CN115849571A - 一种光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏驱动的折流板污泥‑聚光微藻反应器系统，其特征是，污水依次经过厌氧反应区，微藻反应区和膜分离区，光伏电源驱动单元为系统运行供能。所述厌氧反应区包括厌氧折流反应格室和缓冲格室，去除污水中大部分有机物和SS；所述微藻反应区由挡板分隔成不同的空间单元，反应区底部安装有曝气装置，空间单元内设有聚光装置为微藻生长提供光源，最后污水进入膜分离区进行藻水分离，高浓度微藻对厌氧段无法有效去除的N、P进行进一步去除。本发明可应用于低C/N值的农村生活污水处理，主要解决厌氧污水处理过程中N、P无法有效去除和系统运行能耗问题。

Description

一种光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统

所属技术领域

本发明属于农村生活污水处理的技术领域，特别涉及一种光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统。

背景技术

农村生活污水水质特点往往COD、C/N值较低，传统农村生活污水处理多采用生化、生化+生态工艺。生化工艺以A2O及其改进工艺为主，在较低的C/N情况下，往往TN去除效果不佳，且需设置较大的硝化液回流比，增加系统运行能耗。而生态法以人工湿地为主，为稳定出水水质做进一步处理，存在占地面积大，易受外界环境污染等问题。

利用厌氧技术处理污水将极大降低污水处理过程中的能耗问题，且厌氧污泥处理过程中产泥率低，污泥处理处置量少。厌氧处理能有效的将废水中的有机物转化为甲烷，二氧化碳等进行去除，同时提高废水的可生化性。微藻是一种光能自养型微生物，能在低碳条件下利用光能，吸收水中的氮磷等营养物质合成自身有机物，同时微藻富含脂质，蛋白质等营养物资，可以作为生物燃料，饲料等的原料，对微藻进行回收可在去除水体中氮磷的同时实现资源化利用。例如，公开号为CN110790380A的发明专利公开了一种菌-藻耦合污水处理装置，实现了农村生活污水同步C、N、P去除，但整体装置结构复杂，旋转式生物膜利用电机进行转动，微藻的光照同样要求外部能源供应。而在微藻培养应用于污水处理过程中普遍存在光能利用效率不足等问题，并且有些使用复杂的光学器件来照射藻水，增加了微藻处理污水的成本，例如：公开号为CN101709262B的发明专利利用光纤在微藻反应器内进行布光，设备本身的成本较高，其经济成本不利于农村地区应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统，主要为解决现有农村生活污水处理中的氮磷去除工艺复杂，能耗大等问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统包括厌氧反应区，微藻反应区，膜分离区和光伏电源驱动单元。

所述厌氧反应区，微藻反应区和膜分离区之间通过设有排水口的隔板顺次连接，将反应器整体分隔为三个区域。

所述厌氧反应区包括厌氧折流板反应器，由上下设置的挡板分隔成若干格室，每个区间内形成上流反应室和下流导流室；所述上流反应室和下流导流室宽度比为4-6:1；上挡板底部设导流板，导流板与上挡板之间的夹角优选为40°-45°。

所述反应系统中与微藻反应区进水口相连的格室为缓冲格室，污水在缓冲格室进一步沉淀后上清液通过排水口溢流至微藻反应器，降低微藻反应区进水的浊度，有利于微藻光合作用生长。

所述厌氧反应区的污泥反应格室顶部均设排气口，通过管道统一收集至集气管；污泥反应格室底部设有排泥口；污水在厌氧反应区为微生物充分接触，水体中的有机物，SS有效去除，该反应区运行稳定，耐冲击负荷能力强。

所述微藻反应区被挡板分隔的多个空间单元，相邻两个挡板中一个挡板上部过流，一个挡板下部过流；所述微藻反应区每个空间单元底部均设有微孔曝气装置，例如可以是微孔曝气条，通过管道与外界空气泵连接，在挡板和曝气的共同作用下，微藻在反应区内充分混合，减轻微藻贴壁和沉淀现象，同时空气中的CO2为微藻生长提供补充碳源，有利于维持微藻反应区pH稳定。

所述微藻反应区各空间单元至少设有一个聚光装置，为微藻生长提供内部光源；所述聚光装置包括采光器，导光管，光扩散器及透光腔；采光器位于反应器顶端外部，与延伸至反应器内部的导光管气密连接，在导光管与反应器相连的部位进行固定；采光器为透镜聚光器，能聚集大范围的太阳光，导光管内部涂刷反光材料，使采光器聚集的太阳光最小损失的传导至反应区内部；所述光散射器接收导光管传导的平行光，将高能量的平行光扩散到透光腔内。

