公布日：2023.12.08
申请日：2023.10.24
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/12(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F11/12(2019.01)I;C02F11/10(2006.01)I;C02F11/
02(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种基于碳中和理念的污水处理系统及其方法，属于污水处理技术领域。本发明包括污水处理工艺段和有机质处理工艺段，所述的污水处理工艺段包括依次串联设置的粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池、生物吸附池、沉淀池、膜生物反应器、膜微藻反应器、人工湿地；所述的有机质处理工艺段包括污泥浓缩系统、热水解池、厌氧消化池。本发明系统工艺流程简单可行，污泥消化产生的沼气经过净化后通过燃料电池发电，消化污泥经污泥脱水后进行好氧发酵生产有机肥，污水处理工艺段可实现水资源的循环利用，有机质处理工艺段可实现从生活污水中回收有机物与氮磷等资源，并产生电能与有机肥，对污水处理行业实现碳中和具有重大意义。
权利要求书
1.一种基于碳中和理念的污水处理系统，包括污水处理工艺段(1)和有机质处理工艺段(2)，其特征在于：所述的污水处理工艺段(1)包括依次串联设置的粗格栅(11)、提升泵房(12)、细格栅(13)、沉砂池(14)、生物吸附池(15)、沉淀池(16)、膜生物反应器(17)、膜微藻反应器(18)、人工湿地(19)；所述的有机质处理工艺段(2)包括污泥浓缩系统、热水解池(21)、厌氧消化池(22)，污泥浓缩系统包括离心浓缩装置(23)和气浮浓缩装置(24)；所述的离心浓缩装置(23)的输入端与膜生物反应器(17)连接，气浮浓缩装置(24)的输入端与膜微藻反应器(18)连接，气浮浓缩装置(24)的输出端连接有热水解池(21)；所述的热水解池(21)、离心浓缩装置(23)的输出端分别与厌氧消化池(22)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统，其特征在于：所述的生物吸附池(15)内设置微曝气系统，溶解氧浓度控制在0.2～0.7mg/L。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统，其特征在于：所述的沉淀池(16)部分污泥回流至生物吸附池(15)前端，剩余污泥排至离心浓缩装置(23)。
4.根据权利要求3所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统，其特征在于：所述的生物吸附池(15)产生的剩余污泥与膜生物反应器(17)产生的剩余污泥一同排至有机质处理工艺段(2)中的离心浓缩装置(23)。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统，其特征在于：所述的生物吸附池(15)BOD-污泥负荷为4～6kgBOD/(kgMLSS.d)，污泥龄为0.3～0.5d，水力停留时间≤30min。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统，其特征在于：所述的膜生物反应器(17)采用内置式微滤膜组件，主要对污水中剩余有机物进行好氧降解，BOD-污泥负荷为0.1～0.3kgBOD/(kgMLSS.d)，污泥龄为15～30d，水力停留时间≤2～3h，保持池内溶解氧浓度≥2mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统，其特征在于：所述的膜微藻反应器(18)采用超滤膜，反应器内放置载体，载体填充率为20％～30％，载体选取易于微藻附着的材质，剩余微藻排至污泥气浮浓缩池。
8.根据权利要求1所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统的方法，其特征在于：所述的污水处理工艺段(1)流程如下：生活污水流经粗格栅(11)后，经提升泵房(12)提升自流进入细格栅(13)、沉砂池(14)，大颗粒杂质与沙粒被分离，之后污水自流进生物吸附池(15)，有机物经微生物迅速吸附后进入沉淀池(16)进行泥水分离，部分污泥回流至生物吸附池(15)前端，剩余污泥排至离心浓缩装置(23)；所述的沉淀池(16)出水自流进膜生物反应器(17)，对污水中剩余有机物进行好氧降解，膜生物反应器(17)出水采用真空泵抽吸，出水进入膜微藻反应器(18)，反应器内放置适量载体利于微藻附着生长，微藻对污水中的氮磷等营养物质进行回收，同时能够吸收空气中的二氧化碳，并转变成有机物，膜微藻反应器(18)出水亦采用真空泵抽吸，出水进入人工湿地(19)，经人工湿地(19)植物进一步强化脱氮后出水水质能达到准Ⅳ类，可根据需求进行回用。
