公布日：2023.05.09

申請(qǐng)日：2022.12.16

分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F3/10(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I;C02F1/32(2023.01)I;C05F15/00(2006.01)I;C05F17/

00(2020.01)I;C05G5/14(2020.01)I

摘要

本發(fā)明公開了一種碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置及應(yīng)用。它包括硬件和軟件，硬件體系包括輸入模塊、生物固碳模塊、物理凈化模塊、植物培育模塊、PLC傳感器、光電能源模塊；軟件體系包括數(shù)據(jù)信息管理中心、智能控制決策模塊、在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面；其中輸入模塊與生物固碳模塊進(jìn)口相連，生物固碳模塊與物理凈化模塊進(jìn)口相連，物理凈化模塊與植物培育模塊進(jìn)口相連，以上四個(gè)模塊全部固定于一個(gè)可移動(dòng)式透光集裝箱體內(nèi)，集裝箱體頂部設(shè)有光電能源模塊；硬件體系各模塊輸出數(shù)據(jù)與軟件體系分別相連。以實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體智能化、智慧化運(yùn)行設(shè)置。

權(quán)利要求書

1.一種碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置，其特征在于它包括硬件和軟件兩個(gè)體系，硬件體系包括輸入單元、生物固碳單元、物理凈化單元、植物培育單元、光電能源單元；軟件體系包括：數(shù)據(jù)信息管理中心、智能控制與決策單元、在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面；其中輸入單元與生物固碳單元進(jìn)口相連，生物固碳單元與物理凈化單元進(jìn)口相連，物理凈化單元與植物培育單元進(jìn)口相連，以上四個(gè)單元全部固定于一個(gè)可移動(dòng)式透光集裝箱體（1）內(nèi)，集裝箱體頂部設(shè)有光電能源單元，硬件體系各單元輸出數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)信息管理中心通過PLC相連，數(shù)據(jù)信息管理中心與智能控制與決策單元、在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面分別互聯(lián)，智能控制與決策單元與在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面相連，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體智能化、智慧化運(yùn)行設(shè)置，所述的硬件體系包括：（1）輸入單元主要包括：調(diào)節(jié)箱（7）、無級(jí)變速攪拌器（8）、第一自控計(jì)量閥（9）、在線溫度計(jì)、二氧化碳濃度在線監(jiān)測(cè)探頭、光照強(qiáng)度在線監(jiān)測(cè)探頭、N/P在線監(jiān)測(cè)探頭、pH在線監(jiān)測(cè)探頭；（2）生物固碳單元該單元在空間上包括兩層，下層為水池，分為三格，類似折板形式，主要包括：馴化藻液箱（10），第二自控計(jì)量閥（11），噴淋管（12），傳送轉(zhuǎn)軸（13），固碳菌藻生物膜（14），自動(dòng)采收器（15），折流池（16），微藻離心機(jī)（17），第三自控計(jì)量閥（18）；支撐架（29）上架有傳送轉(zhuǎn)軸（13）和傳送電機(jī)（28），固碳菌藻生物膜（14）由傳送轉(zhuǎn)軸（13）蛇形傳送；（3）物理凈化單元主要包括第四自控計(jì)量閥（19），植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20），微濾膜組件（21），LED紫外燈組（22）；（4）植物培育單元主要包括：計(jì)量循環(huán)泵（23），送液主管架（24），水培支架（25），吸水基質(zhì)槽（26）；（5）光電能源單元主要包括：光伏發(fā)電板（2）、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、蓄電裝置（3）及備用電源（4）；其中光伏發(fā)電板（2）、蓄電裝置（3）、備用電源（4）分別置于透光集裝箱體（1）外頂部，智能自控窗（5）置于透光集裝箱體（1）側(cè)面，光伏發(fā)電板（2）與蓄電裝置（3）相連；透光集裝箱體（1）內(nèi)水平方向依次連接調(diào)節(jié)箱（7）、折流池（16）和植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）；在線溫度計(jì)、二氧化碳濃度在線監(jiān)測(cè)探頭、光照強(qiáng)度在線監(jiān)測(cè)探頭置于透光集裝箱體（1）內(nèi)部，N/P在線監(jiān)測(cè)探頭與pH在線監(jiān)測(cè)探頭置于調(diào)節(jié)箱（7）內(nèi)；所述的調(diào)節(jié)箱（7）內(nèi)裝有無級(jí)變速攪拌器（8），調(diào)節(jié)箱（7）出水口與折流池（16）入水口之間連接有第一自控計(jì)量閥（9），折流池（16）出水口與植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）入水口之間連接第四自控計(jì)量閥（19）；折流池（16）上方架有支撐架（29），傳送電機(jī)（28）和傳送轉(zhuǎn)軸（13）均固定在支撐架（29）上，傳送電機(jī)（28）帶動(dòng)裝載固碳菌藻生物膜（14）的傳送轉(zhuǎn)軸（13）運(yùn)轉(zhuǎn)，傳送轉(zhuǎn)軸（13）下方與固碳菌藻生物膜（14）下方均淹沒于折流池（16）液面以下；支撐架（29）兩側(cè)固定帶10%-15%坡度的自動(dòng)采收器（15），其較低一端與微藻離心機(jī)（17）進(jìn)口相近，保證采收的微藻生物進(jìn)入微藻離心機(jī)（17）內(nèi)，微藻離心機(jī)（17）下部為離心液層，離心液層液體達(dá)到一定水位，通過第三自控計(jì)量閥（18）啟閉重力流到調(diào)節(jié)箱（7）入水口；馴化藻液箱（10）與噴淋管（12）設(shè)置在透光集裝箱體（1）內(nèi)頂部，馴化藻液箱（10）上連接有噴淋管（12），由第二自控計(jì)量閥（11）控制噴淋管（12）啟閉噴淋菌藻溶液至固碳菌藻生物膜（14）上；所述的植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）入水口前端設(shè)置微濾膜組件（21），過濾折流池（16）出水口，LED紫外燈組（22）置于植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）內(nèi)底部，起到消毒的作用；植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）出水位置設(shè)有計(jì)量循環(huán)泵（23），計(jì)量循環(huán)泵（23）將液體泵至送液主管架（24），送液主管架（24）包括縱向管和橫向管，由送液主管架（24）將植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）內(nèi)的液體輸送至各個(gè)水培支架（25），水培支架（25）上連接有圓盤型吸水基質(zhì)槽（26），吸水基質(zhì)槽（26）進(jìn)行水培植物培育，水培支架（25）下端出水口與植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）相連接，水培支架（25）內(nèi)液體經(jīng)吸水基質(zhì)槽（26）吸收后的剩余部分依靠重力流至植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20），形成反復(fù)循環(huán)系統(tǒng)；軟件體系包括：在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)信息管理中心、智能控制與決策單元（6）；其中：在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面依次與輸入單元、生物固碳單元、物理凈化單元、植物培育單元相連接；數(shù)據(jù)信息管理中心分別與在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面、智能控制與決策單元相連，用于整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理，包括數(shù)據(jù)信息收集、分類、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸入、輸出；光電能源單元一方面與在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面相連，一方面分別與輸入單元、生物固碳單元、物理凈化單元、植物培育單元相連接；人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)監(jiān)控光電能源單元的光伏發(fā)電、存儲(chǔ)電量、用電情況，數(shù)據(jù)在信息管理中心通過智能控制與決策系統(tǒng)分析決策出備用電源啟閉。

