CN115072878A - 一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置 - Google Patents
一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置，属于污水处理技术领域，包括由上至下依次设置的上层光生物反应器、中层悬挂式纤维载体和下层生化池，所述上层光生物反应器多个并列设置的储水槽，储水槽内置有菌藻，储水槽侧壁上部开设多个出水孔，中层悬挂式纤维载体设置于储水槽两侧，下层生化池设置于中层悬挂式纤维载体下方，污水依次流过下层生化池、上层光生物反应器和中层悬挂式纤维载体进行逐级处理。该装置利用菌藻共生系统，以提高污水中营养物质的利用效率，减少碳排放，助力双碳目标实现。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
生物处理技术是现代污水处理中应用最为广泛的方法之一，其中利用微藻处理污水的技术正处在发展阶段。如何能够将微藻处理技术与目前已有的细菌处理技术相结合，取得更大的经济效益与处理效率，已经受到人们广泛地关注。
利用微藻与细菌共生形成菌藻共生系统，反应过程主要分为藻类的光合作用和细菌的分解作用，其固碳、储碳及去除氮、磷的机制本质上是菌藻协同生长的作用效果。目前，传统的菌藻共生系统的形式分为悬浮态和固定态两种系统，其中悬浮态菌藻共生系统的应用更为广泛，但由于气候变化和季节交替导致光源受限，使得其生物量产率较低，同时微藻自身体积较小且密度与水相当，难以从水中分离，使用离心和过滤的方法可以有效分离，但是会增加运行费用并造成膜污染。固定态菌藻共生系统可以有效解决悬浮态菌藻共生系统中存在的问题，同时固定化菌藻共生系统能够更有效地去除水中的碳、氮、磷含量并提高微藻的油脂含量，但由于基质价格高、操作步骤复杂等问题，仍难以大规模使用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置，该装置利用菌藻共生系统，以提高污水中营养物质的利用效率，减少碳排放，同时培养微藻，产生额外的经济效益。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置，包括由上至下依次设置的上层光生物反应器、中层悬挂式纤维载体和下层生化池，所述上层光生物反应器多个并列设置的储水槽，储水槽内置有菌藻，储水槽侧壁上部开设多个出水孔，中层悬挂式纤维载体设置于储水槽两侧，下层生化池设置于中层悬挂式纤维载体下方，污水依次流过下层生化池、上层光生物反应器和中层悬挂式纤维载体进行逐级处理。
作为进一步的技术方案，所述储水槽底部封闭，多个出水孔间隔且均布设置在储水槽侧壁。
作为进一步的技术方案，所述储水槽的侧壁带有坡度，出水孔以三角形形式设置，其一个角朝下设置。
作为进一步的技术方案，所述中层悬挂式纤维载体附着设置菌藻，且中层悬挂式纤维载体低于储水槽顶部。
作为进一步的技术方案，所述中层悬挂式纤维载体竖向设置且设置多个，多个中层悬挂式纤维载体依次并排设置。
作为进一步的技术方案，每一中层悬挂式纤维载体均固定于纤维载体固定杆，纤维载体固定杆竖向设置且与纤维载体置物架固定连接，纤维载体置物架水平设置于储水槽两侧。
作为进一步的技术方案，所述纤维载体固定杆设置于出水孔下部。
作为进一步的技术方案，所述中层悬挂式纤维载体之间通过固定绳或固定杆连接。
作为进一步的技术方案，所述中层悬挂式纤维载体采用丝状材料制成，上层光生物反应器采用透光材料制成。
作为进一步的技术方案，每一储水槽均与硝化液输水管连通，硝化液输水管和下层生化池连通；上层光生物反应器固定于反应器支撑架。
上述本发明的有益效果如下：
本发明的污水处理装置，设置多级反应装置，污水首先进入下层生化池进行生化处理，生化池末端部分硝化液进入上层光生物反应器中，硝化液中的基质进一步被光生物反应器中的菌藻所利用，反应后的污水从出水孔流到中层悬挂式纤维载体，与载体上的菌藻继续反应，经上层光生物反应器和中层纤维载体处理后，硝化液中硝酸氮可被微藻有效利用，可有效去除水中总氮，处理完毕的水回流进入下层生化池；提高光能利用效率，促进微藻的生长，增加微藻生物量，使其产生的O2总量增多，以便细菌更充分的进行呼吸作用。