9.根据权利要求8所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统的方法，其特征在于：所述的有机质处理工艺段(2)流程如下：采用离心浓缩装置(23)对生化剩余污泥进行浓缩，采用气浮浓缩装置(24)对剩余微藻进行浓缩，气浮浓缩后的微藻与人工湿地产生的植物残体通过热水解池(21)一起进行热水解，热水解处理后的有机质进入厌氧消化池(22)，厌氧消化产生的沼气经过净化后通过燃料电池发电，消化污泥经污泥脱水后进行好氧发酵生产有机肥。
10.根据权利要求9所述的一种基于碳中和理念的污水处理系统的方法，其特征在于：所述的厌氧消化池(22)的上清液回流至污泥离心浓缩装置(23)，离心浓缩装置(23)对生化污泥进行浓缩，浓缩时间≤15min，离心浓缩装置(23)的上清液回流至膜生物反应器(17)进一步处理，气浮浓缩装置(24)对剩余微藻进行浓缩，气浮浓缩装置(24)下清液回流至人工湿地(19)，为人工湿地(19)强化脱氮提供碳源。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种基于碳中和理念的污水处理系统及其方法，本发明包含污水处理工艺段和有机质处理工艺段，有机质处理工艺段包括：污泥浓缩→污泥热水解→污泥消化，污泥消化产生的沼气经过净化后通过燃料电池发电，消化污泥经污泥脱水后进行好氧发酵生产有机肥，本发明的污水处理系统工艺流程简单可行，污水处理工艺段可实现水资源的循环利用，有机质处理工艺段可实现从生活污水中回收有机物与氮磷等资源，并产生电能与有机肥，在实现生活污水净化的同时，能够对生活污水中的有机物与氮磷等营养物质进行回收，对污水处理行业实现碳中和具有重大意义。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于碳中和理念的污水处理系统，包括污水处理工艺段和有机质处理工艺段，所述的污水处理工艺段包括依次串联设置的粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池、生物吸附池、沉淀池、膜生物反应器、膜微藻反应器、人工湿地；
所述的有机质处理工艺段包括污泥浓缩系统、热水解池、厌氧消化池，污泥浓缩系统包括离心浓缩装置和气浮浓缩装置；
所述的离心浓缩装置的输入端与膜生物反应器连接，气浮浓缩装置的输入端与膜微藻反应器连接，气浮浓缩装置的输出端连接有热水解池；所述的热水解池、离心浓缩装置的输出端分别与厌氧消化池连接。
进一步地，所述的生物吸附池内设置微曝气系统，溶解氧浓度控制在0.2～0.7mg/L。
进一步地，所述的沉淀池部分污泥回流至生物吸附池前端，剩余污泥排至离心浓缩装置。
进一步地，所述的生物吸附池产生的剩余污泥与膜生物反应器产生的剩余污泥一同排至有机质处理工艺段中的离心浓缩装置。
进一步地，所述的生物吸附池BOD-污泥负荷为4～6kgBOD/(kgMLSS.d)，污泥龄为0.3～0.5d，水力停留时间≤30min。
进一步地，所述的膜生物反应器采用内置式微滤膜组件，主要对污水中剩余有机物进行好氧降解，BOD-污泥负荷为0.1～0.3kgBOD/(kgMLSS.d)，污泥龄为15～30d，水力停留时间≤2～3h，保持池内溶解氧浓度≥2mg/L。
进一步地，所述的膜微藻反应器采用超滤膜，反应器内放置载体，载体填充率为20％～30％，载体选取易于微藻附着的材质，剩余微藻排至污泥气浮浓缩池。
一种基于碳中和理念的污水处理系统的方法，所述的污水处理工艺段流程如下：
生活污水流经粗格栅后，经提升泵房提升自流进入细格栅、沉砂池，大颗粒杂质与沙粒被分离，之后污水自流进生物吸附池，有机物经微生物迅速吸附后进入沉淀池进行泥水分离，部分污泥回流至生物吸附池前端，剩余污泥排至离心浓缩装置；
所述的沉淀池出水自流进膜生物反应器，对污水中剩余有机物进行好氧降解，膜生物反应器出水采用真空泵抽吸，出水进入膜微藻反应器，反应器内放置适量载体利于微藻附着生长，微藻对污水中的氮磷等营养物质进行回收，同时能够吸收空气中的二氧化碳，并转变成有机物，膜微藻反应器出水亦采用真空泵抽吸，出水进入人工湿地，经人工湿地植物进一步强化脱氮后出水水质能达到准Ⅳ类，可根据需求进行回用。
进一步地，所述的有机质处理工艺段流程如下：
采用离心浓缩装置对生化剩余污泥进行浓缩，采用气浮浓缩装置对剩余微藻进行浓缩，气浮浓缩后的微藻与人工湿地产生的植物残体通过热水解池一起进行热水解，热水解处理后的有机质进入厌氧消化池，厌氧消化产生的沼气经过净化后通过燃料电池发电，消化污泥经污泥脱水后进行好氧发酵生产有机肥。
进一步地，所述的厌氧消化池的上清液回流至污泥离心浓缩装置，离心浓缩装置对生化污泥进行浓缩，浓缩时间15≤min，离心浓缩装置的上清液回流至膜生物反应器进一步处理，气浮浓缩装置对剩余微藻进行浓缩，气浮浓缩装置下清液回流至人工湿地，为人工湿地强化脱氮提供碳源。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明包含污水处理工艺段和有机质处理工艺段，有机质处理工艺段包括：污泥浓缩→污泥热水解→污泥消化，污泥消化产生的沼气经过净化后通过燃料电池发电，消化污泥经污泥脱水后进行好氧发酵生产有机肥，本发明的污水处理系统工艺流程简单可行，污水处理工艺段可实现水资源的循环利用，有机质处理工艺段可实现从生活污水中回收有机物与氮磷等资源，并产生电能与有机肥，在实现生活污水净化的同时，能够对生活污水中的有机物与氮磷等营养物质进行回收，对污水处理行业实现碳中和具有重大意义。
（发明人：刘晓辉;朱红生）