2.采用權(quán)利要求1所述的碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置進(jìn)行污水處理的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行：一、輸入水質(zhì)調(diào)控廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)箱（7）后與包括過濾膜濃水、微藻離心機(jī)水的內(nèi)循環(huán)水一起被攪拌，通過在線監(jiān)測(cè)探頭，實(shí)時(shí)獲取調(diào)節(jié)箱中污水N/P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度和pH值，控制在：氨氮30-50mg/L、總磷5-10mg/L、PH為7.6-8.2條件下；微藻生長(zhǎng)環(huán)境控制在環(huán)境溫度為26-33℃、二氧化碳體積分?jǐn)?shù)0.03%-0.04%、光照強(qiáng)度為3500Lux-4000Lux條件下；二、生物固碳單元污水凈化調(diào)節(jié)箱中的污水以穩(wěn)定流速進(jìn)入生物固碳單體系，協(xié)同進(jìn)行污水凈化與生物固碳，這個(gè)過程主要通過以下三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：（1）固碳材料的制備將準(zhǔn)備后的吸附材料掛載在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)設(shè)備上，根據(jù)數(shù)據(jù)管理中心收集的水質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能水質(zhì)模擬，將一定配比的菌藻混合制劑擴(kuò)大化培養(yǎng)后在模擬水質(zhì)的污水中馴化培養(yǎng)，馴化培養(yǎng)后的固碳菌劑由馴化藻液箱（10）連接的噴淋管（12）噴淋在掛載的吸附材料上，待吸附材料吸附菌藻共生物形成菌藻生物膜層后，可作為適合當(dāng)前水質(zhì)的固碳材料，即固碳菌藻生物膜（14）；所述的固碳菌劑組成為：硝化細(xì)菌5-15份、芽孢桿菌4-8份、光合細(xì)菌1-2份、小球藻5-15份、柵藻2-5份，其菌種原料與微藻原料重量份數(shù)比為1:0.28-2；所述的菌種原料指的是硝化細(xì)菌、芽孢桿菌、光合細(xì)菌；所述微藻原料：小球藻、柵藻；所述硝化細(xì)菌為硝化桿菌、硝化球菌、硝化螺旋菌中的一種或幾種；所述芽孢桿菌為CGMCC1.9083枯草芽孢桿菌；所述光合細(xì)菌為紅假單胞菌，編碼為ACCC10650；所述的小球藻為蛋白核小球藻，編碼為FACHB-1227或GY-D26；所述的柵藻為斜生柵藻，編碼為FACHB-416或FACHB-417；所述菌藻混合制劑擴(kuò)大化培養(yǎng)方法：S1、混合：在無菌操作條件下，將菌種原料與微藻原料進(jìn)行混合，在12000-15000r/min轉(zhuǎn)速下離心去掉上層清液，得到菌藻混合制劑；S2、擴(kuò)大化培養(yǎng)：在溫度為26-33℃、pH為7.5-8.5、光暗比3:1交替條件下，將菌藻混合制劑與BG11標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基混合進(jìn)行3-5天擴(kuò)大化培養(yǎng)；所述固碳菌劑的制備方法：將按步驟S1、S2擴(kuò)大化培養(yǎng)后的菌藻混合制劑以1:20-25的比例加入到未經(jīng)殺菌的模擬污水中進(jìn)行馴化處理；所述的吸附材料的準(zhǔn)備方法指的是：將吸附材料浸泡在模擬污水中，浸泡15-20h，然后用超純水沖洗3-5遍，之后二次浸泡6-8h，用超純水沖洗后，置于自然環(huán)境中干燥，得到準(zhǔn)備后的吸附材料；（2）生物固碳污水凈化協(xié)同吸附材料以蛇形裝置在生物固碳單元的傳送轉(zhuǎn)軸（13）上；下方的傳送轉(zhuǎn)軸（13）與固碳菌藻生物膜（14）均淹沒于折流池（16）的液面下，在傳送轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下層固碳菌藻生物膜轉(zhuǎn)出水面，可滯留污水形成營(yíng)養(yǎng)層液；調(diào)節(jié)箱（7）中的污水以0.5-0.6m/s的流速流入折流池（16）中，“水動(dòng)膜動(dòng)”的狀態(tài)使固碳菌藻生物膜（14）多次吸收污水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，固定二氧化碳形成菌藻生物