本发明的污水处理装置，由光生物反应器和悬挂式纤维载体的配合，使得细菌和微藻可更有效地相互利用彼此的代谢产物，既减少了剩余CO2的排放量，又能促进藻类的生长，能够使菌藻共生系统得到充分的转化，减少额外碳源的添加，从而降低污水处理成本。
本发明的污水处理装置，藻类参与水处理后，剩余藻类还可以进行回收处理，后续可用于制备生物柴油、进行营养物质的提炼以及生产新型藻类塑料等，产生额外的经济价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的污水处理装置示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的污水处理装置俯视图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的中层悬挂式纤维载体与纤维载体固定杆、固定绳等的配合示意图；
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1-硝化液输水管，2-上层光生物反应器，3-中层悬挂式纤维载体，4-纤维载体固定杆，5-出水孔，6-纤维载体置物架，7-光生物反应器支撑架，8-下层生化池，9固定绳，10储水槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置，其设置多层反应器，通过多层反应器，提高光能利用效率，增加微藻生物量，而细菌和微藻可更有效地相互利用彼此的代谢产物，微藻利用细菌产生的CO2进行光合作用，能够有效降低生物曝气量，既减少了CO2的排放，又能促进藻类的生长，可以后续收集用来进行资源化处理。
其中，反应器上下设置三层，分别为上层光生物反应器2、中层悬挂式纤维载体3、下层生化池8，三者由上至下依次设置，污水首先进入下层生化池进行生化处理，生化池末端部分硝化液通过硝化液管道进入上层光生物反应器中，污水再和其内菌藻进行反应，而后污水流至中层悬挂式纤维载体后与载体上的菌藻继续反应，最后回流进入下层生化池。
上层光生物反应器2包括多个并列设置的储水槽10，每一储水槽均与硝化液输水管1连通，硝化液输水管1和下层生化池8连通，硝化液输水管是将生化池末端硝化液输送至上层光生物反应器。污水先进入下层生化池进行第一级处理，储水槽内可供污水流入进行第二级处理，而后中层悬挂式纤维载体进行第三级处理，反应器的反应顺序是下层-上层-中层，最后再回流进入下层生化池。
上层光生物反应器2的储水槽10内置有菌藻，污水流入后，与菌藻发生反应；储水槽10底部封闭，储水槽10侧壁上部开设多个出水孔5，多个出水孔间隔且均布设置在储水槽侧壁顶部；污水在储水槽内与菌藻反应后，经由出水孔流至中层悬挂式纤维载体3。
可选的实施例中，出水孔5的间距设置为5cm。
本实施例中，出水孔5以三角形形式设置，其三角的一个角朝下设置，便于对污水进行引流。
在优选的方案中，上层光生物反应器2采用透光材料制成，以保证上层光生物反应器与中层悬挂式纤维载体均能得到充足的光照，提高光能利用效率。
储水槽10顶部可封闭可敞开，储水槽的侧壁带有一定坡度，具体可将储水槽侧壁设置为弧形，方便将储水槽内的污水由出水孔引流至中层悬挂式纤维载体3处，进行进一步的反应。
上层光生物反应器2固定于反应器支撑架7，反应器支撑架7设置于上层光生物反应器2底部的两端，并且反应器支撑架7可以与其他重物固定在一起或者固定在地上，实现反应器的稳定工作。
每两个相邻的上层光生物反应器2需设置一定的间隔距离，上层光生物反应器2的长度可与下层生化池8相对应，上层光生物反应器2的宽、高、两反应器之间间隔可根据需要设为0.1-3m。
中层悬挂式纤维载体3设置于储水槽10两侧，且中层悬挂式纤维载体3低于储水槽10顶部。
中层悬挂式纤维载体3竖向设置且设置多个，多个纤维载体依次并排设置，每一中层悬挂式纤维载体3均固定于纤维载体固定杆4，纤维载体固定杆4竖向设置且其上部与纤维载体置物架6固定连接，纤维载体置物架6水平设置于上层光生物反应器2的储水槽10两侧，污水从出水孔流出之后能够更好的流入中层悬挂式纤维载体，同时不会遮挡阳光照射上层光生物反应器2，对光利用效率的影响不大。
本实施例中，中层悬挂式纤维载体3采用丝状材料制成，纤维层长度设置为0.1-3m。
中层悬挂式纤维载体3附着设置菌藻，由储水槽出水孔5流出的混合液与附着在载体3上的菌藻相接触，实现污水的进一步处理。
