一种生物化学耦合污水碳捕获装置及方法与流程

本发明属于水处理，涉及一种污水碳捕获方法，尤其涉及一种生物化学耦合污水碳捕获装置及方法。

背景技术：

1、传统污水处理过程主要是借助微生物的合成代谢和分解代谢过程，将污水中的有机物转化为二氧化碳，从而实现污水中有机物去除的目的，该过程不仅会增加直接碳排放总量，还会导致后段污水生物脱氮处理工艺碳源总量不足，迫使污水处理厂投加乙酸钠、葡萄糖等外碳源，这不仅增加了污水处理成本，同时也增加了间接碳排放总量。因此，传统污水处理过程不利于我国实现“碳达峰、碳中和”的目标，亟需对传统污水处理过程进行重构完善。

2、在高质量发展及碳中和理念的推动下，我国污水处理厂也逐步在转变“以能耗能”的传统理念，由以去除污染物为目标向污水处理高效率、低能耗过渡升级。

3、吸附-生物降解工艺（a-b工艺）早在上世纪七十年代就已被学者提出，但由于进水中的有机碳在a段中改向而被高效去除，造成了b段碳源不足而无法进行充分生物处理，这一缺陷严重限制了该工艺的推广发展，但近年来自养生物脱氮技术（如厌氧氨氧化技术）的不断创新发展，使得 “高效碳捕获-自养生物脱氮-碳源厌氧消化”的新型a-b工艺逐渐获得越来越多的关注，为污水处理过程的重构提供了新方向。

4、高效碳捕获工艺及方法是新型a-b工艺实现推广应用的重要前提。目前，典型的碳源捕获技术包括生物吸附、化学混凝及膜分离技术。生物吸附碳源回收技术利用污泥中的微生物絮体的生物吸附作用回收污水中的碳源，其本质是高负荷条件下的活性污泥工艺，主要通过细胞储存、胞外吸附、细胞增殖等途径捕获污水中的碳源，研究表明生物吸附碳源回收率在20%~55%左右，但溶解性碳源流失却高达55%~70%，溶解性碳源流失是制约生物吸附碳源捕获率提升的主因。化学混凝技术通过化学絮凝剂的混凝作用去除污水中的颗粒态及胶体态的有机物，可显著改善高负荷活性污泥法污泥沉降性能差的问题，与传统沉淀相比（20~30%），碳捕获效率可提升至40%左右，对颗粒态碳源的回收率可达到80%左右，但对溶解性碳源回收效果也较差，回收率仅有10~20%左右，溶解性碳源回收率低也是制约化学混凝碳源捕获率提升的主因之一。膜分离方法虽然可以实现良好的固液分离效果，获得较高的碳捕获率，但高昂的运行费用和膜污染难题使该工艺难以在短期内获得广泛推广应用。

5、目前，比较成熟的碳捕获工艺主要是生物吸附工艺和化学混凝工艺，实际污水处理中两工艺单独使用的情况较多，在进水负荷升高等特定条件下也有两工艺耦合使用的情况，但因缺少两种工艺的耦合装置，耦合工艺的捕碳效果难以充分发挥，一定程度上阻碍了生物化学耦合捕碳工艺的推广应用。目前生物化学耦合捕碳工艺应用存在的问题主要包括：一是缺少独立的反应区，导致一级捕碳反应效果不理想；二是国内采用吸附再生污水处理工艺的污水处理厂（站）较少，普遍缺少活性污泥再生池。

6、

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种生物化学耦合污水碳捕获装置，提升污水中碳源捕获效率，减少污水处理过程中碳排放总量。

2、本发明的目的还在于提供利用上述生物化学耦合污水碳捕获装置的生物化学耦合污水碳捕获方法。

3、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

4、一种生物化学耦合污水碳捕获装置，包括药剂储罐、污泥再生池、初级反应池、耦合反应池和沉淀池；初级反应池、耦合反应池、沉淀池依次连通，且初级反应池和耦合反应池相互独立形成独立的反应区，污水先后经过初级反应池、耦合反应池和沉淀池完成两级碳捕获反应；药剂储罐分别与初级反应池、耦合反应池连通；污泥再生池分别与初级反应池、耦合反应池连通。

5、进一步的，所述初级反应池用于污水初级碳捕获，包括初级反应池池体；所述初级反应池池体设置进水管阀，用于待处理污水进水；初级反应池池体上设置初级反应池污泥投加管阀、初级反应池药剂投加管阀、搅拌设备和初级反应池排水孔。

6、进一步的，所述初级反应池池体分为第一格和第二格，第一格和第二格之间设置污水过水孔相通，第一格和第二格均设置搅拌设备；第一格上设置所述进水管阀、所述初级反应池污泥投加管阀、所述初级反应池药剂投加管阀；第二格设置所述初级反应池排水孔。