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生物固碳污水凈化協(xié)同；固碳菌藻生物膜（14）上的菌藻生物膜層在生長(zhǎng)至0.1-0.3mm厚度時(shí)，由15%坡度的自動(dòng)采收器（15）將菌藻生物膜層刮下，菌藻生物質(zhì)由采收器收集槽收集至微藻離心機(jī)（17）中，在馴化藻液箱（10）中投加固碳菌劑，設(shè)定噴淋時(shí)間為采收后8h內(nèi)，通過第二自控計(jì)量閥（11）啟閉由噴淋管（12）自動(dòng)噴淋至采收后的固碳菌藻生物膜上，繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)式固碳及污水協(xié)同凈化反應(yīng)；（3）副產(chǎn)物資源化利用使用微藻離心機(jī)（17）對(duì)采收的菌藻進(jìn)行離心脫水，脫水后菌藻采收物含水率為45%，副產(chǎn)物利用方法如下：混合預(yù)調(diào)理：將污泥15-23份、秸稈粉8-20份輸入到混料系統(tǒng)進(jìn)行混合，得到S1，含水率控制在60%-70%；之后取菌藻采收物6-12份，輸入到混料系統(tǒng)與上述步驟得到的S1再次混合進(jìn)行預(yù)調(diào)理，得到混合物料S2，含水率控制在65%-75%；所述菌藻采收物為采收的經(jīng)離心脫水后的菌藻生物質(zhì)，含水率為45%-50%；所述秸稈粉為市售的麥秸、稻草、花生秧、豆秸中的一種或幾種，干燥且粒徑為80-100目；所述污泥為本發(fā)明裝置所連接的前置處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污泥，污泥含水率75-85%；2）好氧發(fā)酵：將按步驟1）預(yù)調(diào)理好的混合物料S2由進(jìn)料系統(tǒng)傳送到發(fā)酵系統(tǒng)的進(jìn)料口引入筒倉內(nèi)，由螺旋槳攪拌器進(jìn)行攪拌，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)通入空氣進(jìn)行好氧發(fā)酵，由發(fā)酵系統(tǒng)的、時(shí)間控制儀控制鼓風(fēng)機(jī)和攪拌器，控制攪拌和通氣頻次為5-8天，將發(fā)酵系統(tǒng)的混合物料S2的含水率控制在65-75%，在發(fā)酵過程中不需要添加任何氮磷元素，經(jīng)過好氧發(fā)酵20-28天后，pH值穩(wěn)定處于7.5-8.3之間時(shí)，即制得發(fā)酵后的熟料S3；3）擠壓成型：將按步驟2）制得的熟料S3由發(fā)酵系統(tǒng)出料口輸出后引入到成型系統(tǒng)的加料料斗，之后在壓縮室中進(jìn)行壓制成得到S4；壓制后的形狀包括但不限于圓柱體和長(zhǎng)方體，體積為1570-9216cm3，含水率為30%-45%，圓柱體半徑和厚度比值為2:1，半徑10-16cm，厚度5-8cm；長(zhǎng)方體長(zhǎng)寬高比例為6：3：1，長(zhǎng)30-48cm，寬15-24cm，厚度為5-8cm；4）烘干干燥：將按步驟3）壓塊成型的S4進(jìn)行快速烘干干燥，干燥時(shí)間為8-20h，所述的成品含水率為10-15%，吸水性為40%-50%，密度為0.8-1.4g/cm3；三、物理凈化單元污水從折流池（16）的出水口通過第四自控計(jì)量閥（19）啟閉進(jìn)入到植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）前端，首先由微濾膜組件（21）進(jìn)行過濾，以去除掉夾雜的少量自然掉落的菌藻共生物及其他雜質(zhì)，微濾膜組件上的菌藻泥通過沖洗進(jìn)行資源化利用，經(jīng)過過濾后的污水，由植物培育營(yíng)養(yǎng)液池后端池底的LED紫外燈組（22）進(jìn)行紫外消毒，有效防止污水中的細(xì)菌影響水培植物生長(zhǎng)；四、培育單元植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20）內(nèi)的經(jīng)物理凈化后的污水通過計(jì)量循環(huán)泵（23）泵入到液主管架（24）的縱向管，由縱向管將水輸送到橫向管，進(jìn)一步輸送至各個(gè)水培支架(25)，在水培支架連接的圓盤型吸水基質(zhì)槽（26）內(nèi)種植蘆薈，圓盤型吸水基質(zhì)槽中的液位高度控制在2/3處，經(jīng)植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后的污水依靠重力流至植物培育營(yíng)養(yǎng)液池（20），形成反復(fù)循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)污水零排放。

