水封(4)置于UASB (3)旁。水 泵(2-1 )、 ( 2-2 )及2-3等分别置于调节池(1 )、活性污泥曝气池(7 )、接触氧化曝气 池(8)、竖流沉淀池(10)及斜管沉淀池(12)等出水设备旁。风机(9-1)和(9_2)等分别置于活性污泥缺氧池(5)、生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)和接触氧 化曝气池(8)旁。
单元设备、水泵和风机之间用塑料管道连接，以进行流体输送和形成尽可能多的工艺流程和运行方式。污水总体流向为"调节池(1) —UASB (3)—缺氧池(5、 6)—曝 气池(7、 8)—混合反应池(11) — 二沉池(10、 12)",在附图1中用箭头表示。管道 上安装各种控制阀门，以实现单元设备的合理组合，形成不同的处理工艺和运行方式， 进行不同形式的流体输送，或进行流量调节。UASB、活性污泥缺氧池、生物膜缺氧池、 竖流沉淀池和斜管沉淀池的出口管道上及调节池内设有釆样点(A),以进行采样分析。 某些水泵出口管道上还安装电磁流量计，以实现流量在线检测与调节及发出流量电信 号。某些水泵旁的支架上安装了变频调节器，以实现水泵转速与流量的自动调节。某些 水泵可直接发出流量电信号和进行流量自动调节。风机出口管道上还安装了风量计和压 力传感器，以实现风量和风压的在线检测并发出风量和风压电信号。风机旁的支架上也 安装了变频调节器，以实现风机转速与风量的自动调节。某些设备支架上安装了仪表显 示器，以现场显示仪表测量值。
工控机和控制柜放置于地面上。水泵、风机、搅拌装置、电磁阀、电动阀、检测仪 表、液位开关、加热器、报警装置、变频器、工控机和控制柜等之间用电缆连接，以传 输电信号和输送电力。工控机安装专用的操作软件，以实现装置的计算机操作、处理工 艺与运行方式的自动生成、自动化运行、运行参数的在线检测与自动调节以及在线检测数据的计算机查询等功能。
所有设备、管道、阀门、仪表、调节控制装置、报警装置等用不锈钢支架支撑或置 于地面。
具体实施例方式
实施例1
用以下工艺处理某有机污水，要求出水达标排放。 原污水—调节池(A)—泵—UASB—活性污泥缺氧池—活性污泥曝气池—竖流沉淀池—排放—生物膜缺氧池—接触氧化池 - 混合反应池—斜管沉淀池—排放
(l)工艺过程及实验原理
将调节池(A)中污水泵入UASB反应器，进行厌氧降解，去除大部分有机物。UASB 出水分两路分别自流入活性污泥缺氧池和生物膜缺氧池，分别与从活性污泥曝气池和接 触氧化曝气池回流的硝化液混合，进行反硝化反应，去除污水中的氮和部分有机物。活 性污泥缺氧池和生物膜缺氧池出水分别自流入活性污泥曝气池和接触氧化曝气池，进行 好氧分解和硝化反应，去除剩余的有机物和将氮转化为硝态氮。活性污泥曝气池出水自 流入竖流沉淀池沉淀后排放。接触氧化曝气池出水自流入混合反应池进行混凝反应'再 自流入斜管沉淀池沉淀后排放。UASB产生的沼气经水封放空。活性污泥缺氧池和活性污 泥曝气池流失的污泥从竖流沉淀池回流补充。生物膜缺氧池和接触氧化曝气池流失的污 泥从斜管沉淀池回流补充。 (2) 实验步骤
① 生成工艺流程，启动实验
从本发明的《使用说明书》査实，该处理工艺用本发明可以生成，能够运行。 接通电源，使整个装置处于待用状态。打开计算机，进入"主界面"。 点击相关按钮，进入"工艺流程选择界面"。从列表中查找该工艺流程，再点击相
关按钮，进入该工艺流程所在运行方式的"工艺流程操作界面"。
点击相关按钮，选择和显示该工艺流程。再点击相关按钮，即自动生成该工艺流程，
并在额定运行参数下自动运行。
若想关闭/打开上述工艺流程的某条支路，或关闭/打开某电磁闽、搅拌电机、水泵
和风机，则点击相关图形元素即可。
② 查询在线检测数据
流量、压力、PH、 D0、水温和液位等在线检测。在线检测数据既能由现场检测仪表 直读，又能由计算机查询。计算机査询的途径有两种， 一是从参数文本框直读，二是用 "数据查询"按钮査询。
从"工艺流程搡作界面"上的运行参数文本框，可直读运行参数的设定值和测量值 (实时值)。
通过"工艺流程操作界面"上的"数据查询"按钮可进入"实时报表界面"、"历史 报表界面"、"历史曲线界面"和"报警界面"进行数据查询，以实时报表、历史报表、 历史曲线和报警窗口的形式显示、保存和打印在线检测数据。如点击"工艺流程操作界 面"上的"数据査询"按钮，再选择相关选项，即进入"历史报表界面"。再点击相关 按钮，选择所查历史时间段、间隔时间和参数变量，即生成历史报表。
③ 调节运行参数
流量、水温、溶解氧和PH等运行参数能通过计算机自动调节，只需在参数文本框 中输入目标值即可。如启动实验后，在"工艺流程操作界面"上找到某流量文本框，将 文本框中原设定值改为调节后的目标值。系统即自动将该流量调至目标值即新的设定值 下运行。此时，该流量文本框显示新的设定值和测量值(实际值)。
④ 测定运行效果，观察运行状态
测定运行参数调节前后的运行效果。采样点设在调节池中、厌氧反应器出口、缺氧 池出口和二沉池出口。水质检测项目有PH、 SS、 B0D5、 C0D、 NH厂N、 TN、 TP、有机酸等。
与此同时，观察装置的运行状态，即系统的稳定性、污泥沉降性能、污泥及污水的
颜色与气味等。状态检测项目有沼气产率、污泥浓度、污泥沉降比等。
(3) 确定处理工艺的可行性和最佳运行参数
根据运行效果和运行状态进行综合分析，确定处理工艺的可行性和最佳运行参数。 实施例2
用以下运行方式同时处理两种有机污水，在同一装置上同时进行两项实验，要求出
水达标排放。
原污水1 —调节池(A)—泵—UASB —排放
原污水2 —调节池(B)—活性污泥缺氧池—活性污泥曝气池—竖流沉淀池—排放
—生物膜缺氧池—接触氧化池—混合反应池—斜管沉淀池—排放 (1)工艺过程及实验原理
① 实验1
