藻类、微生物及生活污水处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及污水处理和二氧化碳捕捉的节能减排技术领域，具体涉及一种藻类、微生物及生活污水处理系统。


背景技术：

2.在污水处理领域，正在进行的低能耗低排放革新运动，将使污水处理乃至环境治理行业掀起新一轮技术更新换代的革命。
3.目前在污水处理领域存在以下突出的问题：
4.1)污水处理中存在将大量co2未作处理，直接散排大气；初步估计全国污水处理厂年直排co2约为2千万吨；
5.2)部分纯微藻处理污水工艺，尚存在培养浓度低，光源利用效率低，处理效率低的问题；在独立培养的高浓度藻液中，因为溶解o2浓度高，产生抑制作用，不利于连续运行；直接投入污水中与污泥同池内运行，存在光源利用率较低，微生物溶解o2不易调节，整体效率低：
6.首先，微藻直接投入活性污泥污水处理系统中，微藻浓度不高且不易控制，由于污泥存在散光效应，光源利用率不高，不到藻类独立培养有效光源的10％；且系统o2浓度不易控制，太高o2对微藻生长不利。系统溶解o2不易控制原因：一是因为好氧系统充o2抑制微藻生长，一是因为兼氧系统要求溶液低电位(一般为0mv左右)控制反硝化过程，进而与藻类释放溶解o2提高系统电位冲突；同时co2浓度不高，没有适宜的ph环境，hco
3-不高，co2固定率不高，不易控制；
7.其次，微藻直接投入活性污泥污水处理系统中，导致污泥量不易控制，不易减量化运行，导致填埋和丢弃困难，最终无害化处置成本高，处理费用增加30％；
8.再次，微藻培养独立进行存在外加碳源补充nahco3,然后加入污水中进行光合作用，吸收水中氮磷化合物；首先需要不断补充nahco3，其次需要不断鼓气脱出o2，消耗额外动力能源，并且藻类副产物明显增加，导致后处理费用增加30％；
9.最后，没有微藻协同处理的污水处理系统，因为污水排放标准的提高，尤其是总氮的处理，直接增加辅助碳源消耗；个别污水处理水厂碳源的单耗超过0.5元/吨，同时碳源的增加导致大幅增加污泥处理负荷，部分水厂投加碳源后污泥产量增加 50％以上。
10.因此，随着水质指标的提升和运行费用增加的矛盾更加突出，在节能减排和碳中和的要求下，必须开发更加节能且系统零排的污水处理工艺。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种藻类、微生物及生活污水处理系统，该方法能够将微藻固碳与污水处理相结合，通过污泥外循环与微藻液循环耦合处理、微藻与污水处理废气循环吸收处理、污水好氧池废气与好氧污泥外循环分级吸收的脱o2释co2协同处理；整个污水处理过程中，减少co2排放，减少外部碳源投加；提高微藻培
养效率，同时提高脱氮除磷效果。
12.为实现上述目的，本实用新型所设计一种藻类、微生物及生活污水处理系统，所述系统与城市生活污水管连接，它包括厌氧池；所述厌氧池依次连接有兼氧池、好氧池、沉淀过滤器和微藻反应器；所述微藻反应器的出口与好氧微生物反应器连接，所述好氧微生物反应器分别连接有一号藻泥分离器和二号藻泥分离器；
13.所述一号藻泥分离器和二号藻泥分离器分别与藻液分离器和泥气反应器(吸收溶解o2，释放co2，提高泥气反应器排出气体中的co2浓度，泥气反应器的污泥来自于藻泥分离；同时泥气反应器排出污泥回流到好氧池；同时好氧池的废气要进入泥气反应器后，吸收好氧池排放气体中的o2，净化后排放的co2进入微藻反应器)连接，
14.所述泥气反应器污泥出口与好氧池进口连接，所述好氧池的排气口与泥气反应器进气口连接，所述泥气反应器气体出口与微藻反应器连接；所述藻液分离器经回流管与微藻反应器连接。
