一种碳减排一体化污水处理设备与技术的制作方法

1.本发明属于污水处理技术领域，具体为一种碳减排一体化污水处理设备与技术。


背景技术：

2.目前碳减排污水处理技术处于研究发展阶段，大规模实际项目应用较少。张亚雷等研究一种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，通过微藻光自养和异养的耦合，发挥微藻利用不同碳源的特点，利用自然太阳光降低培养成本，提高光生物反应器的效率。具有固碳效率高、微藻培养浓度高、系统运行稳定、运行及维护成本低等优点，适合污水处理碳减排及微藻大规模低成本的高效培养。(张亚雷等.污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器[p].中国：cn101838606 b，2013.01.02)。
[0003]
赵清华等发明一种烟气净化协同碳减排工艺系统，包括内部还有水得处理箱及内部设有碱液的再处理箱，烟气中的灰尘固体颗粒先溶于水中，再通过碱液中和烟气中的酸性气体和吸收二氧化碳气体，设有水循环箱，循环使用内部的水，节约了大量用水(赵清华等，一种烟气净化协同碳减排工艺系统[p].中国：cn215842461 u，2022.02.18)。
[0004]
王占军等发明一种碳减排处理废水系统，包括处理罐，废水罐和清除氯离子介导罐，通过内部运行方式，实现净化污水的同时减少碳排放。(王占军等，一种碳减排处理废水系统[p].中国：cn215855297 u，2022.02.18)。
[0005]
徐欣等发明一种碳减排的污水处理系统，该污水处理系统通过将预处理的污水流入到种满植物的水管或水箱或种植框，大面积利用植物的光合作用在处理污水的同时减少碳排放。(徐欣等，一种碳减排的污水处理系统[p].中国：cn215440084 u，2022.01.07)。
[0006]
现有一体化污水处理技术与设备的缺点：
[0007]
(1)现有一体化污水处理设备能耗普遍较高，导致后期运行费用高，不适宜经济落后的地区使用。
[0008]
(2)现有一体化污水处理设备基本无除臭措施，厌氧-缺氧-好氧段主要产生的温室气体co2及臭气，对设备周围空气造成一定污染。
[0009]
(3)现有一体化污水处理设备多采用生化法等常规工艺，冬季处理效果不佳，出水水质波动大。
[0010]
(4)现有一体化污水处理设备脱氨能力弱，出水氮浓度高，易造成周围水体富营养化。
[0011]
为了解决上述问题，为此我们提出一种碳减排一体化污水处理设备与技术。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的在于：为了解决上述问题，我们提供一种脱氮能力强且减少碳排放量的一体化污水处理设备与技术。
[0013]
本发明采用的技术方案如下：
[0014]
一种碳减排一体化污水处理设备与技术，包括区域一、区域二、区域三和区域四，
所述区域一包括厌氧预脱硝池、缺氧脱氮池、好氧多介质生物膜池和折流沉淀池，所述区域二包括plc自控设备间，所述区域三包括生态减碳池，所述区域四包括太阳能动力设备间，所述厌氧预脱硝池包括进水管、电磁分流阀一和微气泡汽提搅拌装置，所述进水管的一端延伸进所述厌氧预脱硝池的内部，另一端延伸至所述厌氧预脱硝池的外部，所述缺氧脱氮池包括电磁分流阀二和汽提搅拌装置一，所述好氧多介质生物膜池包括球形悬浮填料、蜂窝悬浮填料、挡板、进水及布水管线、复合填料和曝气装置，所述曝气装置设置在所述好氧多介质生物膜池的底端上，所述曝气装置的上方铺设有所述复合填料，所述好氧多介质生物膜池的内壁上端固定连接有所述挡板，所述缺氧脱氮池和所述好氧多介质生物膜池通过所述进水及布水管线进行连通，所述硝化液回流管的一端延伸进所述厌氧预脱硝池的内部，所述硝化液回流管的另一端穿过所述缺氧脱氮池后延伸进所述好氧多介质生物膜池的内部，所述电磁分流阀一设置在所述硝化液回流管靠近所述厌氧预脱硝池的一端外表面，所述电磁分流阀二设置在所述硝化液回流管靠近所述缺氧脱氮池的一端外表面。