将调节池(A)中原污水1泵入UASB反应器，进行厌氧降解，去除有机物后排放。
② 实验2
将调节池(B)中原污水2分两路分别泵入活性污泥缺氧池和生物膜缺氧池，分别 与从活性污泥曝气池和接触氧化曝气池回流的硝化液混合，进行反硝化反应，去除污水 中的氮和部分有机物。活性污泥缺氧池和生物膜缺氧池出水分别自流入活性污泥曝气池 和接触氧化曝气池，进行好氧分解和硝化反应，去除剩余的有机物和将氮转化为硝态氮。 活性污泥曝气池出水自流入竖流沉淀池沉淀后排放。接触氧化曝气池出水自流入混合反 应池进行混凝反应，再自流入斜管沉淀池沉淀后排放。活性污泥缺氧池和活性污泥曝气 池流失的污泥从竖流沉淀池回流补充。生物膜缺氧池和接触氧化曝气池流失的污泥从斜 管沉淀池回流补充。 (2 )实验步骤
① 生成运行方式，启动实验
从本发明的《使用说明书》査实，该运行方式用本发明可以生成，能够运行。 接通电源，使整个装置处于待用状态。打开计算机，进入"主界面"。 点击相关按钮，进入"运行方式选择界面"。从列表中查找该运行方式，再点击相
关按钮，进入该运行方式的"工艺流程操作界面"。
点击相关按钮，选择和显示实验l的工艺流程。再点击相关按钮，即自动生成实验
l的工艺流程，并在额定的运行参数下自动运行。用同样的方法可选择和运行实验2的
工艺流程。对本实施例的运行方式，最多可同时运行上述2个工艺流程，进行2项实验。 若想关闭/打开上述工艺流程的某条支路，或关闭/打开某电磁阀、搅拌电机、水泵
和风机，则点击相关图形元素即可。
② 查询在线检测数据 同实施例l
③ 调节运行参数 同实施例l
④ 测定运行效果，观察运行状态 同实施例l
(3)确定处理工艺的可行性和最佳运行参数 同实施例l
权利要求
1.一种用于教学与科研的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于它是一种由污水处理单元设备、水泵、风机、管道、阀门、在线检测仪表、加热器、温度报警装置、液位开关、液位报警装置、变频器、支架、工控机、控制柜、电缆等组成的，处理工艺和运行方式可以变化的污水生物处理实验装置；所述的污水处理单元设备包括调节池(1)、UASB反应器(3)、水封(4)、活性污泥缺氧池(5)、生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)、接触氧化曝气池(8)、竖流沉淀池(10)、混合反应池(11)、斜管沉淀池(12)和放磷池(13-1、13-2)，阀门包括电磁阀、电动阀、手阀和止回阀，在线检测仪表包括沼气表、电磁流量计、风速传感及显示器、PH传感及显示器、压力传感及显示器、溶解氧传感及显示器、温度传感及显示器、玻璃液位计和液位传感器。
2. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的调节池(l)装有加热器、温度传感器、玻璃液位计、下限液位开关和PH传感器， UASB反应器(3)装有温度传感器和PH传感器，水封(4)装有液位标尺、液位传感器 和上限液位开关，活性污泥缺氧池(5)和生物膜缺氧池(6)皆装有PH和溶解氧传感 器，活性污泥曝气池(7)和接触氧化曝气池(8)皆装有溶解氧传感器，竖流沉淀池(IO) 和混合反应池(11)皆装有PH传感器。
3. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的单元设备、水泵和风机之间用塑料管道连接，污水总体流向为"调节池—UASB 反应器—缺氧池—曝气池—混合反应池—二沉池"；管道上安装各种控制阀门，以实现 单元设备的合理组合，形成不同的处理工艺和运行方式，进行不同形式的流体输送，或进行流量调节；管道上及调节池内设有采样点，以进行采样分析；管道上还安装了沼气表，以计量UASB的产气量；管道上还安装电磁流量计，以实现液体流量在线检测与调节及发出流量电信号；管道上还安装了风量计和压力传感器，以实现风量和风压的在线 检测并发出风量和风压电信号；设备支架上安装了变频器，以实现水泵、风机转速与流 量的自动调节；某些水泵可直接发出流量电信号和进行流量自动调节；设备支架上还安 装了电磁流量显示器、风速显示器、PH显示器、压力显示器、溶解氧显示器和温度显示 器，以现场显示测量值。
4. 根据权利要求1、 2、 3所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特 征在于所述的水泵、风机、搅拌装置、电磁阀、电动阀、检测仪表、液位开关、加热 器、温度报警装置、液位报警装置、变频器、工控机和控制柜等之间用电缆连接，将电 信号传输给计算机，进行集中控制和计算机操作。
5. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的工控机安装了专用的操作软件和程序，使得该装置既可手动操作，又可计算机操作；处理工艺和运行方式自动生成，自动化运行，自动控制；运行参数在线检测，自动调节；在线检测数据可通过计算机查询。
6. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于: 将所述的单元设备组合预设成45种不同的处理工艺，再将可同时运行的不同工艺组合 预设成40余种不同的运行方式，并将它们储存在计算机中；操作者可以人工切换手阀生成所需的处理工艺和运行方式，再启动运行；也可通过计算机逐个切换电磁阀生成所 需的处理工艺和运行方式，再启动运行；还可通过计算机从储存的处理工艺和运行方式 中选择所需的处理工艺和运行方式，启动后自动生成，自动运行；既能运行独立的技术 单元或单一的处理工艺，也能同时运行不同的处理工艺、进行不同的实验。
7. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 流量、水温、溶解氧和PH等运行参数可通过计算机自动调节，调节的方法为(l)在 计算机操作界面流量文本框输入流量设定值，计算机根据该指令使变频器工作，改变泵 和风机的转速，以调节其流量；(2)在计算机操作界面DO文本框输入DO设定值，计算 机根据该指令也能使变频器工作，调节风机的转速与流量，以调节曝气池的DO; (3)在 计算机操作界面流量文本框输入流量设定值，计算机根据该指令使电动阀工作，以调节 其流量；(4)在计算机操作界面流量文本框输入流量设定值，计算机也可根据该指令直 接改变水泵的转速，以调节其流量；(5)在计算机操作界面水温文本框输入水温设定值， 计算机根据该指令开/关调节池的加热器和报警装置，以调节水温并报警；(6)在计算机操作界面PH文本框输入PH设定值，计算机根据该指令改变加药泵流量，以调节混合 反应池的PH。
8. 据权利要求l、 5所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的自动控制为(1)调节池的下水位开关控制出水泵的开或停，水位达下限时停泵 并报警；(2)水封的电子液位计将液位信号传给计算机，再由计算机发出指令控制进水 电磁阀，达操作水位时关闭进水电磁阀，低于操作水位时打开进水电磁阔，达到上限时关闭进水电磁阀并报警，达到下限时打开进水电磁阀并报警；(3)水封的上限水位开关也控制进水电磁阀，水位达上限时关闭进水电磁阀并报警。
9. 根据权利要求l、 2、 3、 5所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其 特征在于液体流量、风量、压力、PH、 D0、水温和液位等运行参数在线检测，在线检 测数据既能由现场仪表直读又能由计算机显示、记录和査询，计算机査询的数据能以实 时报表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、保存和打印。
全文摘要
本发明涉及一种水处理实验装置，具体涉及一种多功能自动化污水生物处理组合实验装置，可用于教学和科研。该装置集多种污水生物处理基本技术单元于一体，能将各单元组合成40余种不同的处理工艺，还能将可同时运行的工艺组合成40余种不同的运行方式，既能进行独立技术单元或单一工艺的运行，也能按照某一运行方式运行不同的工艺、进行不同的实验。该装置既可手动操作，也可通过计算机操作、自动生成运行工艺和运行方式、自动运行、自动报警。利用该装置可进行众多污水生物处理技术实验，出水可以达到深度处理标准。实验过程中，运行参数在线检测并通过计算机自动调节与控制。检测数据可由计算机显示、记录与查询。
文档编号G09B25/02GK101201989SQ20071019224
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者袁秋生 申请人:徐州工业职业技术学院
技术领域：
本发明涉及一种水处理实验装置，具体涉及一种多功能自动化污水生物处理组合实 验装置，可用于教学与科研。
背景技术：
目前，水处理教学与科研所用的实验装置都为单元操作型或单一工艺型，只能进行 某一独立技术单元或某单一工艺流程的实验研究，不能在同一装置上将各技术单元组合 成不同的处理工艺，也不能在同一装置上同时运行不同的处理工艺进行不同的实验。不 能进行计算机操作和自动化运行。许多运行参数不能在线检测，不能通过计算机进行运 行参数.的自动调节与控制。检测数据不能由计算机显示、记录和查询，也不能以实时报 表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、保存和打印。其功能的多样性、使用 的灵活性、性能的可靠性及技术的先进性受到影响，且性价比低。
发明内容
本发明涉及一种水处理实验装置，具体涉及一种多功能自动化污水生物处理组合实 验装置，可用于教学和科研。该装置集厌氧、缺氧、好氧、二沉、脱氮、除磷等多种污 水生物处理基本技术单元于一体，能将各单元组合成40余种不同的处理工艺，还能将 可同时运行的工艺组合成40余种不同的运行方式，既能进行独立技术单元或单一工艺 的运行，也能按照某一运行方式运行不同的工艺、进行不同的实验。各单元设备可以看 到内部结构和运行状态，用耐腐蚀材料连接，整套装置耐腐蚀。该装置既可手动操作， 也可通过计算机操作、自动生成运行工艺和运行方式、自动运行、自动报警。利用该装 置可进行众多污水生物处理技术实验，出水可以达到深度处理标准。实验过程中，运行 参数在线检测并通过计算机自动调节与控制。检测数据可由计算机显示、记录与查询， 并能以实时报表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、保存、査询和打印。
本发明是以如下技术方案实现的 一种用于教学与科研的多功能自动化污水生物 处理组合实验装置，其特征在于它是一种由污水处理单元设备、水泵、风机、管道、阀 门、在线检测仪表、加热器、温度报警装置、液位开关、液位报警装置、变频器、支架、 工控机、控制柜、电缆等组成的处理工艺和运行方式可以变化的污水生物处理实验装置。
所述的污水处理单元设备包括调节池(1 )、 UASB反应器(3 )、水封(4 )、活性污泥 缺氧池(5)、生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)、接触氧化曝气池(8)、竖流沉 淀池(10)、混合反应池(11)、斜管沉淀池(12)和放磷池(13-1、 13-2)，闽门包括 电磁阀、电动阀、手阀和止回阀，在线检测仪表包括沼气表、电磁流量计、风速传感及 显示器、PH传感及显示器、压力传感及显示器、溶解氧传感及显示器、温度传感及显示
器、玻璃液位计和液位传感器。
