基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺及运行系统

1.本发明涉及一种用于对废水进行深度处理的工艺，实现对废水的高效处理和生物质高效分离回收，属于微藻生物工程技术领域。


背景技术：

2.大量研究证实，光合藻类与细菌在内的异养生物共存时，会形成一种叫藻菌聚生体的微生物群落。这种群落具有特定群落结构和生态功能，藻菌之内通过复杂的代谢机制交换营养物质和代谢产物、传递基因等相互作用，表现出较高的生长速度、强大的营养物质吸收能力、增强的生物絮凝能力和出色的生化物质生产能力，而且具有很强的抗污染抗冲击性。而且，光合藻类与细菌可以相互提供氧气和二氧化碳，基本消除了污水生物处理过程中对曝气的依赖和温室气体排放。以藻菌聚生体为处理介质的藻菌共生废水处理工艺可以获得极高的处理效率、极低的动力消耗和温度气体排放，从而同时实现废水营养物质的超低排放和减碳目标。因此，基于藻菌共生的废水处理工艺，特别是深度处理工艺日益受到关注。
3.然而，藻菌聚生体的污染物去除能力和沉淀分离能力是由其群落结构决定的。一般而言，光合藻类占主导的藻菌聚生体，污染物去除能力更为出色，但形成的藻菌培养物不易沉淀分离出来；而以动胶菌为代表的细菌成为藻菌聚生体的主体时，才会有良好的絮凝沉淀效果，但以营养物质去除能力下降为代价。这种反差极大限制了基于藻菌共生的工艺在废水深度处理领域的应用。
4.因此，需要一种既能发挥藻菌共生高效废水处理能力，又能适时将藻菌培养物从出水中分离出的新型工艺，以实现废水污染物超低排放的目标。


技术实现要素：

5.本发明针对现有废水深度处理技术存在的不足，提供一种基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺，以及实现该工艺的运行系统。该工艺为与24小时昼夜循环同步的序批式处理工艺。在工艺的不同阶段，分别提供纯藻液、浓缩再生的污泥以及不同的曝气条件，从而实现藻菌群落结构和运行环境快速调整，以分别适应污染物高效去除和泥水高效分离要求，从而达到废水深度处理的目标并减少能耗和温度气体排放。
6.本发明基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺，为与昼夜周期同步的序批式工艺，在工艺的不同阶段，分别提供纯藻液、浓缩再生的污泥以及不同的曝气条件，从而实现藻菌群落结构和运行环境快速调整，以分别适应污染物高效去除和泥水高效分离要求；包括以下步骤：
7.(1)蓄水调节阶段：
8.将持续流入的进水蓄存24小时，同时实现水质调节、水解酸化、部分反硝化和初步沉淀，沉淀后得到上部澄清液和底部污泥，底部污泥大部分排出，剩余污泥用于下一周期；
9.(2)进水阶段：
10.将步骤(1)所述的上部澄清液与纯藻液同时注入主反应器中，并与主反应器中上周期留滞的剩余藻菌混合污泥一起搅拌均匀成混合液，混合液中通入环境空气进行曝气，直至形成微藻为群落结构主体的藻菌聚生体，进入下一阶段；
11.(3)光照处理阶段：
12.置于一个昼夜周期(24小时)中有室外自然光照时段，使污染物以藻类光合同化去除为主；混合液在搅拌推动下持续物质流动，并向混合液通入富co2空气进行曝气，强化光生物反应，直至氮磷营养物质消减殆尽，进入下一阶段；
13.(4)非光照处理阶段：
14.混合液置于一个昼夜周期中非室外自然光照时段，通过呼吸代谢和生物絮凝进一步去除污染物；混合液继续反应一段时间后，注入浓缩再生污泥，搅拌混合均匀，并持续物质流动，在培养过程向混合液通入环境空气进行曝气，直至以动胶菌为代表的细菌成为藻菌聚生体的主体时，进入下一阶段；
15.(5)沉淀分离阶段：
16.停止曝气，混合液静置对培养物进行沉淀分离，分为上层的澄清水和下层的藻菌混合污泥；
17.(6)排水排泥阶段：