[0015]
在一优选的发明方式中，所述折流沉淀池包括折流挡板、排泥管和加药管，所述折流挡板固定连接在所述折流沉淀池的内壁上，所述排泥管和所述加药管设置在所述折流沉淀池的外表面上。
[0016]
在一优选的发明方式中，所述plc自控设备间包括蓄电池组一、曝气风机、硝化液回流泵、提升泵、加药桶和plc智能控制柜，所述加药桶的内部设置有汽提搅拌装置二，所述加药桶的上端外表面设置有电磁流量泵，且所述蓄电池组一的输出端与所述蓄电池组一、所述曝气风机、所述硝化液回流泵、所述提升泵、所述加药桶、所述plc智能控制柜和所述电磁流量泵电性连接。
[0017]
在一优选的发明方式中，所述生态减碳池包括布气管、水生植物、填料和底栖生物。
[0018]
在一优选的发明方式中，所述挡板将所述好氧多介质生物膜池的内部容腔分割成两部分，所述球形悬浮填料设置在所述好氧多介质生物膜池的左端内部容腔中，所述蜂窝悬浮填料设置在所述好氧多介质生物膜池的右端内部容腔中。
[0019]
在一优选的发明方式中，所述太阳能动力设备间包括集气罩、吸风机、送风机、集气瓶、蓄电池组二、光伏太阳能系统和管道式紫外消毒器，所述集气罩设置在所述区域一内部，所述集气罩通过管道与所述集气瓶相连通，所述集气瓶的内部容腔通过管道与所述布气管相连通。
[0020]
在一优选的发明方式中，所述吸风机设置在所述集气罩与所述集气瓶之间的管道外表面上，所述送风机设置在所述集气瓶与所述布气管之间的管道外表面上。
[0021]
在一优选的发明方式中，所述光伏太阳能系统的输出端与所述蓄电池组二和蓄电池组一电性连接，且所述蓄电池组二的输出端与所述吸风机、所述送风机和所述的输入端电性连接。
[0022]
在一优选的发明方式中，所述plc智能控制柜的输出端与所述电磁分流阀一、所述电磁分流阀二、所述曝气风机、所述硝化液回流泵、所述提升泵、所述电磁流量泵、所述吸风机、所述送风机和所述管道式紫外消毒器电性连接。
[0023]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0024]
1.本发明中，利用多介质生物膜技术与生态塘进行组合、优化，并通过独特的设计
及结构布局，得到一种可以能耗自给自足并减少碳排放量的一体化污水处理设备与技术。
[0025]
2.本发明中，通过厌氧预脱硝-缺氧脱氮-好氧多介质生物膜-重力沉淀-生态减碳池，精准控制硝化液回流量，不破坏厌氧-缺氧状态，实现最大程度的脱氮，污泥产量低，并且无污泥回流系统，能耗设备少，节约耗能的同时降低污泥产量，减少后期污泥处理处置成本，运行维护费用低。
[0026]
3.本发明中，采用清洁能源的一体化污水处理设备，将太阳能充分利用，实现一体化污水处理设备能源自给。
[0027]
4.本发明中，能源自给的一体化污水设备，无需外接能源，适宜在农村等经济不发达的地区使用，运行维护费用低廉，绿色可持续。
[0028]
5.本发明中，多介质生物膜池中生物质浓度高，多介质膜池双层多反应区的结构设计，以及生化反应区气闭式的设计，可起到一定保温作用，冬季可实现出水水质稳定达标。
附图说明
[0029]
图1为本发明的工艺段示意图；