3.權(quán)利要求2所述的污水處理方法可適應(yīng)于農(nóng)村污水水質(zhì)波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，達(dá)到長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)傳統(tǒng)人工濕地生態(tài)處理單元成本高、占地面積大且出水易受水質(zhì)波動(dòng)不達(dá)標(biāo)等問題，提出一種碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置。將農(nóng)村生活污水尾水生態(tài)化處理，通過智能化操作以及資源化利用農(nóng)村生活污水中氮磷物質(zhì)，可有效降低成本、節(jié)約用地，并且方便運(yùn)維、更好地適應(yīng)農(nóng)村污水水質(zhì)波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到低碳凈水協(xié)同固碳產(chǎn)能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下的技術(shù)方案：一種碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置，其特征在于它包括硬件和軟件兩個(gè)體系，硬件體系包括輸入單元、生物固碳單元、物理凈化單元、植物培育單元、光電能源單元；軟件體系包括：數(shù)據(jù)信息管理中心、智能控制與決策單元、在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面；其中輸入單元與生物固碳單元進(jìn)口相連，生物固碳單元與物理凈化單元進(jìn)口相連，物理凈化單元與植物培育單元進(jìn)口相連，以上四個(gè)單元全部固定于一個(gè)可移動(dòng)式透光集裝箱體（1）內(nèi)，集裝箱體頂部設(shè)有光電能源單元，硬件體系各單元輸出數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)信息管理中心通過PLC相連，數(shù)據(jù)信息管理中心與智能控制與決策單元、在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面分別互聯(lián)，智能控制與決策單元與在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面相連，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體智能化、智慧化運(yùn)行設(shè)置，所述的硬件體系包括：（1）輸入單元主要包括：調(diào)節(jié)箱7、無級(jí)變速攪拌器8、第一自控計(jì)量閥9、在線溫度計(jì)、二氧化碳濃度在線監(jiān)測(cè)探頭、光照強(qiáng)度在線監(jiān)測(cè)探頭、N/P在線監(jiān)測(cè)探頭、pH在線監(jiān)測(cè)探頭；（2）生物固碳單元該單元在空間上包括兩層，下層為水池，分為三格，類似折板形式，主要包括：馴化藻液箱10，第二自控計(jì)量閥11，噴淋管12，傳送轉(zhuǎn)軸13，固碳菌藻生物膜14，自動(dòng)采收器15，折流池16，微藻離心機(jī)17，第三自控計(jì)量閥18；支撐架29上架有傳送轉(zhuǎn)軸和傳送電機(jī)28，固碳菌藻生物膜14由傳送轉(zhuǎn)軸13蛇形傳送；（3）物理凈化單元主要包括第四自控計(jì)量閥19，植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20，微濾膜組件21，LED紫外燈組22；（4）植物培育單元主要包括：計(jì)量循環(huán)泵23，送液主管架24，水培支架25，吸水基質(zhì)槽26；（5）光電能源單元主要包括：光伏發(fā)電板2、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、蓄電裝置3及備用電源4；其中光伏發(fā)電板2、蓄電裝置3、備用電源4分別置于透光集裝箱體1外頂部，智能自控窗5置于透光集裝箱體側(cè)面，光伏發(fā)電板與蓄電裝置相連；透光集裝箱體內(nèi)水平方向依次連接調(diào)節(jié)箱7、折流池16和植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20；在線溫度計(jì)、二氧化碳濃度在線監(jiān)測(cè)探頭、光照強(qiáng)度在線監(jiān)測(cè)探頭置于透光集裝箱體內(nèi)部，N/P在線監(jiān)測(cè)探頭與pH在線監(jiān)測(cè)探頭置于調(diào)節(jié)箱內(nèi)；所述的調(diào)節(jié)箱內(nèi)裝有無級(jí)變速攪拌器8，調(diào)節(jié)箱出水口與折流池16入水口之間連接有第一自控計(jì)量閥9，折流池16出水口與植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20入水口之間連接第四自控計(jì)量閥；折流池上方架有支撐架29，傳送電機(jī)28和傳送轉(zhuǎn)軸13均固定在支撐架上，傳送電機(jī)28帶動(dòng)裝載固碳菌藻生物膜14的傳送轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，傳送轉(zhuǎn)軸下方與固碳菌藻生物膜14下方均淹沒于折流池液面以下；支撐架29兩側(cè)固定帶10%-15%坡度的自動(dòng)采收器15，其較低一端與微藻離心機(jī)17進(jìn)口相近，保證采收的微藻生物進(jìn)入微藻離心機(jī)17內(nèi)，微藻離心機(jī)下部為離心液層，離心液層液體達(dá)到一定水位，通過第三自控計(jì)量閥18啟閉重力流到調(diào)節(jié)箱7入水口；馴化藻液箱10與噴淋管12設(shè)置在透光集裝箱體內(nèi)頂部，馴化藻液箱上連接有噴淋管12，由第二自控計(jì)量閥11控制噴淋管啟閉噴淋菌藻溶液至固碳菌藻生物膜上；所述的植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20入水口前端設(shè)置微濾膜組件21，過濾折流池16出水口，LED紫外燈組22置于植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20內(nèi)底部，起到消毒的作用；植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20出水位置設(shè)有計(jì)量循環(huán)泵23，計(jì)量循環(huán)泵將液體泵至送液主管架24，送液主管架24包括縱向管和橫向管，由送液主管架24將植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20內(nèi)的液體輸送至各個(gè)水培支架25，水培支架上連接有圓盤型吸水基質(zhì)槽26，吸水基質(zhì)槽進(jìn)行水培植物培育，水培支架下端出水口與植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20相連接，水培支架內(nèi)液體經(jīng)吸水基質(zhì)槽26吸收后的剩余部分依靠重力流至植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20，形成反復(fù)循環(huán)系統(tǒng)；軟件體系包括：在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)信息管理中心、智能控制與決策單元6；其中在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面依次與輸入單元、生物固碳單元、物理凈化單元、植物培育單元相連接；數(shù)據(jù)信息管理中心分別與在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面、智能控制與決策單元相連，用于整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理，包括數(shù)據(jù)信息收集、分類、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸入、輸出；光電能源單元一方面與在線遠(yuǎn)程人機(jī)交互監(jiān)控界面相連，一方面分別與輸入單元、生物固碳單元、物理凈化單元、植物培育單元相連接；人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)監(jiān)控光電能源單元的光伏發(fā)電、存儲(chǔ)電量、用電情況，數(shù)據(jù)在信息管理中心通過智能控制與決策系統(tǒng)分析決策出備用電源啟閉。