18.将上层澄清水排出，作为处理出水排放或者作为纯藻液培养的配制水回用；排水完成后将大部分沉淀的藻菌混合污泥排出进行污泥浓缩再生，剩余藻菌混合污泥用于下一周期；
19.(7)污泥浓缩再生阶段：
20.将步骤(1)和步骤(6)中产生污泥(底部污泥和藻菌混合污泥)集中到一个浓缩再生池中进行污泥浓缩再生；首先对污泥进行浓缩进行重力浓缩，运行时间为12～18小时，得到浓缩污泥；大部分浓缩污泥排出进一步资源回收利用，对剩余的浓缩污泥进行曝气再生，曝气速率保持在0.2vvm，获得再生污泥，并将在步骤(4)回流到主反应器中。
21.所述步骤(1)中蓄水调节处理是指蓄积一个昼夜周期的处理用水，并进行水质调节、水解酸化、部分反硝化和初步沉淀，蓄水过程中通过间歇曝气的方式控制溶解氧浓度在0.5～1mg l-1
，曝气速率不超过在0.005vvm，上部废水澄清液的ss浓度不应超过30mg l-1
。
22.所述步骤(2)中纯微液的投加量为与藻菌混合污泥干物质质量比为5:1。
23.所述步骤(2)中纯藻液为无杂菌杂藻的单一和多种微藻的纯培养液，藻生物质浓度不低于5000mg l-1
，所含营养盐应在培养中应基本被耗尽，溶解性总氮浓度不高于5mg l-1
，溶解性总磷浓度不高于0.2mg l-1
。
24.所述步骤(2)中纯藻液培养过程分为在前的富营养培养阶段和在后的乏营养培养阶段两个阶段，培养过程中完全密封，两个阶段均于室外自然光照条件下进行工程藻株纯培养，培养过程通入富co2空气作为碳源，曝气速率保持在0.05vvm；富营养培养阶段，采用半连续培养模式，每天用富含营养元素的新鲜培养基从藻培养反应器中置换出部分藻液，置换比为1/6至1/4，藻液浓度保持在3000～4000mg l-1
；乏营养培养阶段，采用非连续培养模式，不再加入新鲜培养基，在保持微藻生长的同时，耗尽培养基中营养物质；将富营养培养阶段置换出的藻液注入本阶段的藻培养反应器开始培养，每天检测一次，直至满足所需纯藻液要求。
25.所述步骤(2)中混合液中挥发性悬浮固体浓度为1500～2500mg l-1
。
26.所述步骤(3)中富co2空气为co2与环境空气混合制得，co2的体积浓度为5％～20％，所述步骤(3)中曝气速率不低于0.01vvm。
27.所述步骤(4)中混合液的挥发性悬浮固体浓度(mvlss)为3000～4500mg l-1
；所述步骤(4)中曝气速率不超过0.05vvm。
28.所述步骤(3)光照处理阶段的运行时间为10～14小时；所述步骤(4)非光照处理阶段的运行时间为：污泥回流前运行时间2～3小时，回流后运行时间不超过1小时；所述步骤(5)的运行时间不超过1小时；所述步骤(6)的运行时间为20～30分钟。
29.所述步骤(7)浓缩污泥含水率应小于96％。
30.为实现上述基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺的运行系统，采用以下技术方案：
31.该运行系统，包括蓄水调节模块、主处理模块、纯藻培养模块、污泥浓缩再生模块和供气模块；蓄水调节模块的上部出液口与主处理模块的进液口连接，蓄水调节模块的底部通过污泥排管与污泥浓缩再生模块连接，纯藻培养模块的纯藻液出口与主处理模块的纯藻液进口连接，主处理模块、纯藻培养模块和污泥浓缩再生模块中设置有曝气装置(曝气器)，供气模块与主处理模块、纯藻培养模块和污泥浓缩再生模块中的曝气装置连接，污泥浓缩再生模块通过污泥回流管与主处理模块连接，主处理模块通过藻菌混合污泥排泥管连接污泥浓缩再生模块，主处理模块中还设置有搅拌器。