15.进一步地，所述微藻反应器连接有用于供电的太阳能捕捉设备和辅助供电设备。
16.再进一步地，所述厌氧池前端的管线上设置有生活污水预处理器。
17.再进一步地，所述好氧池内设置有曝气管，曝气管与外置的鼓风机连接，所述好氧池的好氧污泥排放口与好氧微生物反应器连接；所述一号藻泥分离器经回流管与好氧微生物反应器连接；所述二号藻泥分离器经回流管与好氧微生物反应器连接。
18.再进一步地，所述厌氧池、兼氧池、好氧池和藻液分离器的出口均与脱水和低温碳化器连接。
19.再进一步地，所述好氧池上设置有集气罩，好氧池的集气罩排气口与泥气反应器之间的管线上设置有鼓风机，所述微藻反应器上设置有脱碳释放管，所述脱碳释放管的支管与好氧池和鼓风机的连通管线连接。
20.再进一步地，所述沉淀过滤器还连接有消毒池。
21.再进一步地，所述藻液分离器另一个出口与兼氧污泥强化器连接，所述兼氧池与兼氧污泥强化器互连形成一个兼氧污泥活代循环。
22.上述藻类、微生物及生活污水处理工艺，所述工艺包括微藻体系与微生物协调工艺和微藻系统与水处理统的协同工艺两大循环工艺，其中，
23.1)微藻体系与水处理的协同工艺：
24.a.将市政污水经过预处理，先后进入厌氧池、兼氧池、好氧池、沉淀过滤器，一部分过滤污水经消毒达标后排放；同时，另一部分部分回流至微藻反应器进行深度脱氮除磷以及吸附溶解盐和微量重金属物质；
25.b.好氧池排放废气(含有co2)进过泥气反应器进入微藻反应器；
26.c.好氧池排出的含有氮磷元素的污泥(其中含消化废水％以上)，进入好氧微生物反应器进行补充溶解o2，以及吸收部分藻液代谢碳源进行生物增殖和活化，同时微藻吸收部分氮磷活性成分，降低活性污泥所含消化废水的氮磷含量；活性污泥活化后进入二号藻泥分离器分离，活性污泥再经泥气反应器与废气中的o2反应后，回流至好氧池；
27.d.兼氧池排出的活性污泥进入兼氧污泥强化器中，并与藻液分离器排放另一部分富营养的藻液溶解液混合，兼氧污泥吸收其中碳源活性强化后回流至兼氧池参与污水处理；
28.e.厌氧池、兼氧池和好氧池排出的活性污泥进入脱水和低温碳化器中进行碳化处理；
29.2)微藻体系与微生物协协调工艺
30.a.微藻反应器培养的高浓度藻液，得到的高浓度藻液排放至好氧微生物反应器中进行脱氧反应；其中，微藻反应器反应所需原料来源如下：
31.a1.经沉淀过滤器排出的一部分过滤污水(中水)进入微藻反应器(中水作为微藻反应器补充培养基质，其作为补充氮磷微量元素基质原液)，
32.a2.好氧池的集气罩收集尾气(主要收集污水处理时排放的 co2)经泥气反应器与二号藻泥分离器分离的活性污泥处理后(活性污泥吸收废气中部分o2，提高废气中co2相对浓度)，废气(含 co2)进入微藻反应器(进入微藻反应器的co2作为反应碳源被微藻吸收固定)；
33.a3.太阳能捕捉设备.和辅助供电设备.为微藻反应器提供互补电能，
34.b.好氧微生物反应器中脱氧反应得到部分脱氧藻液经一号藻泥分离器和藻液分离器，得到藻液，该藻液分为三部分，第一部分藻液回流至微藻反应器中增值培养；第二部分藻液溶解液进入兼氧污泥强化器作为补充碳源营养氧液；第三部分藻液进入脱水和低温碳化器中进行碳化处理；
35.c.好氧微生物反应器中脱氧反应得到另一部分脱氧藻液进入二号藻泥分离器分离的藻液回流至好氧微生物反应器中参与脱氧反应，二号藻泥分离器分离的污泥和进入泥气反应器与废气中o2，反应后污泥进入好氧池。
36.作为优选方案，所述步骤1)第a小步中，厌氧池中do值为 0mg/l；兼氧池的do为0～0.5mg/l，好氧池3的do为1～2mg/l
37.所述步骤a3中，太阳能捕捉设备的光源频率(根据藻种特征) 采用波长为575
±
10nm；光强为4000-5000lux。