纤维载体固定杆4设置于出水孔5下部，由出水孔流出的污水经由纤维载体固定杆流至纤维载体处，中层悬挂式纤维载体3采用丝状材料，则可以有效的减缓水流，增强引流效果，增加混合液与纤维载体上藻类细菌的接触时间，使混合液中的营养元素得到充分地利用，提高污水处理能力。
中层悬挂式纤维载体3间距与出水孔间距保持一致，使纤维载体上的藻类获得一定的光照，从而使混合液中的营养元素得到充分地利用，提高污水处理能力。
为防止中层悬挂式纤维载体3随风摆动造成纤维纠缠，每排中层悬挂式纤维载体3的中间部分和下端可利用固定绳9穿起来，固定绳9的两端和中间部分可固定在下层生化池8的池壁或光生物反应器支撑架7上。固定绳可以采用纤维材质。
可以理解的，在一定环境下，为加强中层悬挂式纤维载体3的稳定性，固定绳也可以换成固定杆。
下层生化池8设置于中层悬挂式纤维载体3下方，经中层悬挂式纤维载体3处理后的污水回流进入下层生化池8。生化池的设置采用现有技术即可，在此不再赘述。
下层生化池内设置多个隔板，多个隔板竖向设置并与下层生化池内壁固接，多个隔板围出S形流动路径延长了污水在其内的处理路径。
该污水处理装置的使用过程为：
装置启动后，污水首先进入下层生化池8进行生化处理，生化池末端部分硝化液通过硝化液管道进入上层光生物反应器2中，污水再和其内菌藻进行反应，而后污水流至中层悬挂式纤维载体3后与载体上的菌藻继续反应，最后回流进入下层生化池。
本发明的污水处理装置，通过多层反应装置，提高光能利用效率，增加微藻生物量，使其产生的O2总量增多，以便细菌更充分的进行呼吸作用。细菌和微藻可更有效地相互利用彼此的代谢产物，既减少了剩余CO2的排放量，又能促进藻类的生长，藻类参与水处理后，剩余藻类还可以进行回收处理，如制备生物柴油、进行营养物质的提炼以及生产新型藻类塑料等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可实现碳减排的低能耗多层菌藻共生污水处理装置，其特征是，包括由上至下依次设置的上层光生物反应器、中层悬挂式纤维载体和下层生化池，所述上层光生物反应器多个并列设置的储水槽，储水槽内置有菌藻，储水槽侧壁上部开设多个出水孔，中层悬挂式纤维载体设置于储水槽两侧，下层生化池设置于中层悬挂式纤维载体下方，污水依次流过下层生化池、上层光生物反应器和中层悬挂式纤维载体进行逐级处理。
2.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征是，所述储水槽底部封闭，多个出水孔间隔且均布设置在储水槽侧壁。
3.如权利要求1或2所述的污水处理装置，其特征是，所述储水槽的侧壁带有坡度，出水孔以三角形形式设置，其一个角朝下设置。
4.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征是，所述中层悬挂式纤维载体附着设置菌藻，且中层悬挂式纤维载体低于储水槽顶部。
5.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征是，所述中层悬挂式纤维载体竖向设置且设置多个，多个中层悬挂式纤维载体依次并排设置。
6.如权利要求5所述的污水处理装置，其特征是，每一中层悬挂式纤维载体均固定于纤维载体固定杆，纤维载体固定杆竖向设置且与纤维载体置物架固定连接，纤维载体置物架水平设置于储水槽两侧。
7.如权利要求6所述的污水处理装置，其特征是，所述纤维载体固定杆设置于出水孔下部。
8.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征是，所述中层悬挂式纤维载体之间通过固定绳或固定杆连接。
9.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征是，所述中层悬挂式纤维载体采用丝状材料制成，上层光生物反应器采用透光材料制成。
10.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征是，每一储水槽均与硝化液输水管连通，硝化液输水管和下层生化池连通；上层光生物反应器固定于反应器支撑架。
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