一種光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統

2023-05-17 09:31:43

一種光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統
所屬技術領域
1.本發明屬於農村生活汙水處理的技術領域，特別涉及一種光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統。


背景技術：

2.農村生活汙水水質特點往往cod、c/n值較低，傳統農村生活汙水處理多採用生化、生化+生態工藝。生化工藝以a2o及其改進工藝為主，在較低的c/n情況下，往往tn去除效果不佳，且需設置較大的硝化液回流比，增加系統運行能耗。而生態法以人工溼地為主，為穩定出水水質做進一步處理，存在佔地面積大，易受外界環境汙染等問題。
3.利用厭氧技術處理汙水將極大降低汙水處理過程中的能耗問題，且厭氧汙泥處理過程中產泥率低，汙泥處理處置量少。厭氧處理能有效的將廢水中的有機物轉化為甲烷，二氧化碳等進行去除，同時提高廢水的可生化性。微藻是一種光能自養型微生物，能在低碳條件下利用光能，吸收水中的氮磷等營養物質合成自身有機物，同時微藻富含脂質，蛋白質等營養物資，可以作為生物燃料，飼料等的原料，對微藻進行回收可在去除水體中氮磷的同時實現資源化利用。例如，公開號為cn110790380a的發明專利公開了一種菌-藻耦合汙水處理裝置，實現了農村生活汙水同步c、n、p去除，但整體裝置結構複雜，旋轉式生物膜利用電機進行轉動，微藻的光照同樣要求外部能源供應。而在微藻培養應用於汙水處理過程中普遍存在光能利用效率不足等問題，並且有些使用複雜的光學器件來照射藻水，增加了微藻處理汙水的成本，例如：公開號為cn101709262b的發明專利利用光纖在微藻反應器內進行布光，設備本身的成本較高，其經濟成本不利於農村地區應用。


