公布日：2023.06.23
申请日：2023.02.09
分类号：B01D53/84(2006.01)I;B01D53/78(2006.01)I;B01D53/62(2006.01)I
摘要
本发明涉及一种零碳排放的污水处理系统，其中碳释放模块包括污水处理层和泥水分离层，碳导流模块包括分离集气层和定量分配层，分离集气层内设有碱液室和酸液室，泥水分离层一侧设有第一导流管与碱液室连通，碱液室通过连接导流管与酸液室相连，酸液室通过第二导流管与定量分配层连通，碱液室上设有非二氧化碳集气管与定量分配层连通，连接导流管上设有碱液流量阀，第二导流管和非二氧化碳集气管上均设有流量计，碳回收模块包括多个光合代谢层，定量分配层通过第三导流管与最底层的光合代谢层连通，各个光合代谢层内均培植微藻，碳回收模块内壁上设有照明灯，最上侧的光合代谢层通过回流管与碱液室连通。本发明在污水治理同时也实现了碳减排目标。
权利要求书
1.一种零碳排放的污水处理系统，其特征在于：包括由下到上依次设置的碳释放模块、碳导流模块和碳回收模块，其中所述碳释放模块内部通过污泥填料阻隔网(201)分成下侧的污水处理层(1)和上侧的泥水分离层(2)，所述污水处理层(1)底部设有曝气头(1032)和活性污泥输入管(104)，所述泥水分离层(2)内设有过滤膜组(202)；所述碳导流模块包括下侧的分离集气层(3)和上侧的定量分配层(4)，且所述分离集气层(3)内设有碱液室(301)和酸液室(303)，所述泥水分离层(2)一侧设有第一导流管(203)伸入所述分离集气层(3)中并与所述碱液室(301)的输入管(3011)相连，所述碱液室(301)输出端通过连接导流管(302)与所述酸液室(303)输入端相连，所述分离集气层(3)一侧设有第二导流管(304)与所述定量分配层(4)连通，且所述第二导流管(304)与所述酸液室(303)的输出管(3031)相连，另外所述碱液室(301)上设有非二氧化碳集气管(3012)与所述定量分配层(4)连通，所述连接导流管(302)上设有碱液流量阀(3021)，所述第二导流管(304)上设有二氧化碳流量计(305)，所述非二氧化碳集气管(3012)上设有非二氧化碳流量计(3015)；所述碳回收模块包括多个光合代谢层(5)，且所述定量分配层(4)一侧设有第三导流管(401)与最底层的光合代谢层(5)连通，相邻的光合代谢层(5)之间通过隔板(502)隔开，并且所述隔板(502)一端设有布满透气孔的导气板(5021)，各个光合代谢层(5)内均培植微藻，所述碳回收模块内壁上设有照明灯(504)，且所述照明灯(504)穿过各个光合代谢层(5)，最上侧的光合代谢层(5)通过一个回流管(402)与所述碱液室(301)连通。
2.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述污水处理层(1)设有污水输入管(101)和污泥排放管(105)，所述分离集气层(3)底部设有过滤总管，所述泥水分离层(2)中的各组过滤膜组(202)上端均设有连接管(2021)与所述过滤总管连接，所述过滤总管输出端与净水输出管(102)连接。
3.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述污水处理层(1)底部设有带曝气泵(1031)的曝气管(103)，并且所述污水处理层(1)底部的各个曝气头(1032)均通过所述曝气管(103)供气。
4.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述碱液室(301)一侧设有单向排气管(3013)、另一侧设有碱液注液口(3014)。
5.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述酸液室(303)一侧设有酸液注液口(3032)、另一侧设有排盐口(3033)。
6.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述定量分配层(4)一侧设有压力表(403)、另一侧设有安全减压口(404)。
7.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述碳回收模块包括多个光合代谢层(5)，其中最下侧的光合代谢层(5)通过底板(501)与所述定量分配层(4)隔开，相邻的光合代谢层(5)之间通过隔板(502)隔开，所述底板(501)和隔板(502)上均设有微藻。
8.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：所述碳回收模块上端设有可翻转打开的盖板(503)，所述碳回收模块内部设有温度传感器(506)和PH传感器(507)，另外所述碳回收模块上设有控制各个照明灯(504)光照强度的光照控制器(508)。
9.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：在所述污水处理层(1)中，污水中的有机物质在曝气条件下被活性污泥降解形成二氧化碳气体，并且所述污水处理层(1)中产生的二氧化碳气体以及曝气剩余的气体上升并经过所述第一导流管(203)和输入管(3011)进入分离集气层(3)的碱液室(301)中，其中二氧化碳进入碱液室(301)后与OH 反应产生CO32 ，其余的非二氧化碳气体经由所述非二氧化碳集气管(3012)进入所述定量分配层(4)中，CO2气体被碱液吸收生成CO32 后继续进入所述酸液室(303)中，并在所述酸液室(303)内发生酸碱中和反应，即CO32 +H+→CO2+H2O，然后重新生成的CO2气体经由第二导流管(304)进入所述定量分配层(4)中。