7、进一步的，所述耦合反应池用于污水的生物化学耦合捕碳反应，包括耦合反应池池体；所述耦合反应池池体设置耦合反应池化学混凝剂投加管阀、耦合反应池污泥投加管阀、搅拌设备和耦合反应池排水孔；所述耦合反应池池体底部设有整流板，耦合反应池出水经过整流板，调整水体流态和流向。

8、进一步的，所述污泥再生池的进泥来自所述沉淀池或者污水处理厂二沉池；所述污泥再生池包括污泥再生池池体，污泥再生池池体设置曝气设备、风机、曝气管阀、污泥再生池进泥泵以及管阀、污泥再生池排泥泵以及管阀。

9、进一步的，所述生物化学耦合污水碳捕获装置集成式设置，污泥再生池、沉淀池、初级反应池和耦合反应池集成设置在一个罐体结构中。

10、进一步的，所述沉淀池用于污泥沉淀以及处理后的污水排出，包括沉淀池池体；所述沉淀池池体的底部设置泥斗，泥斗底部设置污泥排泥管阀；所述沉淀池池体的上部设置斜管、集水渠、出水渠、出水管。

11、进一步的，本发明活性污泥投加管阀和化学混凝剂投加管阀，即初级反应池污泥投加管阀、初级反应池药剂投加管阀、耦合反应池化学混凝剂投加管阀、耦合反应池污泥投加管阀可通过污泥泵或加药泵实现精准投加；本发明所述的搅拌设备，可通过调整转述实现污水污泥、污水药剂高效混合。

12、利用上述任意一项所述的一种生物化学耦合污水碳捕获装置进行生物化学耦合污水碳捕获方法，根据不同类型废水及水质，选择生物化学不同耦合模式，完成先活性污泥吸附后化学混凝、或先化学混凝后活性污泥吸附的捕碳反应。

13、进一步的，所述先活性污泥吸附后化学混凝：污水进入初级反应池的同时，在活性污泥再生池中经过充分再生的活性污泥投入初级反应池，在初级反应池中进行活性污泥吸附反应；而后污水进入耦合反应池，同时化学混凝药剂加入耦合反应池中进行活性污泥吸附和化学混凝耦合反应过程；最终污水经过耦合反应池底部出水孔进入沉淀池，依次经过斜管沉淀、集水渠集水和出水渠出水，完成污水碳捕获过程。

14、进一步的，所述先化学混凝后活性污泥吸附：污水进入初级反应池的同时，化学混凝药剂加入初级反应池中，在初级反应池中进行化学混凝反应；而后污水进入耦合反应池，同时在活性污泥再生池中经过充分再生的活性污泥一并投入耦合反应池中进行活性污泥吸附和化学混凝耦合反应过程；最终污水经过耦合反应池底部出水孔进入沉淀池，依次经过斜管沉淀、集水渠集水和出水渠出水，完成污水碳捕获过程。

15、本发明的优点在于：

16、（1）本发明的生物化学耦合污水碳捕获装置可实现高负荷活性污泥吸附工艺和化学混凝吸附工艺联合捕获污水中的碳源，改善单独高负荷活性污泥吸附或化学混凝吸附碳捕获工艺捕碳效率，提升污水中的有机物去除率，减少溶解性有机物流失。

17、本发明通过设置独立的初级反应池和耦合反应池，可实现两级反应，实现生物化学耦合捕获污水中的碳源。

18、（2）本发明根据污水水质和污泥泥质特点，本发明可以选择性地采用先活性污泥吸附后化学混凝，或者先化学混凝后活性污泥吸附的模式，可适应不同废水水质特性，保障污水中有机物的捕获效率高效性和稳定性。

19、（3）本发明实现了反应区和再生区的集合，为生物化学耦合捕碳工艺的推广应用奠定了基础。本发明活性污泥再生池污泥来源可以是来自污水处理厂（站）二沉池，也可以是耦合捕碳装置中沉淀池的排泥，可实现耦合捕碳装置内污泥内循环，提升污泥来源可靠性。

20、（4）本发明中耦合反应池池体底部设有整流板，可以调整水体流态和流向，有助于构建泥斗内的悬浮泥渣层，在泥斗内水流由下往上流向沉淀区的过程中，进一步拦截水体中的絮体和颗粒物，提升捕碳效果。

21、（5）在同样进水条件下，利用本发明可提升溶解性有机物的捕获效率，实现污水中有机物的高效捕获，促进污水中有机物的回收与资源化利用，助推污水处理厂实现污水处理碳中和。

22、（6）本发明旨在通过提升溶解性碳源捕获效率，破解污水碳捕获率低的难题，为新型低碳低能耗污水处理工艺重构与推广夯实基础。

23、（7）本发明装置集成化设置，构思巧妙，设计合理。

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