32.蓄水调节模块包括主蓄水池和副蓄水池，副蓄水池通过排水管连通主蓄水池，副蓄水池底部高于主蓄水池底部不少于0.5米。运行周期与主处理模块同步为24小时为主处理模块提供蓄存24小时的来水。除了实现来水存蓄外，该模块还能实现水质调节、水解酸化、部分反硝化和初步沉淀功能，从而为主处理模块提供水质相对稳定的废水澄清液，提高系统整体的处理效率和耐冲击性能。蓄水调节模块的运行包括蓄水阶段、沉淀阶段和排水排泥阶段：蓄水阶段为主要运行阶段，在蓄水阶段进行蓄水同时实现污水的水质调节、水解酸化及部分反硝化；沉淀阶段对蓄水进行沉淀分离，沉淀后得到较为清澈的澄清液(上层水)和下层污泥；排水排泥阶段将澄清液排放到主处理模块中，保留少部分污泥下用于下一周期，污泥量以满足下一周期水解酸化及反硝化所需来确定，其余大部分的污泥排放到污泥浓缩再生模块中。
33.纯藻培养模块为主处理模块提供高浓度工程藻株的纯培养液，将主处理模块中群落结构调整为微藻为主，为密封的光生物反应器。向主处理模块提供的纯藻液不仅需要藻浓度高，而且要求尽量不让氮磷返回到主处理反应器中。因此，纯藻培养模块分为富营养培养和乏营养培养两个阶段。两个阶段一般使用相同的藻培养反应器，于室外自然光照条件下进行工程藻株纯培养，培养过程用富co2空气曝气起到碳源和搅拌作用。两阶段的区别在于：富营养培养阶段在前，为半连续培养模式，每天加入富含氮磷营养物质的新鲜培养基促进微藻生长保持高藻液浓度；乏营养培养阶段为非连续培养模式，不加入新鲜培养基，在保持微藻生长的同时，耗尽培养基中氮磷营养物质。
34.污泥浓缩再生模块的主要设备为浓缩再生池，为对主处理模块和蓄水调节模块排出的污泥进行浓缩，并将其中部分污泥进行再生回用。所述浓缩再生池是污泥进行浓缩和再生的构筑单元，其设计容积和表面负荷可以参考市政废水处理污泥浓缩池进行类比。经
过浓缩的污泥体积减少，有利于运送和利用。经活化再生的污泥，藻细胞基本破坏，藻生物质和吸附有机物得到稳定转化，细菌于内源呼吸阶段，吸附和沉淀分离能力优于一般活性污泥，添加到主处理反应器中可快速调整藻菌群落结构，强化泥水分离能力。污泥浓缩再生模块的运行包括进泥阶段、排水排泥阶段、浓缩阶段、再生阶段、回流阶段和闲置阶段，六个阶段分别进行接收蓄水调节模块排出的污泥和主处理模块排出的藻菌混合污泥、对污泥进行重力浓缩、上清液回流至主处理模块和大部分污泥排出以利用、滞留浓缩污泥的再生活化、再生活性污泥回流到主处理模块以及闲置等待下一周期等工作。
35.供气模块向其它四个模块提供曝气所需气源，该模块由鼓风机、供气管线、曝气装置和气源，提供包括富co2空气和环境空气两种气源。
36.与现有废水处理工艺相比，本发明具有以下特点：
37.(1)为了克服一般藻菌共生培养无法同时具有高处理效率和高分离效率的缺点，通过在序批运行过程调整藻菌聚生体的群落结构，在工艺不同阶段分别形成微藻占优聚生体进行高效的污染物处理，和细菌占优的聚生体进行高效藻菌混合培养物进行沉淀分离。
38.(2)出水可实现氮磷的超低排放，排放浓度可满足《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中iv类水体的水质要求。
39.(3)在废水处理过程中减少了曝气量和污水污泥的回流量从而降低运行费用，并可以固定co2实现工艺阶段的碳中和。
40.(4)产生藻菌混合污泥生物炼制潜力远超过一般活性污泥，有更高的经济效益。
41.(5)由于微藻有过度吸磷及在厌氧条件下不释磷的特点，可延长藻菌混合污泥浓缩的时间，提高浓缩效果。
42.(6)采用模块化设计，不同模块实现各自功能，各模块之间的物质均通过管件输送，大大降低设计、施工、维护和管理难度，并可随时根据工况调整各单元处理能力，将生产维持在最优工况下。
附图说明
43.图1是本发明基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺的运行流程示意图。
44.图2是本发明中蓄水调节模块的结构原理示意图。
45.图3是本发明中主处理模块的结构原理示意图。
46.图4是本发明中纯藻培养模块的结构原理示意图。
47.图5是本发明中污泥浓缩再生模块的结构原理示意图。
