一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法

本发明属于污水处理与碳减排，具体涉及一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法。

背景技术：

1、好氧生物处理是当前城市污水和工业废水处理的主流工艺，其核心原理是利用好氧活性污泥中的微生物在有氧条件下将水中的有机污染物（以cod计）降解为二氧化碳（co2）和水。尽管该工艺在有机物去除方面效率较高，但本质上是一个将有机碳转化为co2并释放到大气中的过程，导致污水处理厂成为不容忽视的温室气体排放源。随着全球对气候变化关注度的提升，如何降低污水处理行业的碳足迹，实现“减污降碳”协同增效，已成为环境工程领域亟待解决的关键问题。

2、现有技术中，针对污水处理过程中的碳排放控制，主要聚焦于优化曝气能耗以减少间接排放，或通过厌氧消化等工艺回收能源。然而，对于直接控制好氧过程中生物产生的co2排放，尤其是将其进行捕获和资源化利用的研究尚处于起步阶段。一些尝试性的co2捕获技术，如膜分离、化学吸收等，通常需要额外的设备投入和高昂的运行成本，且难以与现有的好氧生物处理流程高效集成。

3、因此，开发一种能够与常规好氧生物处理工艺紧密结合、操作简便、成本低廉，不仅能高效去除有机污染物，还能在处理过程中原位捕获并固定微生物呼吸产生的co2，实现从“碳排放”向“碳固定”转化的强化处理方法，对于推动污水处理行业的低碳转型具有重要的应用价值和现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，以解决现有好氧污水处理工艺中有机物降解伴随大量co2逸散导致的碳排放问题，通过引入廉价碱化剂实现污染物去除与碳减排的协同。

2、一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，包括以下步骤：

3、1.待处理污水的准备：所述待处理污水为含有可生物降解有机物的人工污水或实际污水，其初始cod浓度范围为200~400 mg/l。

4、2.强化反应体系的构建：在反应器中，加入待处理污水、好氧活性污泥和强化剂氢氧化镁（mg(oh)2）。

5、其中，好氧活性污泥的添加量为反应体系总体积的15%~25%（v/v），所述好氧活性污泥取自市政污水处理厂，经静置沉淀弃去上清液后获得浓缩污泥。

6、氢氧化镁的添加量为反应体系总体积的0.05%~0.5%（w/v）。

7、3.反应过程的控制：将反应器置于恒温摇床中进行好氧反应，控制反应温度为20-30℃，摇床转速为150~170 r/min，反应时间不少于24小时。

8、4.反应产物的处理与监测：反应结束后，对出水进行固液分离，测定上清液的化学需氧量（cod）、ph值、溶解无机碳（dic）等指标；通过顶空平衡法收集反应过程中水相内气体，用气相色谱仪检测co2浓度，并计算δco2以评估碳排放/固碳效果。

9、本发明的有益效果：

10、1.强化了有机污染物降解效率：本发明方法通过mg(oh)2的投加，调控了反应体系的理化环境。实验表明，即使在较高mg(oh)2添加量（0.5%，w/v）下，48小时内cod去除率仍可达84%以上；在较低添加量（0.05%，w/v）下，cod去除率可达88.5%以上，表现出与未强化体系相当的甚至更优的污染物去除性能。

11、2.实现了高效的原位固碳：本发明利用mg(oh)2强化了co2的捕获与转化。与未强化的纯污泥体系相比，本发明方法能将呼吸产生的co2大量转化为溶解无机碳。在mg(oh)2添加量为0.5%（w/v）时，48小时内溶解无机碳（dic）净积累量可达纯污泥体系的4.3倍以上，实现了co2从“气态排放”到“液态储存”的原位转化。

12、3.显著降低了工艺碳排放强度：本发明方法有效削减了处理过程中的co2净排放。与未强化体系（强co2排放源）相比，本发明在mg(oh)2添加量为0.5%（w/v）时，可将体系从强co2源转变为近碳中性或弱源，峰值co2排放强度降低80%以上。δ13c同位素证据进一步证实，水体中增加的无机碳主要来源于被捕获的微生物呼吸源co2。

13、4.工艺简单、运行成本低：本发明仅需向常规好氧污泥处理体系中投加工业级mg(oh)2，无需改变主体工艺流程和设备，操作简便，药剂成本低，易于在现有污水处理厂进行升级改造。

14、5.环境友好与资源化潜力：生成的富含hco3-的出水，其ph值稳定在弱碱性范围，既减少了温室气体排放，又可能为后续工艺（如藻类培养、钙化固碳）提供碳源，具有一定的资源化利用潜力。

1.一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述待处理污水的初始化学需氧量（cod）浓度为200~400 mg/l。

3.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述好氧活性污泥取自市政污水处理厂，经静置沉淀弃去上清液后获得浓缩污泥。

4.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述好氧条件为：反应温度20~30℃，摇床转速150~170 r/min。

5.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述反应时间不少于24小时。

6.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述氢氧化镁的添加量为反应体系总体积的0.05%（w/v）或0.5%（w/v）。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述方法通过氢氧化镁强化，将微生物降解有机物产生的二氧化碳原位转化为溶解无机碳（dic）储存于水中，使反应体系的溶解无机碳（dic）净积累量与未添加氢氧化镁的纯好氧活性污泥体系相比增加2-5倍。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述方法通过氢氧化镁强化，使反应体系在反应过程中相对于大气的二氧化碳排放潜力（δco2）与未添加氢氧化镁的纯好氧活性污泥体系相比降低60%~100%。

9.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁强化的好氧污水处理及原位固碳方法，其特征在于，所述待处理污水为人工配水或实际生活污水或工业有机废水。