该装置根据额定运行参数设计，各单元设备用有机玻璃制作并按照"调节池—UASB —活性污泥缺氧池/生物膜缺氧池—活性污泥曝气池/接触氧化池—混合反应池—斜管 沉淀池/竖流沉淀池—放磷池"的顺序排列，按照"厌氧—缺氧—好氧"的基本工艺路 线预设各种不同的处理工艺和运行方式，再按照操作控制要求预设各种运行搡作方式、 调节控制策略、检测方法和数据查询方法。单元设备、水泵和风机之间用塑料管道连接， 管道上安装各种控制阀门，设备与管道上安装检测仪表、液位开关、加热器和报警装置 等并设有采样点，设备支架上安装变频器和仪表显示器，水泵、风机、搅拌机、电磁阀、 电动阀、检测仪表、液位开关、加热器、报警装置、变频器、工控机和工控柜之间用电 缆连接，工控机安装专用的操作软件，以实现预设的处理工艺、运行方式、操作方式、 调节控制策略、检测方法和数据查询方法。所有设备、管道、闽门、仪表、调节控制装 置、报警装置等用不锈钢支架支撑或置于地面。
所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其仪表采集的信息通过电缆输送 给计算机，计算机根据采集的信息和操作者的指令进行运算与判断，再通过电缆将执行 指令发给执行机构，以实现系统的自动化运行。
所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，将污水生物处理基本技术单元组 合预设成40余种不同的处理工艺，再将可同时运行的不同工艺组合预设成40余种不同 的运行方式，并将它们储存在计算机中。可以人工切换手阀生成所需的处理工艺和运行 方式，再启动运行。也可通过计算机逐个切换电磁阀生成所需的处理工艺和运行方式， 再启动运行。还可通过计算机从储存的处理工艺和运行方式中选择所需的处理工艺和运 行方式，自动生成，自动运行。所以，该装置既可手动搡作，也可通过计算机操作，并 可以自动化运行；既能运行独立的技术单元或单一的处理工艺，也能同时运行不同的处 理工艺、进行不同的实验。
所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，默认的运行参数为额定运行参 数。选择处理工艺和运行方式再启动后，系统即在额定运行参数下运行。该装置的额定 运行参数为处理对象为各种可生化性较强的有机污水，处理水量lOOL.h-1。调节池有 效容积1. 0-1. 5m3,水温20-3(TC。UASB有效容积1. 0-3. 01113，进水COD=3000-10000rag. r1, 反应水温20-30°C,出水COD《500mg. 1—1， PH=6. 8-L 2。活性污泥缺氧池及生物膜缺氧 池有效容积0.3-1.0m3，污水回流比(1_5) :1,污泥回流比(0. 2-0. 6 ) : 1。活性污泥 曝气池有效容积1. 0-2. 0m3，进水COD《500mg.匸1,污泥回流比(0. 2-0. 5 ): 1。接触氧 化曝气池有效容积0. 5-1. 5m3,进水COD《500mg. 污泥回流比(0. 2-0. 5 ): 1。竖流 沉淀池表面负荷率0. 3-1. 5m3.nf2.h、有效停留时间1. 0-2. 5h,出水COD《30rag. 1—1。混合 反应池有效停留时间30s。斜管沉淀池表面负荷率1.0-L 0m3.ra—2.h—有效停留时间
0.5-1.Oh,出水COD《30mg. r1。放磷池有效停留时间10-30h。
系统运行后，运行参数可以通过手阀、变频器、电源开关等进行手动调节，其中流 量、水温、溶解氧(DO)和PH还能通过计算机自动调节。各部分的工作状态也可手动/ 自动调节。如手动调节水泵和风机出口阀门的开启度则可调节水泵和风机的出口流量， 手动调节变频器频率改变水泵和风机的转速也可调节水泵和风机的出口流量。计算机根 据流量设定值指令使变频器工作，改变泵和风机的转速可以调节其流量。计算机根据DO 设定值指令也能使变频器工作，以调节风机的流量和曝气池的DO。计算机根据流量设定 值指令使电动阀工作，可以调节其流量。计算机根据流量设定值指令也可直接改变水泵 的转速以调节其流量。手动开/关加热器可调节水温。计算机根据温度设定值指令开/关 加热器和报警装置可以调节水温并报警。计算机根据PH设定值指令改变加药泵流量可 以调节反应的PH。手动开/关水泵、风机、搅拌装置、加热器等的电源则可实现关闭或 开启。点击计算机操作界面的相关图形按钮可实现水泵、风机、搅拌装置、加热器、电 磁阀等的关闭或开启。调节池的下液位开关控制出水泵的开/停，水位达下限时报警并 停泵。水封的电子液位计将液位信号传给计算机，再由计算机控制进水电磁阀，达操作 水位时关闭进水电磁闽，低于操作水位时打开进水电磁阀，达到上限时关闭进水电磁阀 并报警，达到下限时打开进水电磁阀并报警。水封的上限水位开关也控制进水电磁阀， 水位达上限时关闭进水电磁阀并报警。总之，该装置既可手动操作，也可通过计算机操 作，自动调节与控制，自动化运行。
该装置各单元设有采样点和检测仪表，对水质和运行参数进行检测。其中，流量、 压力、PH、 D0、水温和液位等在线检测。在线检测数据既能由现场仪表直读，又能由计 算机显示、记录和查询，还能以实时报表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、 保存、查询和打印。实时报表列出了所有在线检测参数在查询时的实时检测数据，供查 阅、保存和打印。历史报表列出了系统自动保存的所查在线检测参数在所查时间段的历 史检测数据，供查阅和打印。历史曲线表示了系统自动保存的所查在线检测参数在所查 时间段的历史检测数据，供查阅和打印。历史曲线的横坐标为时间，纵坐标为参数。报 警窗口列出了实时报警信息和历史报警信息，供查阅。