本發(fā)明進(jìn)一步公開采用碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置進(jìn)行污水處理的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行：一、輸入水質(zhì)調(diào)控廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)箱7后與包括過濾膜濃水、微藻離心機(jī)水的內(nèi)循環(huán)水一起被攪拌，通過在線監(jiān)測(cè)探頭，實(shí)時(shí)獲取調(diào)節(jié)箱中污水N/P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度和pH值，控制在：氨氮30-50mg/L、總磷5-10mg/L、PH為7.6-8.2條件下；微藻生長(zhǎng)環(huán)境控制在環(huán)境溫度為26-33℃、二氧化碳體積分?jǐn)?shù)0.03%-0.04%、光照強(qiáng)度為3500Lux-4000Lux條件下；二、生物固碳單元污水凈化調(diào)節(jié)箱中的污水以穩(wěn)定流速進(jìn)入生物固碳單體系，協(xié)同進(jìn)行污水凈化與生物固碳，這個(gè)過程主要通過以下三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：（1）固碳材料的制備將準(zhǔn)備后的吸附材料掛載在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)設(shè)備上，根據(jù)數(shù)據(jù)管理中心收集的水質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能水質(zhì)模擬，將一定配比的菌藻混合制劑擴(kuò)大化培養(yǎng)后在模擬水質(zhì)的污水中馴化培養(yǎng)，馴化培養(yǎng)后的固碳菌劑由馴化藻液箱10連接的噴淋管12噴淋在掛載的吸附材料上，待吸附材料吸附菌藻共生物形成菌藻生物膜層后，可作為適合當(dāng)前水質(zhì)的固碳材料，即固碳菌藻生物膜14；所述的固碳菌劑組成為：硝化細(xì)菌5-15份、芽孢桿菌4-8份、光合細(xì)菌1-2份、小球藻5-15份、柵藻2-5份，其菌種原料與微藻原料重量份數(shù)比為1:0.28-2；所述的菌種原料指的是硝化細(xì)菌、芽孢桿菌、光合細(xì)菌；所述微藻原料：小球藻、柵藻；所述硝化細(xì)菌為硝化桿菌、硝化球菌、硝化螺旋菌中的一種或幾種；所述芽孢桿菌為CGMCC1.9083枯草芽孢桿菌；所述光合細(xì)菌為紅假單胞菌，編碼為ACCC10650；所述的小球藻為蛋白核小球藻，編碼為FACHB-1227或GY-D26；所述的柵藻為斜生柵藻，編碼為FACHB-416或FACHB-417。

