公布日：2022.12.09
申请日：2022.10.26
分类号：C02F3/30(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统及其方法，该系统包括生物反应池、二次沉淀池以及光伏电解水制氢一体化装置，所述生物反应池内依次布置有厌氧区、缺氧区、好氧区、后缺氧区以及后好氧区，且相邻两者之间通过流通孔连通；所述二次沉淀池与后好氧区相连；所述光伏电解水制氢一体化装置包括光伏制氢装置、储氢装置以及储氧装置，所述光伏制氢装置具有阴极和阳极，所述光伏制氢装置的阴极产生的氢气送入储氢装置中储存，所述光伏制氢装置的阳极产生的氧气送入储氧装置中储存。本发明通过活性污泥与光伏制氢耦合，将光伏制氢产生的H2接入活性污泥后缺氧区，光伏制氢产生的O2接入活性污泥后好氧区，提升系统污染物去除效率。
权利要求书
1.一种活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统，其特征在于：包括生物反应池(1)、二次沉淀池(2)以及光伏电解水制氢一体化装置(3)，所述生物反应池(1)内依次布置有厌氧区(1.1)、缺氧区(1.2)、好氧区(1.3)、后缺氧区(1.4)以及后好氧区(1.5)，且相邻两者之间通过流通孔(1.6)连通；所述二次沉淀池(2)与后好氧区(1.5)相连；所述光伏电解水制氢一体化装置(3)包括光伏制氢装置(3.1)、储氢装置(3.2)以及储氧装置(3.3)，所述光伏制氢装置(3.1)具有阴极和阳极，所述光伏制氢装置(3.1)的阴极产生的氢气送入储氢装置(3.2)中储存，所述光伏制氢装置(3.1)的阳极产生的氧气送入储氧装置(3.3)中储存；所述储氢装置(3.2)与后缺氧区(1.4)相连用于向其提供氢气，所述储氧装置(3.3)与后好氧区(1.5)相连用于向其提供氧气。
2.根据权利要求1所述的活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统，其特征在于：所述好氧区(1.3)排出的一部分污水回流至缺氧区(1.2)，剩余部分污水进入后缺氧区(1.4)；所述二次沉淀池(2)排出的一部分污泥回流至厌氧区(1.1)，剩余部分污泥直接排放。
3.根据权利要求2所述的活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统，其特征在于：所述厌氧区(1.1)、缺氧区(1.2)、后缺氧区(1.4)以及后好氧区(1.5)内均设置有搅拌器(4)；所述好氧区(1.3)、后缺氧区(1.4)以及后好氧区(1.5)内均设置有曝气装置(5)；所述后缺氧区(1.4)内的曝气装置与储氢装置(3.2)相连，所述后好氧区(1.5)内曝气装置与储氧装置(3.3)相连。
4.根据权利要求3所述的活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统，其特征在于：所述好氧区(1.3)与缺氧区(1.2)之间设置有用于供污水回流的第一管路(6)，所述第一管路(6)上设置有第一泵体(7)；所述二次沉淀池(2)与厌氧区(1.1)之间设置有用于供污泥回流的第二管路(8)，所述第二管路(8)上设置有第二泵体(9)；所述后缺氧区(1.4)内的曝气装置与储氢装置(3.2)之间的连接管路上设置有第一阀门(10)，所述后好氧区(1.5)内曝气装置与储氧装置(3.3)之间的连接管路上设置有第二阀门(11)；所述光伏制氢装置(3.1)与储氢装置(3.2)之间的连接管路上设置有第一增压器(12)；所述光伏制氢装置(3.1)与储氧装置(3.3)之间的连接管路上设置有第二增压器(13)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统，其特征在于：所述生物反应池(1)中污泥浓度为2000mg/L-8000mg/L；所述后缺氧区(1.4)内填充有悬浮填料(14)，所述悬浮填料的填充率为0％-30％。
6.利用权利要求1-5任一项所述的系统进行污水处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：在光照条件下光伏制氢装置开始工作，将氢气储存于储氢装置中，将氧气储存于储氧装置中；S2：污水依次进入厌氧区(1.1)、缺氧区(1.2)、好氧区(1.3)；S3：通过鼓风机向好氧区(1.3)内通入空气；S4：好氧区(1.3)一部分污水回流至缺氧区(1.2)，一部分污水依次进入后缺氧区(1.4)、后好氧区(1.5)、二次沉淀池(2)；S5：通过储氢装置，向后缺氧区(1.2)内通入氢气，通过储氧装置，向后好氧区(1.3)内通入氧气；S6：二次沉淀池(2)排出的一部分污泥回流至厌氧区(1.1)，剩余部分污泥直接排放；S7：重复S1-S6，完成污水中污染物的去除。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，污水在厌氧区(1.1)停留时间为0.5-1.5h，污水在缺氧区(1.2)停留时间为1.5-3.0h，污水在好氧区(1.3)停留时间为2.5-8.0h；所述步骤S4中，污水在后缺氧区(1.4)停留时间为1.0-3.0h，污水在后好氧区(1.5)停留时间为0.5.0-2.0h。