该装置的调节控制系统由在线检测仪表、计算机、控制柜及执行机构等构成。其中， 计算机是该系统的核心。计算机安装了数据采集板卡和控制板卡，包含了数据釆集、数 据运算、人机界面和控制输出这四个完整的部分。这些板卡用于输出模拟量，控制变频 器、电动闽等执行机构，同时采集输入数字量，釆集现场的液位开关信号；用于釆集现
场检测仪表的数据，传输给计算机，显示在计算机界面上；用于输出数字量，对现场的
电磁阀、水泵、风机、搅拌电机等设备进行电源通断控制。
计算机还安装了本发明专用的操作软件，该软件是本发明的一部分。通过该软件实
现系统的计算机操作和自动化运行。
安装了专用软件的计算机有着丰富的图形界面，能按照预设指令实现装置的自动化 运行，实时处理现场数据，将数据以实时显示、实时报表、历史报表、历史曲线、报警 窗口等形式进行显示、保存、查询和打印。操作界面简洁、内容丰富、信息量充分、切
换灵活、操作方便，能确保装置性能优越、技术先进、实验过程快捷顺利。
在线检测仪表包括液体流量计、PH计、D0计、压力计、风量计、温度计和液位计
等，用于检测运行参数。
控制柜集中了装置的供配电系统，安装了所有的电路转接板和中间器件。 执行机构包括变频器、电动阀和电磁阀等。变频器用于调节水泵和风机的转速，以
调节其流量。电动阀通过改变本身流通截面来调节管道流量。电磁阀用于改变流体的流
向，生成不同的工艺。
计算机的搡作界面主要有主界面、运行方式选择界面、工艺流程选择界面、工艺流
程操作界面及其子界面、实时报表界面、历史报表界面、历史曲线界面、报警界面和硬
件测试界面等，界面之间可以灵活切换。利用这些界面可进行计算机操作。 本发明的优点是
(1) 各技术单元典型、成熟，并能组合成各种先进的新的处理工艺。所以，处理 效果好、性能稳定可靠、技术先进、性价比高。
(2) 集多种污水生物处理技术单元于一体，能生成多种不同的处理工艺和多种不 同的运行方式。能处理不同水质(种类与浓度)的有机污水，出水达到国家排放标准或 深度处理标准。既能进行独立技术单元或单一工艺的运行，又能同时运行不同的处理工 艺、进行不同的实验。所以，功能多、实验项目多、处理效果好、使用灵活、技术先进、 性价比高、用途广泛。
(3) 整套装置集中控制，既可手动操作，又可由计算机操作。自动生成运行工艺 和运行方式，自动运行，自动控制，自动报警。运行参数在线检测，自动调节。检测数 据既可现场直读，又可通过计算机显示、记录、查询和打印。专用软件的操作界面直观、 简洁、内容丰富、信息量充分、切换灵活、操作简便，能确保装置性能优越、技术先进、 实验过程快捷顺利。所以功能多、自动化水平高、处理效果好、性能稳定可靠、检测手 段先进、数据查询方便准确、搡作方便、使用灵活、技术先进、用途广泛。
总之，该装置功能多、自动化水平高、实验项目多、处理效果好、性能稳定可靠、 检测手段先进、数据查询方便准确、操作方便、使用灵活、技术先进、性价比高、用途 广泛。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步说明。附图所示为本发明的工艺流程简图。
图中，TA为温度报警，T为温度在线检测，LA为液位报警，L为液位在线检测，LS 为液位开关，PH、PH在线检测，A为采样点，SC为变频调节器，F为流量计，D0为溶 解氧在线检测，l为电磁阀，l为针形手阀，++为止回阀，w为球形手阀。
1、调节池，2-1、 2-2、 2-3、水泵，3、 UASB反应器，4、水封，5、活性污泥缺氧 池，6、生物膜缺氧池，7、活性污泥曝气池，8、接触氧化曝气池，9-1、 9-2、风机， 10、竖流沉淀池，11、混合反应池，12、斜管沉淀池，13-1、 13-2、放磷池。
l为调节池，方形，用于原污水的均质和贮存，由池体、减速机和搅拌浆等组成， 放置于地面。池体用PVC板材制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料制 作。搅拌浆通过联轴器与减速机连接，悬于减速机下。减速机固定在池体上端钢支架上。 池体放置于地面。池内装有加热器和温度传感器，以实现水温自动调节、在线检测(T) 和上限报警(TA)。还装有玻璃液位计和下限液位开关(LS)，以实现水位在线检测(L)、 下限自动停泵和下限报警(TA)。还装有PH传感器，以实现PH在线检测(PH)。
2-l至2-3等为水泵，用于提升污水和污泥，安装在出水设备下方的支架上。
3为UASB反应器，圆柱形，用于去除有机污染物，用有机玻璃制作，放置于地面。 自下而上化分为反应区和三相分离区2个区域。污水从池底部进入反应区，进行有机物 的厌氧分解。再上升至三相分离区，进行沼气、污水和污泥的三相分离。沼气经管道导 出，污泥回流至反应区，污水经顶部集水槽益出。反应器内装有温度传感器，以实现水 温在线检测(T)和上限报警(TA)。出口处装有PH传感器，以实现PH在线检测(PH)。
4为水封，圆柱形，用于控制UASB集气罩内水位、气隙高度和沼气压力，用有机玻 璃制作，放置于地面。水封装有液位标尺、液位传感器和上限液位开关(LS),以实现 水位在线检测(L)、水位上下限自动报警(LA)和水位自动控制。
5为活性污泥缺氧池，圆柱形，用于去除硝态氣，由池体、减速机、搅拌浆和曝气 头等组成。池体用有机玻璃制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料制作。 撹拌浆通过联轴器与减速机连接，悬于减速机下。减速机固定在池体上端支架上。曝气
头与池底布气软管连接，并固定在池底支架上。池体放置于不锈钢支架上。池内装有PH 和溶解氧传感器，以实现PH和溶解氧的在线检测(PH、 D0)及溶解氧调节。
6为生物膜缺氧池，圆柱形，用于去除硝态氮，由池体、减速机、搅拌浆、填料和 曝气头等组成。池体用有机玻璃制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料 制作。搅拌浆通过联轴器与减速机连接，并悬于减速机下。减速机固定在池体上端支架 上。填料置于池中部，用支架固定。曝气头与池底布气软管连接，并固定在池底支架上。