[0030]
图2为本发明的工艺详图；
[0031]
图3为本发明的结构区域图；
[0032]
图4为本发明中中试验生活污水处理效果图。
[0033]
图中标记：1-厌氧预脱硝池、2-缺氧脱氮池、3-好氧多介质生物膜池、4-折流沉淀池、5-plc自控设备间、6-太阳能动力设备间、7-生态减碳池、11-进水管、12-电磁分流阀一、13-微气泡汽提搅拌装置、21-电磁分流阀二、22-汽提搅拌装置一、23-硝化液回流管、31-球形悬浮填料、32-蜂窝悬浮填料、33-挡板、34-进水及布水管线、35-复合填料、36-曝气装置、41-折流挡板、42-排泥管、43-加药管、51-蓄电池组一、52-曝气风机、53-硝化液回流泵、54-提升泵、55-加药桶、56-plc智能控制柜、57-电磁流量泵、58-汽提搅拌装置二、61-集气罩、62-吸风机、63-送风机、64-集气瓶、65-蓄电池组二、66-光伏太阳能系统、67-管道式紫外消毒器、71-布气管、72-水生植物、73-填料、74-底栖生物。
具体实施方式
[0034]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
下面将结合图1-图4对本发明实施例的一种碳减排一体化污水处理设备与技术进行详细的说明。
[0036]
参照图1-4，
[0037]
实施例：
[0038]
一种碳减排一体化污水处理设备与技术，参照图1-图3，包括区域一、区域二、区域三和区域四，设备与技术分上下两层，上下两层各分为两个区域，区域一为气闭式生化反应区，区域二为plc智能控制区二，区域三为开放式生态减碳池区，区域四为光伏太阳能区；区
域一包括厌氧预脱硝池1、缺氧脱氮池2、好氧多介质生物膜池3和折流沉淀池4，厌氧预脱硝池1、缺氧脱氮池2、好氧多介质生物膜池3及折流沉淀池4为一个整体密闭空间，由于厌氧-缺氧池产生温室气体ch4及co2，好氧多介质生物膜池主要产生温室气体co2；区域二包括plc自控设备间5，区域三包括生态减碳池7，区域四包括太阳能动力设备间6，厌氧预脱硝池1包括进水管11、电磁分流阀一12和微气泡汽提搅拌装置13，进水管11的一端延伸进厌氧预脱硝池1的内部，另一端延伸至厌氧预脱硝池1的外部，污水由浸没式进水管11进入1池，采用浸没式进水管主要防止气体由进水管逸散，电磁分流阀12精准控制回流量10％～50％具体回流比例由现场试验得出，采用微气泡汽提搅拌装置13与电磁分流阀12精准控制硝化液回流量，以便在不破坏厌氧池的厌氧状态下实现预脱硝，强化设备脱氮能力。
[0039]
参照图1-图3，缺氧脱氮池2包括电磁分流阀二21和汽提搅拌装置一22，污水由厌氧预脱硝池1自流进入缺氧脱氮池2，污水在汽提搅拌装置一22作用下混合均匀；好氧多介质生物膜池3包括球形悬浮填料31、蜂窝悬浮填料32、挡板33、进水及布水管线34、复合填料35和曝气装置36，缺氧脱氮池2和好氧多介质生物膜池3通过进水及布水管线34进行连通，缺氧脱氮池2内部的污水由进水管34自流进入好氧多介质生物膜池3，曝气装置36可以起到强化好氧多介质生物膜池3的硝化过程及搅拌功能；曝气装置36设置在好氧多介质生物膜池3的底端上，曝气装置36的上方铺设有复合填料35，复合填料35由80％的粒径15mm为石灰石和20％的粒径2.5mm为污泥基生物炭组成，可以起到类似曝气生物滤池作用，好氧兼少部分厌氧生物膜滤层，石灰石及污泥基生物炭填料起到初步净化并截留部分悬浮物与一些细小颗粒物的作用，及混合填料自身会缓释少量碳源强化反硝化脱氮过程。
[0040]