10.根据权利要求1所述的零碳排放的污水处理系统，其特征在于：微藻生长过程包括接种更替阶段的光周期、接种更替阶段的暗周期、稳定培养阶段的光周期、稳定培养阶段的暗周期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零碳排放的污水处理系统，其利用活性污泥处理污水中的有机物质形成二氧化碳，并利用微藻吸收处理二氧化碳，从而在污水治理的同时也实现了碳减排目标。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种零碳排放的污水处理系统，包括由下到上依次设置的碳释放模块、碳导流模块和碳回收模块，其中所述碳释放模块内部通过污泥填料阻隔网分成下侧的污水处理层和上侧的泥水分离层，所述污水处理层底部设有曝气头和活性污泥输入管，所述泥水分离层内设有过滤膜组；所述碳导流模块包括下侧的分离集气层和上侧的定量分配层，且所述分离集气层内设有碱液室和酸液室，所述泥水分离层一侧设有第一导流管伸入所述分离集气层中并与所述碱液室的输入管相连，所述碱液室输出端通过连接导流管与所述酸液室输入端相连，所述分离集气层一侧设有第二导流管与所述定量分配层连通，且所述第二导流管与所述酸液室的输出管相连，另外所述碱液室上设有非二氧化碳集气管与所述定量分配层连通，所述连接导流管上设有碱液流量阀，所述第二导流管上设有二氧化碳流量计，所述非二氧化碳集气管上设有非二氧化碳流量计；所述碳回收模块包括多个光合代谢层，且所述定量分配层一侧设有第三导流管与最底层的光合代谢层连通，相邻的光合代谢层之间通过隔板隔开，并且所述隔板一端设有布满透气孔的导气板，各个光合代谢层内均培植微藻，所述碳回收模块内壁上设有照明灯，且所述照明灯穿过各个光合代谢层，最上侧的光合代谢层通过一个回流管与所述碱液室连通。
所述污水处理层设有污水输入管和污泥排放管，所述分离集气层底部设有过滤总管，所述泥水分离层中的各组过滤膜组上端均设有连接管与所述过滤总管连接，所述过滤总管输出端与净水输出管连接。
所述污水处理层底部设有带曝气泵的曝气管，并且所述污水处理层底部的各个曝气头均通过所述曝气管供气。
所述碱液室一侧设有单向排气管、另一侧设有碱液注液口。
所述酸液室一侧设有酸液注液口、另一侧设有排盐口。
所述定量分配层一侧设有压力表、另一侧设有安全减压口。
所述碳回收模块包括多个光合代谢层，其中最下侧的光合代谢层通过底板与所述定量分配层隔开，相邻的光合代谢层之间通过隔板隔开，所述底板和隔板上均设有微藻。
所述碳回收模块上端设有可翻转打开的盖板，所述碳回收模块内部设有温度传感器和PH传感器，另外所述碳回收模块上设有控制各个照明灯光照强度的光照控制器。
在所述污水处理层中，污水中的有机物质在曝气条件下被活性污泥降解形成二氧化碳气体，并且所述污水处理层中产生的二氧化碳气体以及曝气剩余的气体上升并经过所述第一导流管和输入管进入分离集气层的碱液室中，其中二氧化碳进入碱液室后与OH-反应产生CO32-，其余的非二氧化碳气体经由所述非二氧化碳集气管进入所述定量分配层中，CO2气体被碱液吸收生成CO32-后继续进入所述酸液室中，并在所述酸液室内发生酸碱中和反应，即CO32-+H+→CO2+H2O，然后重新生成的CO2气体经由第二导流管进入所述定量分配层中。
微藻生长过程包括接种更替阶段的光周期、接种更替阶段的暗周期、稳定培养阶段的光周期、稳定培养阶段的暗周期。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明包括碳释放模块、碳导流模块和碳回收模块，其中碳释放模块利用活性污泥降解有机物质生产二氧化碳，同时实现泥水分离并达到出水直接排放目的，而碳回收模块则利用微藻的光合作用吸收和消耗气体中的CO2，进而实现零碳排放目的，并且碳回收模块与碳释放模块分离，微藻培养不受污水性质影响，同时无需在污水处理层中重新构建包含微藻的新的活性污泥体系，另外考虑到微藻不同阶段不同周期需要的气体CO2含量不同，本发明先利用碳导流模块中的分离集气层实现CO2气体与非CO2气体的分离，再控制CO2气体与非CO2气体定量输入碳导流模块的定量分配层中混合，从而形成满足微藻不同阶段周期所需要的气体。
2、本发明碳导流模块中的分离集气层利用碱液室和酸液室配合实现CO2气体与非CO2气体的分离，其中碱液室上设有带非二氧化碳流量计的非二氧化碳集气管与定量分配层连通，酸液室通过带二氧化碳流量计的第二导流管与定量分配层连通，碱液室与酸液室之间则通过带碱液流量阀的连接导流管连通，CO2进入碱液室后与OH-反应产生CO32-，而其余的非二氧化碳气体(包含N2、O2等)则经由非二氧化碳集气管进入定量分配层中，酸液室内则发生酸碱中和反应，即CO32-+H+→CO2+H2O，重新生成的CO2气体经由第二导流管进入定量分配层中，本发明通过二氧化碳流量计、非二氧化碳流量计和碱液流量阀即可实现定量分配层中的气体CO2浓度控制，结构简单且控制方便，同时也利于保证控制精度。
3、本发明碳回收模块最上侧的光合代谢层通过一个回流管与分离集气层中的碱液室连通，以使残留的二氧化碳气体重新进入碱液室中实现循环处理。
4、本发明碳释放模块实现了污水的泥水分离排放，并且经过处理后的出水可直接排放，符合环保要求，同时也避免出水中携带大量的污水微生物，引起受纳水体的生物入侵。
5、本发明经碳回收模块合成代谢后获得的微藻屏蔽了污水中的有害物质，并且回收的藻体可应用于制药、燃料、营养品制备等途径，具有更高的产品利用附加值，其作为污水处理全周期的产业链，进一步降低了污水处理成本，完成了污水治理的同时也实现了碳减排目标。
（发明人：程凤莲;郭书海）