38.本实用新型系统各部件的作用：
39.1.微藻反应器包括微藻培养箱与微藻反应器(属于现有技术)，用于藻类生长的明暗交替反应；
40.1.1该反应器通过向藻类培养箱布置光源同时通入co2，降低系统ph，增加藻液系统hco
3-浓度，促进暗反应固碳；在好氧-微藻反应器内，充分吸收藻液携带hco
3-，并升高系统ph；为在藻类培养箱光反应吸收高浓度co2提供有力环境；从而可以提升co2利用率10％；
41.1.2该反应器充分利用微藻液在微藻培养箱与好氧-微藻反应器内间分离循环，避免了污泥系统干扰光反应效率，降低了系统光能损耗；此循环系统可以提升光能效率10％；
42.2.好氧池的集气罩收集污水厂好氧池上方空气，捕集co2，为微藻反应器提供原料；主要收集曝气池好氧微生物代谢co2和空气补充co2，实现污水处理系统co2减排；同时藻类代谢剩余o2通过鼓风机输入曝气池系统，形成半闭环形式；本系统通过微藻和微生物分离处理，实现了o2、co2的可控制微循环，其能量来源于太阳能的补充；实现高浓度的co2和o2的回收利用，局部回收率较微藻活性污泥直接在污水中连用分别提高80％，50％；
43.本实用新型工艺的原理：
44.1.微藻为活性污泥提供充足碳源，活性污泥为微藻去除富集的抑制剂o2；其中微藻与好氧污泥协同，好氧污泥去除微藻液o2，为兼氧污泥吸收藻液碳源时提供能够低电位
环境，提高系统反硝化效率；特征在于工艺将o2和co2吸收分离，也即藻类培养和污泥微生物系统分离联动，利于光源强力度控制和藻类对光的利用率，利于创造不同的ph环境和分离抑制剂o2，使系统再循环中形成 hco
3-、o2不同的浓度梯度，分别提高吸收利用率；
45.2.微藻固定co2，通过卡尔文循环产生碳源，此低碳糖碳源利于激活活性污泥；首先是好氧污泥与藻液混合反应器内进行反应，包括好氧微生物吸收溶解o2，降低藻液系统溶解o2(降至0～ 1mg/l)和系统电位(降至-100～100mv)，同时吸收部分碳源；系统中吸收溶解o2速率明显快于碳源代谢，因此，在分离泥藻分离后，藻液溶解o2降低，碳源富集；其次富集碳源的藻液与兼氧微生物污泥进行混合反应，提高兼氧菌种尤其是低电位环境反硝化菌的活性，依此降低外加碳源使用，进行内部碳源循环利用，达到高浓度脱氮效果。
46.本实用新型的有益效果为：
47.本实用新型利用微藻培养和活性污泥联动，通过高浓度活性污泥外循环与藻类培养液混合反应，好氧微生物有效降低系统溶解氧，降低了培养液累积氧对高浓度微藻生长的抑制作用，进一步提高了单位微藻液培养浓度，加强了单位微藻液吸收固定co2的作用，并且培养液采用污水处理系统中水回用水，提高系统氮、磷吸收的效率在10-20％，同时提高藻类对不同重金属的吸附作用，进一步去除水中重金属含量；通过对微生物降解污水系统co2的循环吸收，降低了微藻系统的ph值，保障藻类生长的事宜ph(一般控制在7.5-8.0)；污水处理排放的co2被藻类捕捉，实现污水厂co2减排80％；微藻通过光合作用固定系统co2，通过藻类代谢产生易降解的有机碳源，为污水处理系统兼氧污泥和好氧污泥提供碳源，促进系统消化、反硝化反应，达到脱氮效果；通过藻类代谢富集低碳糖碳源，为微生物污水处理系统提供优质碳源，其较外加碳源溶解性好，分散性好利于吸收，大大降低外加碳源消耗，进一步降低碳排放，减少活性污泥排放30％；同时对排放的剩余污泥提高了有机质含量，进一步提高单位热值，利于后期碳源利用；系统充分利用太用能作为光源能源，转化为昼夜运转光源，提高了系统清洁能源利用率，达到能源自给率50％以上。