48.图6是本发明中供气模块的结构原理示意图。
49.图7是本发明基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺中各阶段之间的运行周期协调示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图和两项非限制性实施例对本发明进行详细说明，可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但本发明的保护范围不受实施例所限。
51.本发明主要用于二级生物处理出水或水质接近的废水及地表水进行深度处理，水质如表1所示。处理的目标为出水排放浓度可满足《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中
iv类水体的水质要求。本发明的工艺为与24小时昼夜循环同步的序批式处理工艺。在工艺的不同阶段，分别提供纯藻液、浓缩再生的污泥以及不同的曝气条件，从而实现藻菌群落结构和运行环境快速调整，以分别适应污染物高效去除和泥水高效分离要求，从而达到废水深度处理的目标并减少能耗和温度气体排放。
52.表1
53.水质指标原水数据cod≤150mg l-1
悬浮物≤100mg l-1
总氮(以n计)≤75mg l-1
氨氮(以n计)≤30mg l-1
总磷(以p计)≤5mg l-1
ph6-9
54.本发明的运行系统五个相对独立功能的模块，通过五个模块实现基于藻菌共生的高效废水深度处理工艺。如图1所示，该运行系统包括蓄水调节模块、纯藻培养模块、主处理模块、污泥浓缩再生模块和供气模块。各模块通过管件相互连接，实现气液的相互供应。原水直接进入蓄水调节模块，蓄水调节模块的上部出液口与主处理模块的进液口连接，蓄水调节模块的底部通过污泥排管与污泥浓缩再生模块连接。纯藻培养模块的纯藻液出口与主处理模块的纯藻液进口连接。主处理模块、纯藻培养模块和污泥浓缩再生模块中设置有曝气装置(曝气器)，供气模块与主处理模块、纯藻培养模块和污泥浓缩再生模块中的曝气装置连接。污泥浓缩再生模块通过污泥回流管与主处理模块连接，主处理模块中还设置有搅拌器。主处理模块通过藻菌混合污泥排泥管连接污泥浓缩再生模块。
55.以下对各模块的结构及其运行过程进行详细说明
56.一.蓄水调节模块，参见图2
57.为适应工艺序批式处理的间隔进水的方式而调蓄要进行深度处理的废水(原水)设置蓄水调节模块，并有提高系统的和耐冲击性能作用。除了为主处理模块存蓄一个周期(24小时)的水量外，蓄水调节模块还要实现水质调节、水解酸化、部分反硝化和初步沉淀，为主处理模块提供的水质要相对且澄清，ss浓度不应超过30mgl-1
。该模块包括主蓄水池和副蓄水池，副蓄水池通过排水管连通主蓄水池。主蓄水池为进行水量调节的主要构筑物，内设搅拌器和曝气设施用于推蓄水池中废水循环流动和间歇曝气，池容积按日均进水量乘以变化系数(可选1.2)确定。副蓄水池为主蓄水池进行沉淀和排水排泥时临时蓄水的构筑物，不设搅拌器和曝气等设施，其容积按主蓄水池1/20～1/40确定。副蓄水池底部高于主蓄水池底部不少于0.5米。主蓄水池沉淀后的上层水被排放到主处理模块中，排水完成后排放部分污泥到污泥浓缩再生模块中。
58.该模块具体处理过程可细分为三个不同阶段：
59.(1)蓄水阶段
60.该阶段为一周期的开始阶段，在上一周期排水排泥结束后启动，副蓄水池所储蓄的原水排空至主蓄水池中不再接收原水，原水转而注入主蓄水池中。注入方式为淹没式注入，主蓄水池内进行搅拌，蓄水时间为23小时，通过间歇曝气的方式控制溶解氧浓度在0.5～1mg l-1
。
61.(2)沉淀阶段
62.该阶段主蓄水池不再蓄水，转而由副蓄水池蓄水。主蓄水池不再进行搅拌和曝气而进行沉淀分离，运行时间为30～40分钟。
63.(3)排水排泥阶段
