CN101838606A - 污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器。包括进料管、微藻异养区、气液分离室、微藻光自养区、底部回流区、放空管及出液区。本发明采取二氧化碳供应装置与空气提升装置分开方式，通过平板超滤膜布气提高了二氧化碳的传质和利用效率，空气提升装置只满足藻液提升和环流流动要求；通过微藻光自养和异养的耦合，发挥微藻利用不同碳源的特点，有效解决了封闭管道光生物反应器氧气释放难的问题，降低了溶解氧的抑制作用；强化了光自养区藻液的横向混合，降低细胞相互遮光带来不利影响，从而既可充分利用自然太阳光降低培养成本，又显著提高了光生物反应器的光照利用效率。本发明具有固碳效率高、微藻培养浓度高、***运行稳定、反应器放大容易，加工简单、操作方便、运行及维护成本低等优点，适合污水处理碳减排及微藻大规模低成本的高效培养。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器。
背景技术
大气中二氧化碳(CO2)浓度从工业化前的270ppm到目前的380ppm，CO2减排成了全球关注的焦点问题，我国政府也高度重视，各行各业都在努力探索CO2减排新技术。污水处理过程中CO2如何减量排放面临重大挑战。
微藻类与蓝细菌(蓝藻)能通过利用光子能量进行光合作用将水以及二氧化碳转化为有机化合物，并具有从环境中吸收矿物质营养素及一些有机物用来进行生长和繁殖的能力。因此，可将其用于废水营养素物质吸收或者用于废气中的二氧化碳生物固定，其繁殖产生的藻类生物质可作为原料用于生物燃料(例如，生物柴油、乙醇或者甲烷)、动物饲料添加剂、有机肥料等。尽管在技术上，微藻可用于多种用途，但经济可行是决定因素。因此，微藻的培养技术、分离技术以及后续的资源化利用技术都会极大地影响微藻资源化利用及经济上的可行性。其中，利用有机废水进行微藻的高密度培养是实现污水资源化利用、污水处理碳减排及微藻低成本培养和利用的关键，而构建适合于微藻生长并具有高光能利用率及高固碳率的高效光生物反应器(微藻培养反应器)则是实现微藻高密度培养、污水资源化利用及污水处理碳减排的关键技术，并对微藻产品质量和生产成本有十分重要的影响。
1.1开放式光生物反应器
在微藻培养中应用最多、技术上最成熟的是开放式光生物反应器，包括水平式及倾斜式光生物反应器两种基本类型(AE Richmond&Soeder，1986)。其最突出的优点就是构建简单、成本低廉及操作简便。最典型、最常用的开放池培养***是Oswald以(1969)设计的跑道池反应器，藻液通过桨轮或者旋转臂的转动进行混合、循环流动以提高藻体光能利用率，目前已经放大到我国台湾省的18万m2(生产小球藻)和墨西哥城生产螺旋藻的20万m2等地方。自开放式培养***开发以来，其总体结构至今仍无太大的变化。由于开放式光生物反应器存在缺乏温度、光照控制，混合不充分以及培养液易受空气传播的微生物以及灰尘的污染等问题，致使培养条件不稳定，光合效率及固碳效率较低，总体生产力低下(微藻浓度一般仅为0.1-0.5g/L左右)，适用面窄(只适用于螺旋藻、小球藻及盐藻等少数微藻培养)。广大学者普遍认为开放式培养***的技术已发展到了极限，如何满足微藻生物技术迅速发展的需求，研发新型光生物反应器成为广大学者长期努力的目标。
1.2封闭式光生物反应器
开放通道的缺点推动了封闭***的发展，解决微藻高密度培养的根本出路在于研发高效的封闭式光生物反应器，即由透明管或者容器制成的光生物反应器(A Richmond，1990；Tredici，2004)。1950年，Cook研制出第一台垂直管状光生物反应器。目前，封闭式光生物反应器种类和形式多种多样，主要有管式、板式和传统罐式等三种类型光生物反应器。
1.2.1管式光生物反应器