所述透光腔为由透明材料制成的中空元件，为对抗藻液中的静水压，透明材料选用具有刚性的无机玻璃或有机玻璃材料(例：PMMA)。

所述透光腔内侧涂有半反射层，使光不过早的离开透光腔，将光传递至透光腔更远端部分，可通过喷涂金属或金属氧化物材料实现。

所述光扩散器的光出射端设有滤光装置，可为隔热膜，能有效去除入射太阳光中的红外线和紫外线，避免红外线产生的温室效应对水体的加热作用，保持反应器温度稳定和紫外线对微藻细胞的破坏。

所述透光腔底部设有LED光源，与反应器内的光强传感器和光伏控制器共同作用，当光强检测器检测到反应器内光照强度低于合适区间时，光伏控制器接收反馈信号，控制蓄电池放电，驱动LED光源发光。

所述光伏电源驱动单元包括光伏电池板组件，蓄电池组和光伏控制器；光伏电池板在强光时直接向处理单元用电器供电，同时将剩余电能储存到蓄电池，在光线弱或夜间时光伏控制器控制蓄电池放电，维持反应器稳定运行。

所述膜分离区与微藻反应区体积比为1:3-1:5，膜分离区内设有膜过滤组件将藻水分离，处理后的污水通过膜过滤组件上的排水口排出，定期从藻液排放口排放膜分离区内的浓缩藻液；膜反应区的曝气装置可以对膜过滤组件起到冲刷作用，控制膜污染；

所述反应器主体材料可采用混凝土浇筑或不锈钢材料等，整体采用地埋式运行，有利于减少占地面积，并在冬季时期保持反应器整体温度稳定；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.微藻反应区对厌氧反应区无法处理的N、P进一步处理，又无需额外投加化学试剂，反应系统处理后污水水质明显提高，主要关注指标为COD、氨氮和总磷，反应系统去除率可达到82.75％、95.60％和91.03％；

2.微藻反应区同时具有折流反应器和光生物反应器特点，在挡板和曝气条件作用下微藻在反应区与污水充分混合，膜分离区的膜过滤组件可以实现对微藻的全部拦截，减少微藻流失，从而实现利用大量微藻对污水进行有效净化；

3.采用结构简单的聚光装置将太阳光导入微藻反应区内为微藻光合作用提供光能来源，以无成本无污染的太阳光作为微藻生长能源，有效降低了微藻水处理成本；

4.用光伏电源驱动系统实现白天光照，晚上蓄电池放电供能，系统长期稳定自供能运行。

附图说明

附图1是本发明所述的光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统示意图

图中：1-厌氧反应区，2-微藻反应区，3-膜分离区，4-进水口，5-排气口，6-集气罐，7-排泥口，8-缓冲格室，9-厌氧区排水口，10-微藻反应区排水口，11-挡板，12-采光器，13-导光管，14-光扩散器，15-滤光装置，16-透光腔，17-LED光源，18-曝气器，19-膜过滤组件，20-恒流泵，21-藻液排放口，22-空气泵，23-蓄电池组，24-光伏控制器，25-光伏电池板组。

具体实施方式

下面参照附图1对本发明作进一步详细地描述。

具体实施方式一

如附图1所示，一种光伏驱动的折流板污泥-聚光微藻反应器系统，包括厌氧反应区1、微藻反应区2和膜分离区3，及光伏电源驱动系统，光伏电源驱动系统包括光伏电池板组27、光伏控制器26和蓄电池组25。