参照图1和图4，好氧多介质生物膜池3的内壁上端固定连接有挡板33，挡板33将好氧多介质生物膜池3的内部容腔分割成两部分，球形悬浮填料31设置在好氧多介质生物膜池3的左端内部容腔中，蜂窝悬浮填料32设置在好氧多介质生物膜池3的右端内部容腔中，污水由复合填料层35自流上升至水平分隔的2个mbbr可移动生物膜反应器反应区，即球形悬浮填料区和蜂窝悬浮填料区，上层由挡板33完全分隔的2个mbbr反应区中的悬浮填料31及32上附着的微生物对污水进行进一步的净化，使得污水中氨氮得到最大程度的去除；硝化液回流管23的一端延伸进厌氧预脱硝池1的内部，硝化液回流管23的另一端穿过缺氧脱氮池2后延伸进好氧多介质生物膜池3的内部，电磁分流阀一12设置在硝化液回流管23靠近厌氧预脱硝池1的一端外表面，电磁分流阀二21设置在硝化液回流管23靠近缺氧脱氮池2的一端外表面，硝化液由电磁分流阀21精准控制其回流量50％至150％具体回流比例由现场试验得出，缺氧脱氮池2回流硝化液可以强化系统整体的脱氮除磷能力，利用多介质生物膜技术与生态塘进行组合、优化，并通过独特的设计及结构布局，得到一种可以能耗自给自足并减少碳排放量的一体化污水处理设备与技术。
[0041]
参照图1和图4，折流沉淀池4包括折流挡板41、排泥管42和加药管43，折流挡板41固定连接在折流沉淀池4的内壁上，排泥管42和加药管43设置在折流沉淀池4的外表面上，plc自控设备间5包括蓄电池组一51、曝气风机52、硝化液回流泵53、提升泵54、加药桶55和plc智能控制柜56，好氧多介质生物膜池3内部的污水自流进入折流沉淀池4，加药桶55内pac溶液由汽提搅拌装置二58搅拌均匀，气体由曝气风机52提供，pac溶液由电磁流量泵57抽取，再经加药管43滴加，pac溶液与好氧池来水进入沉淀池4，混合后絮凝沉淀至池底，起到除磷及降低ss的作用，沉淀污泥由排泥管42定期排出；通过厌氧预脱硝-缺氧脱氮-好氧
多介质生物膜-重力沉淀-生态减碳池，精准控制硝化液回流量，不破坏厌氧-缺氧状态，实现最大程度的脱氮，污泥产量低，并且无污泥回流系统，能耗设备少，节约耗能的同时降低污泥产量，减少后期污泥处理处置成本，运行维护费用低。
[0042]
参照图1-图3，加药桶55的内部设置有汽提搅拌装置二58，加药桶55的上端外表面设置有电磁流量泵57，且蓄电池组一51的输出端与蓄电池组一51、曝气风机52、硝化液回流泵53、提升泵54、加药桶55、plc智能控制柜56和电磁流量泵57电性连接，生态减碳co2池7包括布气管71、水生植物72、填料73和底栖生物74，折流沉淀池4的污水由提升泵54提升至生态减碳co2池7，污水在水生植物72为金鱼藻和矮生耐寒苦草，填料层73为粒径15mm石灰石，底栖生物74为贝壳类和螺类，并在他们的共同作用下得到进一步净化。
[0043]
参照图1-图3，太阳能动力设备间6包括集气罩61、吸风机62、送风机63、集气瓶64、蓄电池组二65、光伏太阳能系统66和管道式紫外消毒器67，生态减碳co2池7内部的污水自流进入管道式紫外消毒器67，消毒后排出；集气罩61设置在区域一内部，集气罩61通过管道与集气瓶64相连通，集气瓶64的内部容腔通过管道与布气管71相连通，吸风机62设置在集气罩61与集气瓶64之间的管道外表面上，送风机63设置在集气瓶64与布气管71之间的管道外表面上，该设计可将厌氧预脱硝池1、缺氧脱氮池2、好氧多介质生物膜池3和折流沉淀池4产生的温室气体ch4及co2等，统一由吸风机62经集气罩61抽入集气瓶64储存，再由送风机63经布气管71缓缓送入生态减碳co2池7底部，起到曝气充氧的目的，进一步提高水体的溶解氧，但是其主要目的是将该一体化设备产生的温室气体送入生态减碳co2池7，在水生植物光合作用消耗温室气体产生氧气(co2+h