所述菌藻混合制劑擴(kuò)大化培養(yǎng)方法：S1、混合：在無菌操作條件下，將菌種原料與微藻原料進(jìn)行混合，在12000-15000r/min轉(zhuǎn)速下離心去掉上層清液，得到菌藻混合制劑；S2、擴(kuò)大化培養(yǎng)：在溫度為26-33℃、pH為7.5-8.5、光暗比3:1交替條件下，將菌藻混合制劑與BG11標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基混合進(jìn)行3-5天擴(kuò)大化培養(yǎng)；所述固碳菌劑的制備方法：將按步驟S1、S2擴(kuò)大化培養(yǎng)后的菌藻混合制劑以1:20-25的比例加入到未經(jīng)殺菌的模擬污水中進(jìn)行馴化處理；所述的吸附材料的準(zhǔn)備方法指的是：將吸附材料浸泡在模擬污水中，浸泡15-20h，然后用超純水沖洗3-5遍，之后二次浸泡6-8h，用超純水沖洗后，置于自然環(huán)境中干燥，得到準(zhǔn)備后的吸附材料；（2）生物固碳污水凈化協(xié)同吸附材料以蛇形裝置在生物固碳單元的傳送轉(zhuǎn)軸13上；下方的傳送轉(zhuǎn)軸13與固碳菌藻生物膜14均淹沒于折流池16的液面下，在傳送轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下層固碳菌藻生物膜轉(zhuǎn)出水面，可滯留污水形成營(yíng)養(yǎng)層液；調(diào)節(jié)箱7中的污水以0.5-0.6m/s的流速流入折流池16中，“水動(dòng)膜動(dòng)”的狀態(tài)使固碳菌藻生物膜14多次吸收污水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，固定二氧化碳形成菌藻生物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生物固碳污水凈化協(xié)同；固碳菌藻生物膜14上的菌藻生物膜層在生長(zhǎng)至0.1-0.3mm厚度時(shí)，由15%坡度的自動(dòng)采收器15將菌藻生物膜層刮下，菌藻生物質(zhì)由采收器收集槽收集至微藻離心機(jī)17中，在馴化藻液箱10中投加固碳菌劑，設(shè)定噴淋時(shí)間為采收后8h內(nèi)，通過第二自控計(jì)量閥11啟閉由噴淋管12自動(dòng)噴淋至采收后的固碳菌藻生物膜上，繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)式固碳及污水協(xié)同凈化反應(yīng)；（3）副產(chǎn)物資源化利用使用微藻離心機(jī)17對(duì)采收的菌藻進(jìn)行離心脫水，脫水后菌藻采收物含水率為45%，副產(chǎn)物利用方法如下：1）混合預(yù)調(diào)理：將污泥15-23份、秸稈粉8-20份輸入到混料系統(tǒng)進(jìn)行混合，得到S1，含水率控制在60%-70%；之后取菌藻采收物6-12份，輸入到混料系統(tǒng)與上述步驟得到的S1再次混合進(jìn)行預(yù)調(diào)理，得到混合物料S2，含水率控制在65%-75%；所述菌藻采收物為采收的經(jīng)離心脫水后的菌藻生物質(zhì)，含水率為45%-50%；所述秸稈粉為市售的麥秸、稻草、花生秧、豆秸中的一種或幾種，干燥且粒徑為80-100目；所述污泥為本發(fā)明裝置所連接的前置處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污泥，污泥含水率75-85%。