系统运行流程如下：

污水从进水口4进入厌氧反应区1，厌氧反应区1内沿水流方向通过竖直上下挡板分隔为3-5个工作单元，每个工作单元内形成一个上流反应室和下流导流室，两室在水流方向上的宽度比为4-6:1，同时在上挡板底部设40°-45°导流板，每个格室顶部设排气口5，经管道统一连接，收集气体至集气罐6，反应格室底部设排泥口7，与微藻反应区2相连的最后一个格室为缓冲格室8，污水从缓冲格室8通过厌氧区排水口9溢流至微藻反应区2；在厌氧反应区污水中的有机物和SS大量去除。微藻反应区2由挡板11分隔成多个空间单元，污泥反应区与微藻反应区体积比为1:1-1:2，相邻两个挡板中一个挡板上部过流，一个挡板下部过流，污水在微藻反应区折流前进，微藻反应区的每个空间单元设置曝气器18，曝气器采用微孔曝气条，曝气器18通过管道与空气泵22连接；污水在挡板和曝气的共同作用下，在反应区内与微藻充分混合，减轻微藻贴壁和沉淀现象，同时空气中的CO2为微藻生长提供补充碳源，有利于维持微藻反应区pH稳定。每个空间单元设有聚光装置，为微藻反应区的微藻生长提供光源，在白天光照充足时，光线通过采光器12将太阳光聚集导光管内，经过导光管13的传输，送达到位于反应器内部，透光腔顶部的光散射器14入射端，使高能量的平行光在透光腔16中散射传播，在光散射器的出射端面设有滤光装置15，可采用隔热膜，透过可见光，吸收对微藻生长不利的紫外光和引起温室效应的长红外光，最终透光腔内发出均匀的日照光，而在阴天或光照角度不佳时，系统内的光强检测器(未标示)发射信号反馈给光伏控制器24，控制蓄电池组23放电，驱动LED光源17发光，维持最佳光照。污水从微藻反应区排水口进入膜分离区3进行藻水分离，膜分离区3内设有膜过滤组件19与恒流泵20相连，藻水分离后膜过滤出水通过膜过滤组件19的排水由恒流泵排出，得到处理后的污水达标后排放，膜分离区内的浓缩藻液通过藻液排放口21定期排放。

实施例1

本实施例中，厌氧反应区与微藻反应区、膜分离区的有效容积比为3:3:1，反应系统总水力停留时间为4d，微藻反应区光照强度3000-5000lux，光暗比16:8h，反应温度保持25±1℃，采用低C/N值的生活污水作为进水，COD为200mg/L左右，NH4+-N浓度60mg/L左右，TP浓度5mg/L左右，系统运行稳定后去除率最高分别可达到82.75％、95.60％和91.03％；

上述说明是针对本发明可实施例的具体说明，该实施例并非限制发明范围，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效的限制。

Claims (6)

1.一种光伏驱动折流板污泥-聚光微藻反应器系统，包括厌氧反应区，微藻反应区，膜分离区和光伏电源驱动单元；其特征在于：所述厌氧反应区包括厌氧折流反应格室和缓冲格室；由上下设置的挡板分隔成若干格室，每个区间内形成上流反应室和下流导流室，其中与微藻反应区进水口相连的格室为缓冲格室；

所述微藻反应区包括被挡板分隔的多个空间单元，聚光装置和曝气器；所述反应区相邻两个挡板中一个挡板上部过流，一个挡板下部过流；每个空间单元放置至少一个聚光装置；所述聚光装置将外界自然光聚集引导至微藻反应区内部，为藻细胞光合作用提供光能；

所述聚光装置包括采光器，导光管，光扩散器及透光腔，采光器聚集外界自然光通过导光管传导至光扩散器；所述光扩散器与全部浸润在藻液内部的透光腔上端气密结合；透光腔底部设LED光源，与太阳能蓄电池组相连；

所述光伏电源驱动单元包括光伏电池板组件，光伏控制器，蓄电池组；

所述微藻反应区底部设微孔曝气装置，通过管道与外界空气泵连接，为反应区的微藻细胞提供CO2，同时使微藻处于悬浮状态；

所述膜分离区设有膜过滤组件，所述膜过滤组件经管道与恒流泵相连，膜分离区底部设浓缩藻液排放口；

所述反应系统的每个污泥区和微藻区的顶部均设有排气口，污泥区排放气体通过管道统一收集至集气罐。

2.根据权利要求1所述的光伏驱动折流板污泥-聚光微藻反应器系统，其特征在于：所述厌氧反应区上流反应室和下流导流室宽度比为4-6:1；上挡板底部设导流板，导流板与上挡板之间夹角为40°-45°。

3.根据权利要求1所述的光伏驱动折流板污泥-聚光微藻反应器系统，其特征在于：所述厌氧反应区、微藻反应区和膜分离区顺次连通，所述聚光装置的导光管与反应器顶部相连部位固定连接。

4.根据权利要求1所述的光伏驱动折流板污泥-聚光微藻反应器系统，其特征在于：所述微藻反应区和膜区均含有微藻，所述微藻为小球藻。

5.根据权利要求1所述的光伏驱动折流板污泥-聚光微藻反应器系统，其特征在于：所述聚光装置还包括光伏控制器与光强传感器，所述光伏控制器与光强传感器相连，当光强传感器检测到外界光照不足时，由光伏控制器控制太阳能蓄电池组放电，驱动LED光源发光补足光照。

6.根据权利要求1所述的光伏驱动折流板污泥-聚光微藻反应器系统，其特征在于：所述光扩散器的光出射端上设有滤光装置，滤光装置可以是隔热膜，隔热膜可以通过太阳光中的可见光，同时滤过对微藻生长不利的红外线和紫外线。

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