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，好氧区(1.3)对污水中有机物进行充分降解，污水中COD浓度小于45mg/L，氨氮浓度小于1mg/L。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中，后缺氧区(1.4)内的曝气装置淹没水深大于1.5m，后缺氧区(1.4)内的曝气装置和搅拌器同时运行；后好氧区(1.5)内的曝气装置淹没水深大于1.5m，后好氧区(1.5)内的曝气装置和搅拌器同时运行。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S5中，氢气投加量为2-8mg/L，氧气投加量为16-64mg/L。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统及其方法，该系统通过活性污泥与光伏制氢耦合，将光伏制氢产生的H2接入活性污泥后缺氧区，光伏制氢产生的O2接入活性污泥后好氧区，提升系统污染物去除效率。
为实现上述目的，本发明所设计的一种活性污泥耦合光伏制氢的污水处理系统，包括生物反应池、二次沉淀池以及光伏电解水制氢一体化装置，所述生物反应池内依次布置有厌氧区、缺氧区、好氧区、后缺氧区以及后好氧区，且相邻两者之间通过流通孔连通；所述二次沉淀池与后好氧区相连；
所述光伏电解水制氢一体化装置包括光伏制氢装置、储氢装置以及储氧装置，所述光伏制氢装置具有阴极和阳极，所述光伏制氢装置的阴极产生的氢气送入储氢装置中储存，所述光伏制氢装置的阳极产生的氧气送入储氧装置中储存；所述储氢装置与后缺氧区相连用于向其提供氢气，所述储氧装置与后好氧区相连用于向其提供氧气。
上述技术方案中，所述好氧区排出的一部分污水回流至缺氧区，剩余部分污水进入后缺氧区；所述二次沉淀池排出的一部分污泥回流至厌氧区，剩余部分污泥直接排放。
上述技术方案中，所述厌氧区、缺氧区、后缺氧区以及后好氧区内均设置有搅拌器；所述好氧区、后缺氧区以及后好氧区内均设置有曝气装置；所述后缺氧区内的曝气装置与储氢装置相连，所述后好氧区内曝气装置与储氧装置相连。
上述技术方案中，所述好氧区与缺氧区之间设置有用于供污水回流的第一管路，所述第一管路上设置有第一泵体；所述二次沉淀池与厌氧区之间设置有用于供污泥回流的第二管路，所述第二管路上设置有第二泵体；
所述后缺氧区内的曝气装置与储氢装置之间的连接管路上设置有第一阀门，所述后好氧区内曝气装置与储氧装置之间的连接管路上设置有第二阀门；
所述光伏制氢装置与储氢装置之间的连接管路上设置有第一增压器；所述光伏制氢装置与储氧装置之间的连接管路上设置有第二增压器。
上述技术方案中，所述生物反应池中污泥浓度为2000mg/L-8000mg/L；所述后缺氧区内填充有悬浮填料，所述悬浮填料的填充率为0％-30％。
本发明利用上述的系统进行污水处理的方法，包括如下步骤：
S1：在光照条件下光伏制氢装置开始工作，将氢气储存于储氢装置中，将氧气储存于储氧装置中；
S2：污水依次进入厌氧区、缺氧区、好氧区；
S3：通过鼓风机向好氧区内通入空气；
S4：好氧区一部分污水回流至缺氧区，一部分污水依次进入后缺氧区、后好氧区、二次沉淀池；
S5：通过储氢装置，向后缺氧区内通入氢气，通过储氧装置，向后好氧区内通入氧气；
S6：二次沉淀池排出的一部分污泥回流至厌氧区，剩余部分污泥直接排放；
S7：重复S1-S6，完成污水中污染物的去除。
上述技术方案中，所述步骤S2中，污水在厌氧区停留时间为0.5-1.5h，污水在缺氧区停留时间为1.5-3.0h，污水在好氧区停留时间为2.5-8.0h；所述步骤S4中，污水在后缺氧区停留时间为1.0-3.0h，污水在后好氧区停留时间为0.5.0-2.0h。
上述技术方案中，所述步骤S3中，好氧区对污水中有机物进行充分降解，污水中COD浓度小于45mg/L，氨氮浓度小于1mg/L。
上述技术方案中，所述步骤S4中，后缺氧区内的曝气装置淹没水深大于1.5m，后缺氧区内的曝气装置和搅拌器同时运行；后好氧区内的曝气装置淹没水深大于1.5m，后好氧区内的曝气装置和搅拌器同时运行。
上述技术方案中，所述步骤S5中，氢气投加量为2-8mg/L，氧气投加量为16-64mg/L。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明处理效能高、实现高标准处理，通过采用连续进水、连续出水的形式，用于处理城镇污水，系统通过在后缺氧区接入H2，培养氢自养反硝化菌，实现系统的深度脱氮，在后好氧区接入O2，强化系统有机物去除。
其二，本发明污泥产量低，采用后缺氧区培养氢自养反硝化菌，比传统异养反硝化均具有更低的污泥产量。
其三，本发明活性污泥沉降性能好，采用纯氧曝气可使丝状菌得到了抑制，形成密实的絮体颗粒，改善活性污泥沉降性能。
其四，本发明运行能耗低，通过光伏电解水制备H2和O2，无需外加能源，系统运行能耗低。
（发明人：龚本洲;武卫星;段凯;王聪;张奎;黄毅;吴智威;曾斌;王钰捷）