2）好氧發(fā)酵：將按步驟1）預(yù)調(diào)理好的混合物料S2由進(jìn)料系統(tǒng)傳送到發(fā)酵系統(tǒng)的進(jìn)料口引入筒倉內(nèi)，由螺旋槳攪拌器進(jìn)行攪拌，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)通入空氣進(jìn)行好氧發(fā)酵，由發(fā)酵系統(tǒng)的時(shí)間控制儀控制鼓風(fēng)機(jī)和攪拌器，控制攪拌和通氣頻次為5-8天，將發(fā)酵系統(tǒng)的混合物料S2的含水率控制在65-75%，因菌藻采收物中富含氮磷，混合物料S2的C/N比合適，在發(fā)酵過程中不需要添加任何氮磷元素，經(jīng)過好氧發(fā)酵20-28天后，pH值穩(wěn)定處于7.5-8.3之間時(shí)，即制得發(fā)酵后的熟料S3；3）擠壓成型：將按步驟2）制得的熟料S3由發(fā)酵系統(tǒng)出料口輸出后引入到成型系統(tǒng)的加料料斗，之后在壓縮室中進(jìn)行壓制成得到S4；壓制后的形狀包括但不限于圓柱體和長(zhǎng)方體，體積為1570-9216cm3，含水率為30%-45%，圓柱體半徑和厚度比值為2:1，半徑10-16cm，厚度5-8cm；長(zhǎng)方體長(zhǎng)寬高比例為6：3：1，長(zhǎng)30-48cm，寬15-24cm，厚度為5-8cm；4）烘干干燥：將按步驟3）壓塊成型的S4進(jìn)行快速烘干干燥，干燥時(shí)間為8-20h，所述的成品含水率為10-15%，吸水性為40%-50%，密度為0.8-1.4g/cm3。