48.常规的污水处理系统中每降低1mg氮就消耗4mg碳，并且系统污泥排放量增加40％；并且现有污水处理系统对co2做无组织排放处理，完全不利于降碳减排。通过本系统的处理既降低了碳源投加，又降低了系统co2排放，为污水厂节能减排，降耗提供了经济可行的路径。目前全国城镇污水处理日处理量已超过2亿吨，初步估计减排cod约为1.5千万吨/年，直接排放co2约为2千万吨/年，因此节能减势在必行，本工艺推广应用将极大降低行业co2排放量。
49.综上所述，本实用新型提高藻类培养浓度，需要降低溶解 o2高浓度积累和预防系统ph下降，并提高光源利用率是微藻在系统高效率运行的有效途径；同时提高系统的ph(约7-9), 保证系统co2和hco
3-(占比不低于90％)浓度，从而提高对co2的固定效率；藻类对碳源的固定和溶解氧的累积效应释放存在时间差，可以利用空间分离，实现溶解o2脱出和co2固定分步强化实施；微藻的代谢物对系统也有一定的抑制作用，所以与微生物协同消耗微藻合成代谢物促进微藻卡尔文循环生产；采用了自养性藻类，它比在污水中混合培养异养性藻类在固碳方面更具优势。
附图说明
50.图1为本实用新型流程示意图；
51.图中，厌氧池1、兼氧池2、好氧池3、沉淀过滤器4、微藻反应器5、太阳能捕捉设备5.1、辅助供电设备5.2、脱碳释放管5.3、支管5.4、藻液分离器6、好氧微生物反应器7、一号藻泥分离器8、二号藻泥分离器9、泥气反应器10、生活污水预处理器11、鼓风机 12、脱水和低温碳化器13、消毒池14、兼氧污泥强化器15。
具体实施方式
52.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。
53.如图1所示的藻类、微生物及生活污水处理系统，该系统与城市生活污水管连接，包括厌氧池1；厌氧池1依次连接有兼氧池2、好氧池3和沉淀过滤器4，沉淀过滤器4分别连接有消毒池14和微藻反应器5；
54.厌氧池1前端的管线上设置有生活污水预处理器11；微藻反应器5连接有用于供电的太阳能捕捉设备5.1和辅助供电设备5.2；
55.微藻反应器5的出口与好氧微生物反应器7连接，好氧微生物反应器7分别连接有一号藻泥分离器8和二号藻泥分离器9；一号藻泥分离器8和二号藻泥分离器9分别与藻液分离器6和泥气反应器10连接，泥气反应器10污泥出口与好氧池3进口连接，好氧池3的集气罩排气口与泥气反应器10进气口连接，好氧池3的集气罩排气口与泥气反应器10之间的管线上设置有鼓风机12；
56.泥气反应器10气体出口与微藻反应器5连接；藻液分离器6 经回流管与微藻反应器5连接；厌氧池1、兼氧池2、好氧池3和藻液分离器6的出口均与脱水和低温碳化器13连接；
57.好氧池3内设置有曝气管，曝气管与外置的鼓风机12连接，好氧池3的好氧污泥排放口与好氧微生物反应器7连接；一号藻泥分离器8经回流管与好氧微生物反应器7连接；二号藻泥分离器9 经回流管与好氧微生物反应器7连接。
58.微藻反应器5上设置有脱碳释放管5.3，脱碳释放管5.3的支管 5.4与好氧池3和鼓风机12的连通管线连接；藻液分离器6另一个出口与兼氧污泥强化器15连接，兼氧池2与兼氧污泥强化器15互连形成一个兼氧污泥活代循环。
59.上述种藻类、微生物及生活污水处理工艺，该工艺包括微藻体系与微生物协调工艺和微藻系统与水处理统的协同工艺两大循环工艺，其中，
60.1)微藻体系与水处理的协同工艺：
61.a.将市政污水经过预处理，先后进入厌氧池1、兼氧池2、好氧池3、沉淀过滤器4，一部分过滤污水经消毒达标后排放；同时，另一部分部分回流至微藻反应器5进行深度脱氮除磷以及吸附溶解盐和微量重金属物质；其中，
62.b.好氧池3排放废气(含有co2)进过泥气反应器10进入微藻反应器5；
