公布日：2022.12.09
申請日：2022.10.26
分類號：C02F3/30(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括生物反應(yīng)池、二次沉淀池以及光伏電解水制氫一體化裝置，所述生物反應(yīng)池內(nèi)依次布置有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后缺氧區(qū)以及后好氧區(qū)，且相鄰兩者之間通過流通孔連通；所述二次沉淀池與后好氧區(qū)相連；所述光伏電解水制氫一體化裝置包括光伏制氫裝置、儲氫裝置以及儲氧裝置，所述光伏制氫裝置具有陰極和陽極，所述光伏制氫裝置的陰極產(chǎn)生的氫氣送入儲氫裝置中儲存，所述光伏制氫裝置的陽極產(chǎn)生的氧氣送入儲氧裝置中儲存。本發(fā)明通過活性污泥與光伏制氫耦合，將光伏制氫產(chǎn)生的H2接入活性污泥后缺氧區(qū)，光伏制氫產(chǎn)生的O2接入活性污泥后好氧區(qū)，提升系統(tǒng)污染物去除效率。
權(quán)利要求書
1.一種活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)，其特征在于：包括生物反應(yīng)池(1)、二次沉淀池(2)以及光伏電解水制氫一體化裝置(3)，所述生物反應(yīng)池(1)內(nèi)依次布置有厭氧區(qū)(1.1)、缺氧區(qū)(1.2)、好氧區(qū)(1.3)、后缺氧區(qū)(1.4)以及后好氧區(qū)(1.5)，且相鄰兩者之間通過流通孔(1.6)連通；所述二次沉淀池(2)與后好氧區(qū)(1.5)相連；所述光伏電解水制氫一體化裝置(3)包括光伏制氫裝置(3.1)、儲氫裝置(3.2)以及儲氧裝置(3.3)，所述光伏制氫裝置(3.1)具有陰極和陽極，所述光伏制氫裝置(3.1)的陰極產(chǎn)生的氫氣送入儲氫裝置(3.2)中儲存，所述光伏制氫裝置(3.1)的陽極產(chǎn)生的氧氣送入儲氧裝置(3.3)中儲存；所述儲氫裝置(3.2)與后缺氧區(qū)(1.4)相連用于向其提供氫氣，所述儲氧裝置(3.3)與后好氧區(qū)(1.5)相連用于向其提供氧氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述好氧區(qū)(1.3)排出的一部分污水回流至缺氧區(qū)(1.2)，剩余部分污水進入后缺氧區(qū)(1.4)；所述二次沉淀池(2)排出的一部分污泥回流至厭氧區(qū)(1.1)，剩余部分污泥直接排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述厭氧區(qū)(1.1)、缺氧區(qū)(1.2)、后缺氧區(qū)(1.4)以及后好氧區(qū)(1.5)內(nèi)均設(shè)置有攪拌器(4)；所述好氧區(qū)(1.3)、后缺氧區(qū)(1.4)以及后好氧區(qū)(1.5)內(nèi)均設(shè)置有曝氣裝置(5)；所述后缺氧區(qū)(1.4)內(nèi)的曝氣裝置與儲氫裝置(3.2)相連，所述后好氧區(qū)(1.5)內(nèi)曝氣裝置與儲氧裝置(3.3)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述好氧區(qū)(1.3)與缺氧區(qū)(1.2)之間設(shè)置有用于供污水回流的第一管路(6)，所述第一管路(6)上設(shè)置有第一泵體(7)；所述二次沉淀池(2)與厭氧區(qū)(1.1)之間設(shè)置有用于供污泥回流的第二管路(8)，所述第二管路(8)上設(shè)置有第二泵體(9)；所述后缺氧區(qū)(1.4)內(nèi)的曝氣裝置與儲氫裝置(3.2)之間的連接管路上設(shè)置有第一閥門(10)，所述后好氧區(qū)(1.5)內(nèi)曝氣裝置與儲氧裝置(3.3)之間的連接管路上設(shè)置有第二閥門(11)；所述光伏制氫裝置(3.1)與儲氫裝置(3.2)之間的連接管路上設(shè)置有第一增壓器(12)；所述光伏制氫裝置(3.1)與儲氧裝置(3.3)之間的連接管路上設(shè)置有第二增壓器(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述生物反應(yīng)池(1)中污泥濃度為2000mg/L-8000mg/L；所述后缺氧區(qū)(1.4)內(nèi)填充有懸浮填料(14)，所述懸浮填料的填充率為0％-30％。