64.该阶段将主蓄水池沉淀后的上层水被排放到主处理反应器中，排水完成后排放部分污泥到污泥浓缩再生模块的浓缩再生池中，剩余污泥量以满足下一周期水解酸化及反硝化所需来确定。该阶段仍由副蓄水池蓄水，运行时间为20～30分钟。
65.二.主处理模块，参见图3
66.主处理模块是本发明整个处理废水的核心模块。主处理模块的主体为主处理反应器，优先使用微藻培养常规使用的跑道池反应器。该类反应器呈环形跑道状，两端弯道呈半圆弧状，隔流墙将池子一分为二，有搅拌器驱动混合液流动，并有曝气装置。该模块运行方式为序批式，每个运行周期为24小时，与昼夜循环同步。主处理模块的具体处理过程可细分为五个不同阶段。
67.(1)进水阶段
68.该阶段开始时将蓄水调节模块排出的澄清液和纯藻培养模块培养的纯藻液同时注入主处理模块(主处理反应器)中，并与上周期留滞的剩余藻菌混合污泥在搅拌器推动下实现混合均匀，经适应形成新的藻菌复合群落。该阶段采用空气曝气，曝气速率不超过在0.005vvm，曝气速度单位vvm是指每分钟曝气量与培养液工作体积的比值。纯微液的投加量可根据水质、工况等调整，以与藻菌混合污泥干物质质量比为5:1为宜，混合液中挥发性悬浮固体浓度(mvlss)为1500～2500mg l-1
。运行时间由其它阶段占用时间确定，以补足全周期24小时为准。
69.该阶段设置的目的是为令剩余藻菌混合污泥、工程藻株适应待处理的澄清并与之充分混合，形以工程纯藻为优势种群的新的藻菌复合聚生体，从而为强化废水处理作准备。
70.(2)光照处理阶段
71.该阶段需要置于一个昼夜周期中有室外自然光照时段，混合液在搅拌器推动下持续流动，并在培养过程向混合液通入富co2空气，曝气速率不低于0.01vvm，运行时间由昼夜周期中有光照的时长确定，一般为10～14小时。
72.该阶段是废水深度处理的关键阶段，藻生物量高于细菌生物量，工程藻株为优势种群，而且处于有光照和通入富co2空气的条件更有利于微藻生长。因此微藻，特别是强化工程藻株为群落优势种，氮磷去除效果比活性污泥法更优，并且有机物去除效果也得到强化。
73.(3)非光照处理阶段
74.该阶段开始时混合液在主处理反应器中继续反应一段时间，将污泥浓缩再生模块中的浓缩再生污泥通过污泥回流管回流注入主处理反应器中，并在搅拌器推动下与混合液实现混合均匀，混合液的挥发性悬浮固体浓度(mvlss)提高到3000～4500mg l-1
。混合液在搅拌器推动下持续物质流动，并在培养过程向混合液通入空气，曝气速率不超过0.05vvm。污泥回流前运行时间2～3小时，回流后运行时间不超过1小时，具体时长由工艺优化确定。
75.该阶段注入的回流浓缩再生污泥是指经污泥浓缩再生模块处理后的污泥，其含水量大为降低，藻细胞基本破坏，藻生物质和吸附有机物得到稳定转化，细菌生长到内源呼吸
阶段。由于引入了浓缩再生污泥，在进行一步除去有机物和氮磷的同时，形成的新藻菌聚生体的群落中动胶菌为代表的细菌占具优势，从而为沉淀分离做准备。
76.(4)沉淀分离阶段
77.该阶段主处理反应器停止曝气，混合液静置进行沉淀分离，运行时间不超过1小时，具体时长由工艺优化确定。
78.由于非光照处理阶段中，藻菌聚生体的群落中动胶菌为代表的细菌已占具优势，并细菌已处于内源呼吸阶段，易于大量生物絮体形成。因此该阶段生物絮凝能力大大加强，藻菌混合培养物分离的效果得到强化，也强化了有机物和磷的去除和沉淀能力，提高了上层澄清水的水质。
79.(5)排水排泥阶段
80.通过滗水器将上层澄清水排出，大部分作为处理出水排放，少部分作为纯藻培养模块培养液配制水回用。排水完成后保留满足下一周期进水阶段所需的藻泥混合污泥和纯微藻的干物质质量比及挥发性悬浮固体浓度的污泥量，其余大部分藻菌混合污泥排放到污泥浓缩再生模块中。运行时间为20～30分钟，具体时长由工艺优化确定。