三、物理凈化單元污水從折流池16的出水口通過第四自控計(jì)量閥19啟閉進(jìn)入到植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20前端，首先由微濾膜組件21進(jìn)行過濾，以去除掉夾雜的少量自然掉落的菌藻共生物及其他雜質(zhì)，微濾膜組件上的菌藻泥通過沖洗進(jìn)行資源化利用，經(jīng)過過濾后的污水，由植物培育營(yíng)養(yǎng)液池后端池底的LED紫外燈組22進(jìn)行紫外消毒，有效防止污水中的細(xì)菌影響水培植物生長(zhǎng)；四、培育單元植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20內(nèi)的經(jīng)物理凈化后的污水通過計(jì)量循環(huán)泵23泵入到液主管架24的縱向管，由縱向管將水輸送到橫向管，進(jìn)一步輸送至各個(gè)水培支架25，在水培支架連接的圓盤型吸水基質(zhì)槽26內(nèi)種植蘆薈，圓盤型吸水基質(zhì)槽中的液位高度控制在3/2處，經(jīng)植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后的污水依靠重力流至植物培育營(yíng)養(yǎng)液池20，形成反復(fù)循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)污水零排放。

本發(fā)明公開的污水處理方法可適應(yīng)于農(nóng)村污水水質(zhì)波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，達(dá)到長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

本發(fā)明公開的碳匯型農(nóng)村生活污水資源化裝置及應(yīng)用與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的積極效果在于：（1）本發(fā)明為一體式裝置，可快速代替其他運(yùn)行效果差的生態(tài)處理單元，節(jié)省占地、投資和建設(shè)時(shí)間。

（2）裝置可實(shí)現(xiàn)智能化操作，運(yùn)維方便，能夠適應(yīng)農(nóng)村污水水質(zhì)波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）通過針對(duì)生活污水中的氮磷資源化再利用，同時(shí)結(jié)合陽光和CO2快速生長(zhǎng)藻類，無需有機(jī)碳源。裝置中的藻類/植物等副產(chǎn)物可以被收獲并用于制造肥料，降低能源消耗，節(jié)省噸水運(yùn)行費(fèi)用。

（發(fā)明人：魏子章;王治民;張吉;楊長(zhǎng)喆;胡華清;段曉雨;郝文靜;許丹宇;周廣琨;劉裔）