技術實現要素：

4.本發明的目的在於提供一種光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統，主要為解決現有農村生活汙水處理中的氮磷去除工藝複雜，能耗大等問題。
5.本發明的目的通過以下技術方案實現：一種光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統包括厭氧反應區，微藻反應區，膜分離區和光伏電源驅動單元。
6.所述厭氧反應區，微藻反應區和膜分離區之間通過設有排水口的隔板順次連接，將反應器整體分隔為三個區域。
7.所述厭氧反應區包括厭氧折流板反應器，由上下設置的擋板分隔成若干格室，每個區間內形成上流反應室和下流導流室；所述上流反應室和下流導流室寬度比為4-6:1；上擋板底部設導流板，導流板與上擋板之間的夾角優選為40
°‑
45
°
。
8.所述反應系統中與微藻反應區進水口相連的格室為緩衝格室，汙水在緩衝格室進一步沉澱後上清液通過排水口溢流至微藻反應器，降低微藻反應區進水的濁度，有利於微藻光合作用生長。
9.所述厭氧反應區的汙泥反應格室頂部均設排氣口，通過管道統一收集至集氣管；汙泥反應格室底部設有排泥口；汙水在厭氧反應區為微生物充分接觸，水體中的有機物，ss
有效去除，該反應區運行穩定，耐衝擊負荷能力強。
10.所述微藻反應區被擋板分隔的多個空間單元，相鄰兩個擋板中一個擋板上部過流，一個擋板下部過流；所述微藻反應區每個空間單元底部均設有微孔曝氣裝置，例如可以是微孔曝氣條，通過管道與外界空氣泵連接，在擋板和曝氣的共同作用下，微藻在反應區內充分混合，減輕微藻貼壁和沉澱現象，同時空氣中的co2為微藻生長提供補充碳源，有利於維持微藻反應區ph穩定。
11.所述微藻反應區各空間單元至少設有一個聚光裝置，為微藻生長提供內部光源；所述聚光裝置包括採光器，導光管，光擴散器及透光腔；採光器位於反應器頂端外部，與延伸至反應器內部的導光管氣密連接，在導光管與反應器相連的部位進行固定；採光器為透鏡聚光器，能聚集大範圍的太陽光，導光管內部塗刷反光材料，使採光器聚集的太陽光最小損失的傳導至反應區內部；所述光散射器接收導光管傳導的平行光，將高能量的平行光擴散到透光腔內。
12.所述透光腔為由透明材料製成的中空元件，為對抗藻液中的靜水壓，透明材料選用具有剛性的無機玻璃或有機玻璃材料(例：pmma)。
13.所述透光腔內側塗有半反射層，使光不過早的離開透光腔，將光傳遞至透光腔更遠端部分，可通過噴塗金屬或金屬氧化物材料實現。
14.所述光擴散器的光出射端設有濾光裝置，可為隔熱膜，能有效去除入射太陽光中的紅外線和紫外線，避免紅外線產生的溫室效應對水體的加熱作用，保持反應器溫度穩定和紫外線對微藻細胞的破壞。
15.所述透光腔底部設有led光源，與反應器內的光強傳感器和光伏控制器共同作用，當光強檢測器檢測到反應器內光照強度低於合適區間時，光伏控制器接收反饋信號，控制蓄電池放電，驅動led光源發光。
16.所述光伏電源驅動單元包括光伏電池板組件，蓄電池組和光伏控制器；光伏電池板在強光時直接向處理單元用電器供電，同時將剩餘電能儲存到蓄電池，在光線弱或夜間時光伏控制器控制蓄電池放電，維持反應器穩定運行。
17.所述膜分離區與微藻反應區體積比為1:3-1:5，膜分離區內設有膜過濾組件將藻水分離，處理後的汙水通過膜過濾組件上的排水口排出，定期從藻液排放口排放膜分離區內的濃縮藻液；膜反應區的曝氣裝置可以對膜過濾組件起到衝刷作用，控制膜汙染；
18.所述反應器主體材料可採用混凝土澆築或不鏽鋼材料等，整體採用地埋式運行，有利於減少佔地面積，並在冬季時期保持反應器整體溫度穩定；
19.與現有技術相比，本發明的有益效果是：
20.1.微藻反應區對厭氧反應區無法處理的n、p進一步處理，又無需額外投加化學試劑，反應系統處理後汙水水質明顯提高，主要關注指標為cod、氨氮和總磷，反應系統去除率可達到82.75％、95.60％和91.03％；
21.2.微藻反應區同時具有折流反應器和光生物反應器特點，在擋板和曝氣條件作用下微藻在反應區與汙水充分混合，膜分離區的膜過濾組件可以實現對微藻的全部攔截，減少微藻流失，從而實現利用大量微藻對汙水進行有效淨化；
22.3.採用結構簡單的聚光裝置將太陽光導入微藻反應區內為微藻光合作用提供光能來源，以無成本無汙染的太陽光作為微藻生長能源，有效降低了微藻水處理成本；
23.4.用光伏電源驅動系統實現白天光照，晚上蓄電池放電供能，系統長期穩定自供能運行。
附圖說明
24.附圖1是本發明所述的光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統示意圖
25.圖中：1-厭氧反應區，2-微藻反應區，3-膜分離區，4-進水口，5-排氣口，6-集氣罐，7-排泥口，8-緩衝格室，9-厭氧區排水口，10-微藻反應區排水口，11-擋板，12-採光器，13-導光管，14-光擴散器，15-濾光裝置，16-透光腔，17-led光源，18-曝氣器，19-膜過濾組件，20-恆流泵，21-藻液排放口，22-空氣泵，23-蓄電池組，24-光伏控制器，25-光伏電池板組。
具體實施方式
26.下面參照附圖1對本發明作進一步詳細地描述。
27.具體實施方式一
28.如附圖1所示，一種光伏驅動的折流板汙泥-聚光微藻反應器系統，包括厭氧反應區1、微藻反應區2和膜分離區3，及光伏電源驅動系統，光伏電源驅動系統包括光伏電池板組27、光伏控制器26和蓄電池組25。
29.系統運行流程如下：
30.汙水從進水口4進入厭氧反應區1，厭氧反應區1內沿水流方向通過豎直上下擋板分隔為3-5個工作單元，每個工作單元內形成一個上流反應室和下流導流室，兩室在水流方向上的寬度比為4-6:1，同時在上擋板底部設40
°‑
45
°
導流板，每個格室頂部設排氣口5，經管道統一連接，收集氣體至集氣罐6，反應格室底部設排泥口7，與微藻反應區2相連的最後一個格室為緩衝格室8，汙水從緩衝格室8通過厭氧區排水口9溢流至微藻反應區2；在厭氧反應區汙水中的有機物和ss大量去除。微藻反應區2由擋板11分隔成多個空間單元，汙泥反應區與微藻反應區體積比為1:1-1:2，相鄰兩個擋板中一個擋板上部過流，一個擋板下部過流，汙水在微藻反應區折流前進，微藻反應區的每個空間單元設置曝氣器18，曝氣器採用微孔曝氣條，曝氣器18通過管道與空氣泵22連接；汙水在擋板和曝氣的共同作用下，在反應區內與微藻充分混合，減輕微藻貼壁和沉澱現象，同時空氣中的co2為微藻生長提供補充碳源，有利於維持微藻反應區ph穩定。每個空間單元設有聚光裝置，為微藻反應區的微藻生長提供光源，在白天光照充足時，光線通過採光器12將太陽光聚集導光管內，經過導光管13的傳輸，送達到位於反應器內部，透光腔頂部的光散射器14入射端，使高能量的平行光在透光腔16中散射傳播，在光散射器的出射端面設有濾光裝置15，可採用隔熱膜，透過可見光，吸收對微藻生長不利的紫外光和引起溫室效應的長紅外光，最終透光腔內發出均勻的日照光，而在陰天或光照角度不佳時，系統內的光強檢測器(未標示)發射信號反饋給光伏控制器24，控制蓄電池組23放電，驅動led光源17發光，維持最佳光照。汙水從微藻反應區排水口進入膜分離區3進行藻水分離，膜分離區3內設有膜過濾組件19與恆流泵20相連，藻水分離後膜過濾出水通過膜過濾組件19的排水由恆流泵排出，得到處理後的汙水達標後排放，膜分離區內的濃縮藻液通過藻液排放口21定期排放。
31.實施例1
32.本實施例中，厭氧反應區與微藻反應區、膜分離區的有效容積比為3:3:1，反應系
統總水力停留時間為4d，微藻反應區光照強度3000-5000lux，光暗比16:8h，反應溫度保持25
±
1℃，採用低c/n值的生活汙水作為進水，cod為200mg/l左右，nh4+-n濃度60mg/l左右，tp濃度5mg/l左右，系統運行穩定後去除率最高分別可達到82.75％、95.60％和91.03％；
33.上述說明是針對本發明可實施例的具體說明，該實施例並非限制發明範圍，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效的限制。