81.该阶段为废水处理的最终环节，出水排放浓度可满足《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中iv类水体的水质要求。
82.三.纯藻培养模块，参见图4
83.纯藻培养模块为主处理反应器提供高浓度工程藻株的纯培养液而设置的辅助模块。其提供的纯藻液要求的藻生物质浓度不应低于5000mg l-1
，所含营养盐应在培养中应基本被耗尽，溶解性总氮浓度不应高于5mg l-1
，溶解性总磷浓度不应高于0.2mg l-1
。而且为保证纯藻培养，培养过程中不能混入杂菌杂藻。
84.为实现以上要求，微藻的培养过程被分为富营养培养阶段和乏营养培养阶段两个操作阶段。两个阶段一般使用相同的藻培养反应器，一般为微藻培养工艺常规使用的柱状、管状或平板状光生物反应器，除要严格密封外，还有要其它防止杂菌杂藻混入的措施。两个阶段均于室外自然光照条件下进行工程藻株纯培养，培养过程通入富co2空气作为碳源，曝气速率保持在0.05vvm。两个阶段区别在于：
85.(1)富营养培养阶段
86.该阶段在前，采用半连续培养模式，目的是微藻生长的最大化。每天用富含营养元素的新鲜培养基从藻培养反应器中置换出部分藻液，置换比由工艺优化结果确定，一般为1/6至1/4，藻液浓度保持在3000～4000mg l-1
。
87.培养基是利用主处理阶段处理出水加入营养盐灭菌后制成，可以参照本领域常用bg11、se等微藻培养基成份，营养盐比例适当调整进行配制，氮磷比以保持在8:1为宜。
88.置换比是每天从藻培养反应器置换出藻液或加入的新鲜培养基体积与反应器工作容积的比值。
89.(2)乏营养培养阶段
90.该阶段在后，采用非连续培养模式，不再加入新鲜培养基，在保持微藻生长的同时，耗尽培养基中营养物质。将富营养培养阶段置换出的藻液注入本阶段的藻培养反应器开始培养，每天检测一次。当藻液满足主处理反应器所需纯藻液要求后，在主处理阶段启动进水阶段时结束培养，输送到主处理器中。
91.四.污泥浓缩再生模块，参见图5
92.污泥浓缩再生模块是为对主处理模块和蓄水调节模块排出的污泥进行浓缩，并将其中部分污泥进行再生活化回用而设置。经浓缩后的污泥含水率《96％；经再生活化的污泥中基本无完整藻细胞，藻生物质和吸附有机物得到稳定转化，有机物含量占干物质的含量《20％，细菌于内源呼吸阶段，令污泥的吸附和絮凝能力高于普通活性污泥。该模块的主体设施采用浓缩再生池，其设计容积和表面负荷可以参考市政废水处理污泥浓缩池进行类比。
93.该模块具体处理过程可细分为六个不同阶段：
94.(1)进泥阶段
95.浓缩再生池先后接收主处理反应器排出藻菌混合污泥和蓄水调节系统排出的污泥，进泥时间与主处理反应器排泥时间和蓄水调节系统排泥时间一致，持续40～60分钟。
96.(2)浓缩阶段
97.将由主处理反应器排出的藻菌混合污泥和蓄水调节模块排出的注入浓缩再生池进行重力浓缩，运行时间为12～18小时。
98.(3)排水排泥阶段
99.经浓缩后上清液回流到主蓄水池，大部分浓缩藻菌生物质以污泥形式排放，进行进一步生物炼制后利用，其余分污泥滞留浓缩再生池，运行时间为20～30分钟。滞留的污泥量需满足主处理系统所需回流再生污泥量，一般占总浓缩污泥量的10％～25％。
100.(4)再生阶段
101.利用空气对滞留的浓缩污泥进行曝气，曝气速率保持在0.2vvm。该阶段结束时间由主处理模块光照处理阶段结束时间确定，运行时间一般为3～6小时。经过该阶段，浓缩污泥中藻细胞基本被溶解破坏，藻生物质和吸附有机物得到稳定转化，污泥中细菌得到生长并发展到内源呼吸阶段，外在表现为污泥干物质总量减少，吸附能力与沉淀性能大大增强。
102.(5)回流阶段
103.再生污泥将主处理模块非光照处理阶段回流至主处理反应器中，调整主处理反应器中的藻菌群落结构，强化生物絮凝能力，促进泥水分离。该阶段与运行时间10～15分钟。
104.(6)闲置阶段