池体放置于不锈钢支架上。池内装有PH和溶解氧传感器，以实现PH和溶解氧的在线检 测(PH、 DO)及溶解氧调节。
7为活性污泥曝气池，方形，用于去除有机物和进行氮的硝化反应，由池体和曝气 头等组成。池体用有机玻璃制作。曝气头与池底布气软管连接，并固定在池底支架上。 池体放置于不锈钢支架上。池内装有溶解氧传感器，以实现溶解氧的在线检测(DO)和 自动调节。
8为接触氧化曝气池，方形，用于去除有机物和进行氮的硝化反应，由池体、填料 和曝气头等组成。池体用有机玻璃制作。填料置于池中部，固定在支架上。曝气头与池 底布气软管连接，并固定在池底支架上。池体放置于不锈钢支架上。池内装有溶解氧传 感器，以实现溶解氧的在线检测(DO)和自动调节。
9-l至9-2等为风机，用于鼓风曝气，安装在进气设备下方的支架上。
IO为竖流沉淀池，圆柱形，用于污泥的二次沉淀，用有机玻璃制作，放置于不锈钢 支架上。自上而下分为沉淀区和污泥斗2个区域。污水从池中心管垂直向下进入沉淀区 下端，经反射锥改变方向垂直向上进入沉淀区进行泥水分离，再从池上端溢出。沉淀污 泥进入池下部污泥斗蓄积。池出口处装有PH传感器，以实现PH在线检测(PH)。
ll为混合反应池，方形，用于药剂与污水的混合反应，用有机玻璃制作，其出水口 与斜管沉淀池的进水口直接相连，与斜管沉淀池连成一体。池内装有PH传感器，以实 现PH在线检测(PH)和自动调节。
12为斜管沉淀池，方形，用于污泥的二次沉淀，用有机玻璃制作，放置于不锈钢支 架上。自上而下分为清水区、沉淀区、缓冲区和污泥斗4个区域。污水从左侧进水区底 部连通口流出，自下而上依次进入缓冲区、沉淀区和清水区进行泥水分离。清水从池上 端集水槽溢出，污泥进入泥斗蓄积。
13-1至13-2为放磷池，圆简形，用于二沉池富磷污泥放磷，由池体、减速机和搅 拌浆等组成。池体用PVC板材制作，减速机为摆线针轮减速机，搅拌浆用不锈钢材料制 作。搅拌浆通过联轴器与减速机连接，悬于减速机下。减速机固定在池体上端钢支架上。 池体放置于不锈钢支架上。
各单元设备按照调节池(1 )、 UASB ( 3 )、活性污泥缺氧池(5 ) /生物膜缺氧池(6 )、 活性污泥曝气池(7) /接触氧化曝气池(8)、混合反应池(11)、竖流沉淀池U0) /斜 管沉淀池(12)、放磷池(A)(13-1) /放磷池(B)(13-2)的顺序依次排列。，其中，活 性污泥缺氧池(5)与生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)与接触氧化曝气池(8)、 竖流沉淀池U0)与斜管沉淀池(12)、放磷池(A) (13-1)与放磷池(B) (13-2)并 列，混合反应池(11)与斜管沉淀池(12)连为一体。水封(4)置于UASB (3)旁。水 泵(2-1 )、 ( 2-2 )及2-3等分别置于调节池(1 )、活性污泥曝气池(7 )、接触氧化曝气 池(8)、竖流沉淀池(10)及斜管沉淀池(12)等出水设备旁。风机(9-1)和(9_2)等分别置于活性污泥缺氧池(5)、生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)和接触氧 化曝气池(8)旁。
单元设备、水泵和风机之间用塑料管道连接，以进行流体输送和形成尽可能多的工艺流程和运行方式。污水总体流向为"调节池(1) —UASB (3)—缺氧池(5、 6)—曝 气池(7、 8)—混合反应池(11) — 二沉池(10、 12)",在附图1中用箭头表示。管道 上安装各种控制阀门，以实现单元设备的合理组合，形成不同的处理工艺和运行方式， 进行不同形式的流体输送，或进行流量调节。UASB、活性污泥缺氧池、生物膜缺氧池、 竖流沉淀池和斜管沉淀池的出口管道上及调节池内设有釆样点(A),以进行采样分析。 某些水泵出口管道上还安装电磁流量计，以实现流量在线检测与调节及发出流量电信 号。某些水泵旁的支架上安装了变频调节器，以实现水泵转速与流量的自动调节。某些 水泵可直接发出流量电信号和进行流量自动调节。风机出口管道上还安装了风量计和压 力传感器，以实现风量和风压的在线检测并发出风量和风压电信号。风机旁的支架上也 安装了变频调节器，以实现风机转速与风量的自动调节。某些设备支架上安装了仪表显 示器，以现场显示仪表测量值。
工控机和控制柜放置于地面上。水泵、风机、搅拌装置、电磁阀、电动阀、检测仪 表、液位开关、加热器、报警装置、变频器、工控机和控制柜等之间用电缆连接，以传 输电信号和输送电力。工控机安装专用的操作软件，以实现装置的计算机操作、处理工 艺与运行方式的自动生成、自动化运行、运行参数的在线检测与自动调节以及在线检测数据的计算机查询等功能。
所有设备、管道、阀门、仪表、调节控制装置、报警装置等用不锈钢支架支撑或置 于地面。
具体实施例方式
实施例1
用以下工艺处理某有机污水，要求出水达标排放。 原污水—调节池(A)—泵—UASB—活性污泥缺氧池—活性污泥曝气池—竖流沉淀池—排放—生物膜缺氧池—接触氧化池 - 混合反应池—斜管沉淀池—排放
(l)工艺过程及实验原理
将调节池(A)中污水泵入UASB反应器，进行厌氧降解，去除大部分有机物。UASB 出水分两路分别自流入活性污泥缺氧池和生物膜缺氧池，分别与从活性污泥曝气池和接 触氧化曝气池回流的硝化液混合，进行反硝化反应，去除污水中的氮和部分有机物。活 性污泥缺氧池和生物膜缺氧池出水分别自流入活性污泥曝气池和接触氧化曝气池，进行 好氧分解和硝化反应，去除剩余的有机物和将氮转化为硝态氮。活性污泥曝气池出水自 流入竖流沉淀池沉淀后排放。接触氧化曝气池出水自流入混合反应池进行混凝反应'再 自流入斜管沉淀池沉淀后排放。UASB产生的沼气经水封放空。活性污泥缺氧池和活性污 泥曝气池流失的污泥从竖流沉淀池回流补充。生物膜缺氧池和接触氧化曝气池流失的污 泥从斜管沉淀池回流补充。 (2) 实验步骤