管式光生物反应器一般采用直径较小的透明硬质材料(玻璃或者塑料)弯曲成不同形状并连接起来形成的，有水平放置的蛇型管式反应器、双层排列管式反应器、多支路并行流管式反应器、a型管式反应器、圆形螺旋盘绕管式反应器等。管状光生物反应器通常带一个气体交换区域，于此加入CO2以及营养素，并除去回流液的氧气，该区域分别与管道两端连接，通过泵或者空气提升器使得培养液在导管与管道之间循环(Pirt et al.，1983；A Richmond，Boussiba，Vonshak，&Kopel，1993)。
已有的大部分管道光生物反应器存在以下问题：①气体交换困难，在管道中碳源补充和氧的释放不能及时进行，大多数管道式反应器的溶氧水平超过200％，对光合作用和细胞生长产生极大的抑制。②当采用机械泵来循环藻液时，剪切力大，易导致严重的细胞损伤(Gudin&Chaumont，1991)。大型化后混合更是不均匀，传质效率较差；③在又小又长的直管中极易形成推流流态，在断面上形成良好的混合较困难，由于微藻对光的遮蔽作用，光程有限，造成反应器内的微藻不能充分接收光子，反应器光效率不高；④微藻一旦在管道内部附着生长，清洗麻烦；⑤管状光生物反应器投资费用及维护成本极高。以上不足限制了其广泛应用。
1.2.2板式光生物反应器
板式光生物反应器第一次被描述于Samson以及Leduy(1985年)的文章中，目前主要有：人工光源的板箱式光生物反应器、水平放置的板式光生物反应器、垂直嵌槽板式光生物反应器、多层平行排列板式光生物反应器、倾斜鼓泡板式光生物反应器等。与管状***相比平板类型的设计具有以下优点：①光照比表面积大，设计中没有相关的“黑暗区域”，提高了光合作用的生产力；②一般采用通风手段促进培养物的混合以及湍流，气升式循环动力消耗小，对细胞的剪切力及伤害小，混合和传热、传质效率良好；③氧气释放相对及时，可大为降低分子态氧对微藻生长的抑制；④反应器的清洗和维护相对简单。因此，以平板式反应器作为基础结构具有一定的优势。
板箱式反应器结构虽然简单，但存在反应器放大困难及其他一些不足，主要有：①光源供应及利用效率问题。光照是限制光生物反应器放大和影响微藻高密度培养的最关键因素之一。当利用外部自然光源时，大部分专利都没有考虑如何有效地加强藻液在光照方向的混合，加上表层微藻对光的遮蔽作用，限制了光的利用率和光合作用，进而导致反应器规模较小。因此，已有专利多以利用内部光源为主以扩大反应器规模，这增加了运转成本，比如箱式光生物反应器(美国专利.US005104803A，1992-01-14)、内光源箱式光生物反应器(美国专利.US2003/0059932A1，2003-03-27)。另一些学者(如Jorg Degen、李元广等)虽通过内部添加各种挡板或者导流板达到强化光照方向的混合效果，但这也使得反应器内部加工与清洗变得困难。因此，如何结合藻液浓度、光强分布、混合方式等因素优化反应器的结构和组成以提高光能(特别是自然光源)利用效率成为设计光生物反应器的核心；②供气问题。由于认为高浓度CO2对微藻有害，现有的技术基本上以空气稀释CO2到一定浓度后通过供气装置进入光生物反应器，同时满足CO2在藻液中的混合、传质及藻液提升作用，这带来困难：当供气装置采用细孔径强化CO2传质时，亦强化了氧气的传质，并使得能耗增加。相反，大孔径的曝气装置将使得CO2的吸收和利用率有限。
由于现有的板式反应器放大困难，最大的反应器单元体积不到300L，对于较大规模的培养***都是通过增加反应器单元来实现的，这大大地增加了制造成本。过多的依赖内部光源也大大地增加了运行成本。因此，平板反应器更多时候是处于试验阶段，而没有被应用于藻类的工业化培养。
1.2.3发酵罐
利用传统发酵罐进行微藻异养培养，不受光的限制，生长速度快，单位体积产率高，生物量大大提高，采用流加等比较成熟的工业发酵技术可望实现高密度培养，便于反应器放大及自动化控制等优势，但目前仅限于少数几种微藻的培养。