105.再生污泥被排出后直下一周期再次接收污泥之间，浓缩再生池处于闲置阶段。
106.五.供气模块，参见图6
107.供气模块为是为向其它四个模块提供曝气所需气体。供气模块由鼓风机、供气管线、曝气装置和气源组成，提供鼓风曝气所需的富co2空气和空气两种气源。空气为鼓风机提供的环境空气。富co2空气可由co2与环境空气混合制得，其中co2的体积浓度为5％～20％，应优先利用含co2工业废气作为co2气源。
108.本发明中各阶段之间的运行周期可按图7所示进行协调。特别强调的是，主处理模块运行周期以光照处理阶段处于一个昼夜周期的室外自然光照最强时段来设定；其它模块的运行周期以满足主处理模块的运行要求来设定。
109.以下给出具体实施例
110.实施例1
111.本实施例为实验室中进行的室内小型模拟验证实验，处理量为120l d-1
，按具体实施方式所描述的技术方案实施，所用方法和材料包括：
112.所用原水为实验室配制的人工模拟废水，水质如表2所示。
113.表2
114.水质指标原水数据cod95mg l-1
悬浮物85mg l-1
总氮(以n计)70mg l-1
氨氮(以n计)15mg l-1
总磷(以p计)4.5mg l-1
ph6.9
115.所处室内环境为：温度25℃；光照周期为昼间:夜间为12h:12h；昼间光照强度保持在10000lux。
116.所用主处理反应器、主蓄水池、藻培养反应器、污泥浓缩再生池均采用统一的柱状光生物反应器，副蓄水池采用烧杯，co2气源由工业co2气瓶提供。
117.主处理模块进水阶段、光照处理阶段、非光照处理阶段、沉淀分离阶段和排水排泥阶段的运行时间分别定为8小时、12小时、3小时、0.5小时、0.5小时。进水阶段空气曝气速率为0.002vvm，投加纯微液与藻菌混合污泥的干物质质量比5:1，混合液中挥发性悬浮固体浓度保持在2000mg l-1
左右。光照处理阶段富co2空气曝气速率为0.01vvm。非光照处理阶段空气曝气速率为0.05vvm，混合液中挥发性悬浮固体浓度保持在3000mg l-1
左右。
118.蓄水调节模块蓄水阶段、沉淀阶段和排水排泥阶段的运行时间分别定为23小时、35分钟和25分钟。蓄水阶段间歇曝气时曝气速率为0.01vvm。
119.纯藻培养模块所提供的纯藻液的藻生物质浓度可达到6500mg l-1
，溶解性总氮浓度小于4mg l-1
，溶解性总磷浓度小于0.2mg l-1
。所用强化工程藻株为chlorella sdjz-a14。这由一株具有高速生长和高co2耐受性小球藻野生株chlorella sdjz-a，经常压室温等离子体诱变后，定向筛选出的脱氮除磷强化突变株，其与活性污泥中的细菌可以发展成稳定的藻菌聚生体。富co2空气曝气速率为0.05vvm。所用培养基为调整过氮磷含量的改进se培养基，该1l培养基包括成分如表3所示：
120.表3
[0121][0122][0123]
改进se培养基所用a5溶液，其特征在于1l培养基包括成分如表4所示：
[0124]
表4
[0125][0126]
改进se培养基所用土壤过滤液，为取花园土未施过肥200g置于烧杯或三角瓶中，加入蒸馏水1000毫升，瓶口用透气塞封口，在水浴中沸水加热3小时，冷却，沉淀24小时，此过程连续进行3次，然后过滤，取上清液，于高压灭菌锅中灭菌后待用。
[0127]
污泥浓缩再生模块进泥阶段、浓缩阶段、排水排泥阶段、再生阶段、回流阶段和闲置阶段运行时间分别定为1小时、15.5小时、0.5小时、5小时、0.5小时和1.5小时。滞留用于再生的污泥占总浓缩污泥量的18％。
[0128]
其它方法和材料如无特殊说明均为本领域的常规方法和常规材料。
[0129]
本实施例实施后得到以下结果：
[0130]
(1)出水主要水质指标如表6，可满足《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中iv类水体的水质要求。