63.c.好氧池3排出的含有氮磷元素的污泥(其中含消化废水90％以上)，进入好氧微生物反应器7进行补充溶解o2，以及吸收部分藻液代谢碳源进行生物增殖和活化，同时微藻吸收部分氮磷活性成分，降低活性污泥所含消化废水的氮磷含量；活性污泥活化后进入二号藻泥分离器9分离，活性污泥再经泥气反应器10与废气中的 o2废气反应后，回流至好氧池3；
64.d.兼氧池2排出的活性污泥进入兼氧污泥强化器15中，并与藻液分离器6排放另一
部分富营养的藻液溶解液混合，兼氧污泥吸收其中碳源活性强化后回流至兼氧池2参与污水处理；
65.e.厌氧池1、兼氧池2和好氧池3排出的活性污泥进入脱水和低温碳化器13中进行碳化处理；
66.f.其中兼氧池活性污泥通过兼氧活性污泥强化器强化回流，回流量控制在100～200％，好氧池活性污泥通过好氧微生物反应器强化回流，回流量控制在100～200％；污水处理系统中水，经过沉淀过滤，取10～30％回用至微藻反应器，以降低系统氮、磷含量；好氧池消化液回流至兼氧池以提高系统脱氮效果，一般回流控制在 100～300％；
67.2)微藻体系与微生物协协调工艺
68.a.微藻反应器5培养的高浓度藻液，得到的高浓度藻液排放至好氧微生物反应器7中进行脱氧反应；其中，微藻反应器5反应所需原料来源如下：
69.a1.经沉淀过滤器4排出的一部分过滤污水(中水)进入微藻反应器5(中水作为微藻反应器5补充培养基质，其作为补充氮磷微量元素基质原液)，微藻浓度一般控制在1-100g/l；微藻反应器内通过设置微孔曝气等设备增加co2溶解度，一般的溶液中co2与hco
3-浓度约0.01-1.0mol/l，强化吸收反应；微藻反应器应分层布置，合理调整曝光强度和范围，同时可利用曝气进行表面清洗；同时藻类藻种可以优选改良代谢种群，优先接种代谢乙醇类藻种；微藻反应器排放口接入鼓风机回流管道，进行气体回流，增加co2气体在微藻反应器接触反应时间，一般控制回流比200～400％，系统气液比控制在10～30；
70.a2.好氧池3的集气罩收集尾气(主要收集污水处理时排放的 co2)经泥气反应器10与二号藻泥分离器9分离的活性污泥处理后 (活性污泥吸收废气中部分o2，提高废气中co2相对浓度)，废气 (含co2)进入微藻反应器5(进入微藻反应器5的co2作为反应碳源被微藻吸收固定)；
71.a3.太阳能捕捉设备5.1和辅助供电设备5.2为微藻反应器5提供互补电能，其中，太阳能捕捉设备5.1的光源频率根据藻种特征，选择采用波长为575
±
10nm；光强为4000-5000lux；
72.b.好氧微生物反应器7中脱氧反应得到部分脱氧藻液经一号藻泥分离器8和藻液分离器6，得到藻液，该藻液分为三部分，第一部分藻液回流至微藻反应器5中增值培养；第二部分藻液溶解液进入兼氧污泥强化器14作为补充碳源营养氧液，一般的控制藻液与污泥比1:1；第三部分藻液进入脱水和低温碳化器中13进行碳化处理，排放剩余微藻，一般的根据藻液培养浓度和除磷脱氮要求，控制排放量在10～30％；在藻液分离设备完成有机碳源液分离，混合分离时间控制在30min内；剩余藻液和污泥协同脱水干化、碳化处理，经过微藻化处理的剩余活性污泥，其有机质挥发分提高10～ 30％；
73.c.好氧微生物反应器7中脱氧反应得到另一部分脱氧藻液进入二号藻泥分离器9分离的藻液回流至好氧微生物反应器7中参与脱氧反应，通过微生物吸收藻液代谢o2，一般在6.5～20mg/l，通过控制混合停留时间30min左右，优选降低至1～2mg/l一下；二号藻泥分离器9分离的污泥和进入泥气反应器10与废气中o2，反应后污泥进入好氧池3。
74.其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。