综上所述，不难发现，现有的微藻培养要么是采用光生物反应器进行增长缓慢的光自养培养，要么是采用发酵罐进行利用有机物异养培养。而通过在光生物反应器内进行合适比例的光、暗区设计和不同碳源的分配，则可在一个反应器内实现微藻光自养过程-异养过程耦合，从而较好地发挥自养和异养两种培养方式的长处，利于光生物反应器的放大和实现微藻高密度低成本培养，并可实现有机废水资源化利用及污水处理碳减排的目的。
发明内容
本发明结合了现有光生物反应器及传统发酵罐技术特点，根据微藻光自养-异养固碳反应特点设计合适光暗区比例、不同碳源分配及分子氧的分布，从优化气(CO2)-液传质及提高微藻光能、碳源利用效率等角度出发，提供一种光比表面积大、光能利用率高、固碳效率高、藻液混合及循环状况好的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器。
本发明提出的一种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，反应器整体外形为长梯体形，包括：微藻异养区2、气液分离室3、微藻光自养区4、底部回流区12及出液区9；其中：
微藻异养区2为长方体结构，包括进料管1、空气扩散装置13、藻液提升区14及热交换管29，进料管1位于微藻异养区2的侧面中下部，空气扩散装置13位于微藻异养区2底部，空气扩散装置13连接空气进气管及流量控制阀7，藻液提升区14位于微藻异养区2中上部，热交换管29位于藻液提升区14中部位置；微藻异养区2顶部与气液分离室3连接，底部与底部回流区12连接；
气液分离室3为左右对称的方形结构，其内设有分配溢流堰16、出液溢流堰17、排气管6及取样观察孔18，分配溢流堰16对称分布于左右两侧，出液溢流堰17垂直布置于分配溢流堰16一侧，且高度高于分配溢流堰16，出液溢流堰17另一侧为出液区9，出流区9底部设有出液管5，出液区9顶部连接排气管6，取样观察孔18设于气液分离室3顶部；
微藻光自养区4呈倾斜四方体，包括向光板11、背光板25、光反应区31和CO2供气装置15，向光板11位于微藻光自养区4两侧外部，分别与水平面成倾斜角度安装，上端与气液分离室3连接，下端与底部回流区12连接；背光板25位于微藻光自养区4两侧内部，向光板11及背光板25之间的区域为光反应区31；CO2供气装置15镶嵌于背光板25中部位置，CO2供气装置15一侧连接CO2进气管及流量控制阀8；微藻光自养区4与微藻异养区2之间设有分配溢流堰16。
本发明中，所述CO2供气装置15采用平板超滤膜供CO2气体，CO2供气装置15为盒式结构，按粗不锈钢网22、平板超滤膜23、粗不锈钢网22、固定框板21依次叠加的顺序组装制成膜组件，通过螺丝钉及粘合剂将该膜组件固定于长方形空盒24上。
本发明中，所述CO2供气装置15亦可采用中空纤维超滤膜28或者管式微孔曝气器替代平板超滤膜。当供气膜组件为帘式膜时，中空纤维膜28材料可以为聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等已知外压中空纤维膜。中空纤维膜28一浇铸端为开孔浇铸端26，另一端为封孔浇铸端27，浇铸树脂采用环氧树脂进行封端浇铸，再使用硅橡胶或聚氨酯等柔性树脂对中空纤维膜28根部进行二次浇注，开孔的一端连接CO2气管及控制阀8。
本发明中，所述微藻异养区2和微藻光自养区4的有效容积之比为1∶1--1∶3。
本发明中，所述放空管10位于底部回流区12，用于排空藻液的作用。
本发明中，出液区9为藻液出口区，与气液分离室3相连，从气液分离室3溢流过来的藻液从出液区9的出液管5排出。
本发明中，所述空气扩散装置13采和穿孔管或曝气器。
本发明中，所述取样观察孔18上方设有封板20，封板20通过螺钉固定于气液分离室3顶部。