① 生成工艺流程，启动实验
从本发明的《使用说明书》査实，该处理工艺用本发明可以生成，能够运行。 接通电源，使整个装置处于待用状态。打开计算机，进入"主界面"。 点击相关按钮，进入"工艺流程选择界面"。从列表中查找该工艺流程，再点击相
关按钮，进入该工艺流程所在运行方式的"工艺流程操作界面"。
点击相关按钮，选择和显示该工艺流程。再点击相关按钮，即自动生成该工艺流程，
并在额定运行参数下自动运行。
若想关闭/打开上述工艺流程的某条支路，或关闭/打开某电磁闽、搅拌电机、水泵
和风机，则点击相关图形元素即可。
② 查询在线检测数据
流量、压力、PH、 D0、水温和液位等在线检测。在线检测数据既能由现场检测仪表 直读，又能由计算机查询。计算机査询的途径有两种， 一是从参数文本框直读，二是用 "数据查询"按钮査询。
从"工艺流程搡作界面"上的运行参数文本框，可直读运行参数的设定值和测量值 (实时值)。
通过"工艺流程操作界面"上的"数据查询"按钮可进入"实时报表界面"、"历史 报表界面"、"历史曲线界面"和"报警界面"进行数据查询，以实时报表、历史报表、 历史曲线和报警窗口的形式显示、保存和打印在线检测数据。如点击"工艺流程操作界 面"上的"数据査询"按钮，再选择相关选项，即进入"历史报表界面"。再点击相关 按钮，选择所查历史时间段、间隔时间和参数变量，即生成历史报表。
③ 调节运行参数
流量、水温、溶解氧和PH等运行参数能通过计算机自动调节，只需在参数文本框 中输入目标值即可。如启动实验后，在"工艺流程操作界面"上找到某流量文本框，将 文本框中原设定值改为调节后的目标值。系统即自动将该流量调至目标值即新的设定值 下运行。此时，该流量文本框显示新的设定值和测量值(实际值)。
④ 测定运行效果，观察运行状态
测定运行参数调节前后的运行效果。采样点设在调节池中、厌氧反应器出口、缺氧 池出口和二沉池出口。水质检测项目有PH、 SS、 B0D5、 C0D、 NH厂N、 TN、 TP、有机酸等。
与此同时，观察装置的运行状态，即系统的稳定性、污泥沉降性能、污泥及污水的
颜色与气味等。状态检测项目有沼气产率、污泥浓度、污泥沉降比等。
(3) 确定处理工艺的可行性和最佳运行参数
根据运行效果和运行状态进行综合分析，确定处理工艺的可行性和最佳运行参数。 实施例2
用以下运行方式同时处理两种有机污水，在同一装置上同时进行两项实验，要求出
水达标排放。
原污水1 —调节池(A)—泵—UASB —排放
原污水2 —调节池(B)—活性污泥缺氧池—活性污泥曝气池—竖流沉淀池—排放
—生物膜缺氧池—接触氧化池—混合反应池—斜管沉淀池—排放 (1)工艺过程及实验原理
① 实验1
将调节池(A)中原污水1泵入UASB反应器，进行厌氧降解，去除有机物后排放。
② 实验2
将调节池(B)中原污水2分两路分别泵入活性污泥缺氧池和生物膜缺氧池，分别 与从活性污泥曝气池和接触氧化曝气池回流的硝化液混合，进行反硝化反应，去除污水 中的氮和部分有机物。活性污泥缺氧池和生物膜缺氧池出水分别自流入活性污泥曝气池 和接触氧化曝气池，进行好氧分解和硝化反应，去除剩余的有机物和将氮转化为硝态氮。 活性污泥曝气池出水自流入竖流沉淀池沉淀后排放。接触氧化曝气池出水自流入混合反 应池进行混凝反应，再自流入斜管沉淀池沉淀后排放。活性污泥缺氧池和活性污泥曝气 池流失的污泥从竖流沉淀池回流补充。生物膜缺氧池和接触氧化曝气池流失的污泥从斜 管沉淀池回流补充。 (2 )实验步骤
① 生成运行方式，启动实验
从本发明的《使用说明书》査实，该运行方式用本发明可以生成，能够运行。 接通电源，使整个装置处于待用状态。打开计算机，进入"主界面"。 点击相关按钮，进入"运行方式选择界面"。从列表中查找该运行方式，再点击相
关按钮，进入该运行方式的"工艺流程操作界面"。
点击相关按钮，选择和显示实验l的工艺流程。再点击相关按钮，即自动生成实验
l的工艺流程，并在额定的运行参数下自动运行。用同样的方法可选择和运行实验2的
工艺流程。对本实施例的运行方式，最多可同时运行上述2个工艺流程，进行2项实验。 若想关闭/打开上述工艺流程的某条支路，或关闭/打开某电磁阀、搅拌电机、水泵
和风机，则点击相关图形元素即可。
② 查询在线检测数据 同实施例l
③ 调节运行参数 同实施例l
④ 测定运行效果，观察运行状态 同实施例l
(3)确定处理工艺的可行性和最佳运行参数 同实施例l
权利要求
1.一种用于教学与科研的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于它是一种由污水处理单元设备、水泵、风机、管道、阀门、在线检测仪表、加热器、温度报警装置、液位开关、液位报警装置、变频器、支架、工控机、控制柜、电缆等组成的，处理工艺和运行方式可以变化的污水生物处理实验装置；所述的污水处理单元设备包括调节池(1)、UASB反应器(3)、水封(4)、活性污泥缺氧池(5)、生物膜缺氧池(6)、活性污泥曝气池(7)、接触氧化曝气池(8)、竖流沉淀池(10)、混合反应池(11)、斜管沉淀池(12)和放磷池(13-1、13-2)，阀门包括电磁阀、电动阀、手阀和止回阀，在线检测仪表包括沼气表、电磁流量计、风速传感及显示器、PH传感及显示器、压力传感及显示器、溶解氧传感及显示器、温度传感及显示器、玻璃液位计和液位传感器。
2. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的调节池(l)装有加热器、温度传感器、玻璃液位计、下限液位开关和PH传感器， UASB反应器(3)装有温度传感器和PH传感器，水封(4)装有液位标尺、液位传感器 和上限液位开关，活性污泥缺氧池(5)和生物膜缺氧池(6)皆装有PH和溶解氧传感 器，活性污泥曝气池(7)和接触氧化曝气池(8)皆装有溶解氧传感器，竖流沉淀池(IO) 和混合反应池(11)皆装有PH传感器。
3. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的单元设备、水泵和风机之间用塑料管道连接，污水总体流向为"调节池—UASB 反应器—缺氧池—曝气池—混合反应池—二沉池"；管道上安装各种控制阀门，以实现 单元设备的合理组合，形成不同的处理工艺和运行方式，进行不同形式的流体输送，或进行流量调节；管道上及调节池内设有采样点，以进行采样分析；管道上还安装了沼气表，以计量UASB的产气量；管道上还安装电磁流量计，以实现液体流量在线检测与调节及发出流量电信号；管道上还安装了风量计和压力传感器，以实现风量和风压的在线 检测并发出风量和风压电信号；设备支架上安装了变频器，以实现水泵、风机转速与流 量的自动调节；某些水泵可直接发出流量电信号和进行流量自动调节；设备支架上还安 装了电磁流量显示器、风速显示器、PH显示器、压力显示器、溶解氧显示器和温度显示 器，以现场显示测量值。
4. 根据权利要求1、 2、 3所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特 征在于所述的水泵、风机、搅拌装置、电磁阀、电动阀、检测仪表、液位开关、加热 器、温度报警装置、液位报警装置、变频器、工控机和控制柜等之间用电缆连接，将电 信号传输给计算机，进行集中控制和计算机操作。
5. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的工控机安装了专用的操作软件和程序，使得该装置既可手动操作，又可计算机操作；处理工艺和运行方式自动生成，自动化运行，自动控制；运行参数在线检测，自动调节；在线检测数据可通过计算机查询。
6. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于: 将所述的单元设备组合预设成45种不同的处理工艺，再将可同时运行的不同工艺组合 预设成40余种不同的运行方式，并将它们储存在计算机中；操作者可以人工切换手阀生成所需的处理工艺和运行方式，再启动运行；也可通过计算机逐个切换电磁阀生成所 需的处理工艺和运行方式，再启动运行；还可通过计算机从储存的处理工艺和运行方式 中选择所需的处理工艺和运行方式，启动后自动生成，自动运行；既能运行独立的技术 单元或单一的处理工艺，也能同时运行不同的处理工艺、进行不同的实验。
7. 根据权利要求l所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 流量、水温、溶解氧和PH等运行参数可通过计算机自动调节，调节的方法为(l)在 计算机操作界面流量文本框输入流量设定值，计算机根据该指令使变频器工作，改变泵 和风机的转速，以调节其流量；(2)在计算机操作界面DO文本框输入DO设定值，计算 机根据该指令也能使变频器工作，调节风机的转速与流量，以调节曝气池的DO; (3)在 计算机操作界面流量文本框输入流量设定值，计算机根据该指令使电动阀工作，以调节 其流量；(4)在计算机操作界面流量文本框输入流量设定值，计算机也可根据该指令直 接改变水泵的转速，以调节其流量；(5)在计算机操作界面水温文本框输入水温设定值， 计算机根据该指令开/关调节池的加热器和报警装置，以调节水温并报警；(6)在计算机操作界面PH文本框输入PH设定值，计算机根据该指令改变加药泵流量，以调节混合 反应池的PH。
8. 据权利要求l、 5所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其特征在于 所述的自动控制为(1)调节池的下水位开关控制出水泵的开或停，水位达下限时停泵 并报警；(2)水封的电子液位计将液位信号传给计算机，再由计算机发出指令控制进水 电磁阀，达操作水位时关闭进水电磁阀，低于操作水位时打开进水电磁阔，达到上限时关闭进水电磁阀并报警，达到下限时打开进水电磁阀并报警；(3)水封的上限水位开关也控制进水电磁阀，水位达上限时关闭进水电磁阀并报警。
9. 根据权利要求l、 2、 3、 5所述的多功能自动化污水生物处理组合实验装置，其 特征在于液体流量、风量、压力、PH、 D0、水温和液位等运行参数在线检测，在线检 测数据既能由现场仪表直读又能由计算机显示、记录和査询，计算机査询的数据能以实 时报表、历史报表、历史曲线和报警窗口等形式显示、保存和打印。
全文摘要
本发明涉及一种水处理实验装置，具体涉及一种多功能自动化污水生物处理组合实验装置，可用于教学和科研。该装置集多种污水生物处理基本技术单元于一体，能将各单元组合成40余种不同的处理工艺，还能将可同时运行的工艺组合成40余种不同的运行方式，既能进行独立技术单元或单一工艺的运行，也能按照某一运行方式运行不同的工艺、进行不同的实验。该装置既可手动操作，也可通过计算机操作、自动生成运行工艺和运行方式、自动运行、自动报警。利用该装置可进行众多污水生物处理技术实验，出水可以达到深度处理标准。实验过程中，运行参数在线检测并通过计算机自动调节与控制。检测数据可由计算机显示、记录与查询。
文档编号G09B25/02GK101201989SQ20071019224
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者袁秋生 申请人:徐州工业职业技术学院
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