[0131]
表6
[0132]
水质指标出水数据cod14.5mg l-1
悬浮物11.1mg l-1
总氮(以n计)1.4mg l-1
氨氮(以n计)0.2mg l-1
总磷(以p计)0.27mg l-1
ph7.2
[0133]
(2)处理过程的单位耗电量为0.08kw
·
h/污水m3。
[0134]
(3)净温室气体排放当量为负值，为碳负性工艺。
[0135]
实施例2
[0136]
本实施例为地表水体环境质量提质的示范工程，实施地点为一地表小河，处理量为1000～1500m
3 d-1
，按具体实施方式所描述的技术方案实施，所用方法和材料包括：
[0137]
所用原水为劣v类地表河水，水质如表7所示。
[0138]
表7
[0139][0140][0141]
所处室外环境为：温度18～26℃；光照周期为昼间:夜间为13h:11h；昼间光照最高强度在22000lux。
[0142]
所用主处理反应器、主蓄水池和副蓄水池为实施河流的河道分段截取形成，下游多截取一段增设出水池以保持下游河道的稳定水量，河道旁构筑污泥浓缩再生池，所用藻培养反应器采用一种带有藻种快速增殖器的平板光生物反应器(专利号zl201610991205x)。所用富co2空气为附近燃气锅炉经脱硫脱硝后的废气，无需与空气混合，co2体积浓度为9％～12％。水流动力主要依靠河流自然坡降，电力消耗主要用于曝气与搅拌。
[0143]
主处理模块进水阶段、光照处理阶段、非光照处理阶段、沉淀分离阶段和排水排泥阶段的运行时间分别定为6小时、13小时、4小时、0.5小时、0.5小时。进水阶段空气曝气速率为0.001vvm，投加纯微液与藻菌混合污泥的干物质质量比3:1，混合液中挥发性悬浮固体浓度保持在1800mg l-1
左右。光照处理阶段富co2空气曝气速率为0.005vvm。非光照处理阶段空气曝气速率为0.03vvm，混合液中挥发性悬浮固体浓度保持在2500mg l-1
左右。
[0144]
蓄水调节模块蓄水阶段、沉淀阶段和排水排泥阶段的运行时间分别定为23小时、40分钟和20分钟。蓄水阶段间歇曝气时曝气速率为0.01vvm。
[0145]
纯藻培养模块所提供的纯藻液的藻生物质浓度可达到7000mg l-1
，溶解性总氮浓度小于3.5mg l-1
，溶解性总磷浓度小于0.2mg l-1
。所用强化工程藻株为chlorella sdjz-a14和scenedesmus sdjz-b21。两株藻共同培养，分别占纯藻液生物质的60～65％和35％～40％。chlorella sdjz-a14同实施例1，scenedesmus sdjz-b21是由一株具有高速生长和高co2耐受性栅藻野生株scenedesmus sdjz-b，经常压室温等离子体诱变后，定向筛选出的脱氮除磷强化突变株，其与活性污泥中的细菌可以发展成稳定的藻菌聚生体。富co2空气曝气
速率为0.05vvm。所用培养基为调整过氮磷含量的改进se培养基，同实例1。
[0146]
污泥浓缩再生模块进泥阶段、浓缩阶段、排水排泥阶段、再生阶段、回流阶段和闲置阶段运行时间分别定为1小时、15小时、0.5小时、6小时、0.5小时和1小时。滞留用于再生的污泥占总浓缩污泥量的14％。
[0147]
其它方法和材料如无特殊说明均为本领域的常规方法和常规材料。
[0148]
本实施例实施后得到以下结果：
[0149]
(1)出水主要水质指标如表8，可满足《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中iv类水体的水质要求，可直接返回。
[0150]
表8
[0151][0152][0153]
(2)处理过程的单位耗电量小于0.03kw
·
h/污水m3。
[0154]
(3)净温室气体排放当量为负值，为碳负性工艺。