20→
o2+c6h
12
o6)，不仅起到碳减排的作用，还制取出氧气和果糖，消耗温室气体及设备臭气的同时，产生的果糖(c6h
12
o6)还能为排出的污水后续反硝化脱氮提供碳源，可使得排出一体化设备的水体持续降低氮浓度。
[0044]
参照图1-图3，光伏太阳能系统66的输出端与蓄电池组二65和蓄电池组一51电性连接，光伏太阳能系统66产电能储存至蓄电池组51与蓄电池组65；蓄电池组二65的输出端与吸风机62、送风机63和67的输入端电性连接，plc智能控制柜56的输出端与电磁分流阀一12、电磁分流阀二21、曝气风机52、硝化液回流泵53、提升泵54、电磁流量泵57、吸风机62、送风机63和管道式紫外消毒器67电性连接，电磁分流阀12、电磁分流阀21、曝气风机52、硝化液回流泵53、提升泵54、plc智能控制柜56、电磁流量泵57、吸风机62、送风机63及管道式紫外消毒器67均由电池组51与蓄电池组65供能，无需额外供给电能；采用清洁能源的一体化污水处理设备，将太阳能充分利用，实现一体化污水处理设备能源自给，适宜在农村等经济不发达的地区使用，运行维护费用低廉，绿色可持续。
[0045]
本技术一种碳减排一体化污水处理设备与技术实施例的实施原理为：
[0046]
污水由浸没式进水管11进入厌氧预脱硝池1，采用浸没式进水管主要防止气体由进水管逸散，污水在微气泡汽提搅拌装置13作用下混合均匀，硝化液由回流泵53泵入硝化液回流管23，再由电磁分流阀12精准控制回流量10％～50％(具体回流比例由现场试验得出)，采用微气泡汽提搅拌装置13与电磁分流阀12精准控制硝化液回流量，主要目的是不破坏厌氧池的厌氧状态下实现预脱硝，强化设备脱氮能力；污水由厌氧预脱硝池1自流进入缺氧脱氮池2，污水在汽提搅拌装置一22作用下混合均匀，硝化液由电磁分流阀21精准控制其回流量50％至150％(具体回流比例由现场试验得出)，池2回流硝化液主要是强化系统整体的脱氮除磷能力；缺氧脱氮池2内部的污水由进水管34自流进入好氧多介质生物膜池3，好
氧多介质生物膜池3底层设有曝气装置36，起到强化好氧多介质生物膜池3的硝化过程及搅拌功能，底层设有复合填料35(80％石灰石，粒径15mm；20％污泥基生物炭，粒径2.5mm)，底层复合填料层35起到类似曝气生物滤池作用，好氧兼少部分厌氧生物膜滤层，石灰石及污泥基生物炭填料起到初步净化并截留部分悬浮物与一些细小颗粒物作用以及提供少部分碳源强化反硝化脱氮过程。
[0047]
污水由复合填料层35自流上升至水平分隔的2个mbbr(可移动生物膜反应器)反应区，即球形悬浮填料区和蜂窝悬浮填料区，上层由挡板33完全分隔的2个mbbr反应区中的悬浮填料31及32上附着的微生物对污水进行进一步的净化，使得污水中氨氮得到最大程度的去除；好氧多介质生物膜池3内部的污水自流进入折流沉淀池4，加药桶55内pac溶液由汽提搅拌装置二58搅拌均匀，气体由曝气风机52提供，pac溶液由电磁流量泵57抽取，再经加药管43滴加，pac溶液与好氧池来水进入沉淀池4，混合后絮凝沉淀至池底，起到除磷及降低ss的作用，沉淀污泥由排泥管42定期排出。
[0048]