6.利用權(quán)利要求1-5任一項所述的系統(tǒng)進行污水處理的方法，其特征在于：包括如下步驟：S1：在光照條件下光伏制氫裝置開始工作，將氫氣儲存于儲氫裝置中，將氧氣儲存于儲氧裝置中；S2：污水依次進入?yún)捬鯀^(qū)(1.1)、缺氧區(qū)(1.2)、好氧區(qū)(1.3)；S3：通過鼓風(fēng)機向好氧區(qū)(1.3)內(nèi)通入空氣；S4：好氧區(qū)(1.3)一部分污水回流至缺氧區(qū)(1.2)，一部分污水依次進入后缺氧區(qū)(1.4)、后好氧區(qū)(1.5)、二次沉淀池(2)；S5：通過儲氫裝置，向后缺氧區(qū)(1.2)內(nèi)通入氫氣，通過儲氧裝置，向后好氧區(qū)(1.3)內(nèi)通入氧氣；S6：二次沉淀池(2)排出的一部分污泥回流至厭氧區(qū)(1.1)，剩余部分污泥直接排放；S7：重復(fù)S1-S6，完成污水中污染物的去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟S2中，污水在厭氧區(qū)(1.1)停留時間為0.5-1.5h，污水在缺氧區(qū)(1.2)停留時間為1.5-3.0h，污水在好氧區(qū)(1.3)停留時間為2.5-8.0h；所述步驟S4中，污水在后缺氧區(qū)(1.4)停留時間為1.0-3.0h，污水在后好氧區(qū)(1.5)停留時間為0.5.0-2.0h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟S3中，好氧區(qū)(1.3)對污水中有機物進行充分降解，污水中COD濃度小于45mg/L，氨氮濃度小于1mg/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟S4中，后缺氧區(qū)(1.4)內(nèi)的曝氣裝置淹沒水深大于1.5m，后缺氧區(qū)(1.4)內(nèi)的曝氣裝置和攪拌器同時運行；后好氧區(qū)(1.5)內(nèi)的曝氣裝置淹沒水深大于1.5m，后好氧區(qū)(1.5)內(nèi)的曝氣裝置和攪拌器同時運行。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟S5中，氫氣投加量為2-8mg/L，氧氣投加量為16-64mg/L。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)通過活性污泥與光伏制氫耦合，將光伏制氫產(chǎn)生的H2接入活性污泥后缺氧區(qū)，光伏制氫產(chǎn)生的O2接入活性污泥后好氧區(qū)，提升系統(tǒng)污染物去除效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種活性污泥耦合光伏制氫的污水處理系統(tǒng)，包括生物反應(yīng)池、二次沉淀池以及光伏電解水制氫一體化裝置，所述生物反應(yīng)池內(nèi)依次布置有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后缺氧區(qū)以及后好氧區(qū)，且相鄰兩者之間通過流通孔連通；所述二次沉淀池與后好氧區(qū)相連；
所述光伏電解水制氫一體化裝置包括光伏制氫裝置、儲氫裝置以及儲氧裝置，所述光伏制氫裝置具有陰極和陽極，所述光伏制氫裝置的陰極產(chǎn)生的氫氣送入儲氫裝置中儲存，所述光伏制氫裝置的陽極產(chǎn)生的氧氣送入儲氧裝置中儲存；所述儲氫裝置與后缺氧區(qū)相連用于向其提供氫氣，所述儲氧裝置與后好氧區(qū)相連用于向其提供氧氣。
上述技術(shù)方案中，所述好氧區(qū)排出的一部分污水回流至缺氧區(qū)，剩余部分污水進入后缺氧區(qū)；所述二次沉淀池排出的一部分污泥回流至厭氧區(qū)，剩余部分污泥直接排放。