而折流沉淀池4污水由提升泵54提升至生态减碳池7，污水在水生植物72(金鱼藻、矮生耐寒苦草)、填料层73(粒径15mm石灰石)及底栖生物74(贝壳类、螺类)的共同作用下得到进一步净化；生态减碳池7内部的污水自流进入管道式紫外消毒器67，消毒后排出。无论冬季低温或夏季高温，排出水质远远优于优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb 18918-2002)的一级a排放标准。该中试试验装置进、出水水质监测由2021年7月至2022年4月，期间经历夏季高温与冬季低温的冲击，进出水tn、nh
3-n、tp及codcr浓度变化详见图4。
[0049]
厌氧预脱硝池1、缺氧脱氮池2、好氧多介质生物膜池3及折流沉淀池4为一个整体密闭空间，由于厌氧-缺氧池产生温室气体ch4及co2，好氧多介质生物膜池主要产生温室气体co2，该设计可将厌氧预脱硝池1、缺氧脱氮池2、好氧多介质生物膜池3和折流沉淀池4产生的温室气体ch4及co2等，统一由吸风机62经集气罩61抽入集气瓶64储存，再由送风机63经布气管71缓缓送入生态减碳池7底部，起到曝气充氧的目的，进一步提高水体的溶解氧，但是其主要目的是将该一体化设备产生的温室气体送入生态减碳池7，在水生植物光合作用消耗温室气体产生氧气，不仅起到碳减排的作用，还制取出氧气，消耗温室气体的同时也起到设备除臭作用。
[0050]
tybm
②-碳(co2)减排一体化污水处理设备与技术，由光伏太阳能系统66产电能储存至蓄电池组51与蓄电池组65，电磁分流阀12、电磁分流阀21、曝气风机52、硝化液回流泵53、提升泵54、plc智能控制柜56、电磁流量泵57、吸风机62、送风机63及管道式紫外消毒器67均由电池组51与蓄电池组65供能，无需额外供给电能。微气泡汽提搅拌装置13、汽提搅拌装置一22、曝气装置36及汽提搅拌装置二58均由曝气风机52供气。复合填料35(80％石灰石，粒径15mm；20％污泥基生物炭，粒径2.5mm)填充高度为好氧多介质生物膜池3高度的1/3，粒径2.5mm的污泥基生物炭填料，为污水厂剩余污泥脱水晾干后，在无氧且550℃条件下碳化2小时形成，研碎后筛分而出，球形悬浮填料31(粒径50mm)填充空间占好氧多介质生物膜池3整体空间的10％，蜂窝悬浮填料(φ20mm，厚度8mm)32填充空间占好氧多介质生物膜池3整体空间的10％。沉淀池添加pac(al203含量28％)药量：每100吨水消耗pac量约1.68kg。生态减碳池7中填料为粒径15mm石灰石，填充高度为生态减碳池运行水深的20％，水生植物采用金鱼藻及耐寒苦草，底栖动物选择贝壳类及螺类，完善池7的生态链及水生物种丰度。所有水泵、风机、电磁阀、紫外消毒器及其他电气设备具有plc智能控制柜56控制。
[0051]
tybm
②-碳(co2)减排一体化污水处理中试试验设备，试验期间，污水处理效果好且出水稳定达标，全年排水水质质均达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb 18918-2002)的一级a排放标准，中试试验期间(2021年7月初-2022年4月底)水质检测结果见表1，污染物浓度变化见图4。该设备无需专人值守，运行简单，太阳能供电不消耗额外电能，无臭味、碳减排同时释放氧气，绿色环保。
[0052]
表1中试试验污染污浓度变化表
ꢀꢀꢀ
单位mg
·
l-1
[0053]
项目tnnh
3-ntpcod
cr
进水30.1324.443.02105.90沉淀池出水16.386.920.4120.41生态减碳池出水14.764.710.3315.79总去除率51.4583.4287.9583.39
[0054]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。