上述技術(shù)方案中，所述厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、后缺氧區(qū)以及后好氧區(qū)內(nèi)均設(shè)置有攪拌器；所述好氧區(qū)、后缺氧區(qū)以及后好氧區(qū)內(nèi)均設(shè)置有曝氣裝置；所述后缺氧區(qū)內(nèi)的曝氣裝置與儲氫裝置相連，所述后好氧區(qū)內(nèi)曝氣裝置與儲氧裝置相連。
上述技術(shù)方案中，所述好氧區(qū)與缺氧區(qū)之間設(shè)置有用于供污水回流的第一管路，所述第一管路上設(shè)置有第一泵體；所述二次沉淀池與厭氧區(qū)之間設(shè)置有用于供污泥回流的第二管路，所述第二管路上設(shè)置有第二泵體；
所述后缺氧區(qū)內(nèi)的曝氣裝置與儲氫裝置之間的連接管路上設(shè)置有第一閥門，所述后好氧區(qū)內(nèi)曝氣裝置與儲氧裝置之間的連接管路上設(shè)置有第二閥門；
所述光伏制氫裝置與儲氫裝置之間的連接管路上設(shè)置有第一增壓器；所述光伏制氫裝置與儲氧裝置之間的連接管路上設(shè)置有第二增壓器。
上述技術(shù)方案中，所述生物反應(yīng)池中污泥濃度為2000mg/L-8000mg/L；所述后缺氧區(qū)內(nèi)填充有懸浮填料，所述懸浮填料的填充率為0％-30％。
本發(fā)明利用上述的系統(tǒng)進行污水處理的方法，包括如下步驟：
S1：在光照條件下光伏制氫裝置開始工作，將氫氣儲存于儲氫裝置中，將氧氣儲存于儲氧裝置中；
S2：污水依次進入?yún)捬鯀^(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)；
S3：通過鼓風(fēng)機向好氧區(qū)內(nèi)通入空氣；
S4：好氧區(qū)一部分污水回流至缺氧區(qū)，一部分污水依次進入后缺氧區(qū)、后好氧區(qū)、二次沉淀池；
S5：通過儲氫裝置，向后缺氧區(qū)內(nèi)通入氫氣，通過儲氧裝置，向后好氧區(qū)內(nèi)通入氧氣；
S6：二次沉淀池排出的一部分污泥回流至厭氧區(qū)，剩余部分污泥直接排放；
S7：重復(fù)S1-S6，完成污水中污染物的去除。
上述技術(shù)方案中，所述步驟S2中，污水在厭氧區(qū)停留時間為0.5-1.5h，污水在缺氧區(qū)停留時間為1.5-3.0h，污水在好氧區(qū)停留時間為2.5-8.0h；所述步驟S4中，污水在后缺氧區(qū)停留時間為1.0-3.0h，污水在后好氧區(qū)停留時間為0.5.0-2.0h。
上述技術(shù)方案中，所述步驟S3中，好氧區(qū)對污水中有機物進行充分降解，污水中COD濃度小于45mg/L，氨氮濃度小于1mg/L。
上述技術(shù)方案中，所述步驟S4中，后缺氧區(qū)內(nèi)的曝氣裝置淹沒水深大于1.5m，后缺氧區(qū)內(nèi)的曝氣裝置和攪拌器同時運行；后好氧區(qū)內(nèi)的曝氣裝置淹沒水深大于1.5m，后好氧區(qū)內(nèi)的曝氣裝置和攪拌器同時運行。
上述技術(shù)方案中，所述步驟S5中，氫氣投加量為2-8mg/L，氧氣投加量為16-64mg/L。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
其一，本發(fā)明處理效能高、實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)處理，通過采用連續(xù)進水、連續(xù)出水的形式，用于處理城鎮(zhèn)污水，系統(tǒng)通過在后缺氧區(qū)接入H2，培養(yǎng)氫自養(yǎng)反硝化菌，實現(xiàn)系統(tǒng)的深度脫氮，在后好氧區(qū)接入O2，強化系統(tǒng)有機物去除。
其二，本發(fā)明污泥產(chǎn)量低，采用后缺氧區(qū)培養(yǎng)氫自養(yǎng)反硝化菌，比傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化均具有更低的污泥產(chǎn)量。
其三，本發(fā)明活性污泥沉降性能好，采用純氧曝氣可使絲狀菌得到了抑制，形成密實的絮體顆粒，改善活性污泥沉降性能。
其四，本發(fā)明運行能耗低，通過光伏電解水制備H2和O2，無需外加能源，系統(tǒng)運行能耗低。
（發(fā)明人：龔本洲;武衛(wèi)星;段凱;王聰;張奎;黃毅;吳智威;曾斌;王鈺捷）