本发明中，所述热交换管9采用蛇形热交换管。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1)发挥微藻光自养-异养固碳反应特点，研发同时能适用于有机污水处理与CO2生物固定的光生物反应器，适用于污水处理碳减排。微藻异养区无需透光材料，利用微藻异养不需光而可高效利用有机碳的特点促进微藻生长，并消耗光自养阶段产生的氧气，降低溶解氧对光自养阶段的抑制作用，由于不受光的限制，有利于反应器的放大。在光自养阶段通过光反应可弥补异养生长的缺陷，并高效吸收光能、利用CO2。
2)反应器根据光生物反应器内气液传质、环流反应器及光生物反应特点，创新地采取“CO2供应***与气体提升***分开”的形式，与现有的气提(升)环流反应器将CO2与空气混合后即要考虑CO2供应及传质又要考虑提升的做法全然不同。具有如下好处：①无需CO2和空气混合装置；②可以根据光反应过程对CO2的需求独立供应CO2，并可避免空气对CO2的吹脱；③采用平板超滤膜(或中空纤维膜)等技术进行供气，强化了CO2传质和吸收；④空气只起到推动藻液流动和搅拌的作用，不考虑传质作用，无需采用微细气泡曝气技术，因此，可以减小阻力损失，动力损耗可以减小。方便改变空气流量以控制藻液在反应器内的平均循环时间和流体流动速度，加强了对藻液混合效果的控制，提高了光照利用效率。
3)CO2分布在接受光源的光自养区，布气方向与入射光线平行，即与水流垂直，强化了藻液在局部断面上形成在光照射方向上混合，提高了光的利用率，有利于反应器放大；
4)反应器采取一端进液、一端出液，横断面为对称气升环流的梯形结构，整体为长方体形，可实现局部完全混合、整体推流的流态，从而既保证了混合和传质效果，又提高了反应效率。
5)本发明加强了氧气的释放，降低了分子氧对光生物反应过程的抑制。
6)通过向空中延伸来尽可能增加反应器的光反应区的光照比表面积，充分利用太阳光能。设计的几何形状可根据采光面积的需求来放大和采取不同断面形式。
7)内部构件少，易于加工制作，运行维护简便，加工和运行成本低。
8)在反应器内无机械装置，消除了机械搅拌对微藻的剪切破坏作用，大大地增强了藻体的活力，并有利于后续的固液分离。
附图说明
图1为污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器的主视图。
图2为污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器的左视图。
图3为污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器的俯视图。
图4为平板超滤膜组件制成的CO2供气装置的结构示意图。
图5为内置帘式膜CO2供气装置的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器的主视图。
图6为内置帘式膜CO2供气装置的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器的左视图。
图7为帘式膜组件制成的CO2供气装置的结构示意图。
图8为几种不同气升环流光生物反应器的微藻自养区和微藻异养区的形式。其中：(a)为微藻异养区具有内环流的形式，(b)为三角形形式，(c)为直方形形式，(d)为无内部无效空间的形式。
图9为几种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器底部的不同回流区与异养区连接样式图。其中：(a)为幅型连接，(b)为直角型连接，(c)斜型连接。图中标号：1为进料管，2为微藻异养区，3为气液分离室，4为微藻光自养区，5为出液管，6为排气管，7为空气进气管及流量控制阀，8为CO2进气管及流量控制阀，9为出液区，10为放空管，11为向光板，12为底部回流区，13为空气扩散装置，14为藻液提升区，15为CO2供气装置，16为分配溢流堰，17出液溢流堰，18为取样观察孔，19为螺丝钉，20为封板，21为固定框板，22为不锈钢网，23为平板超滤膜，24为长方形空盒，25为背光板，26为开孔浇铸端，27为封孔浇铸端，28为中空纤维膜，29为蛇形热交换管，30为检修维护孔，31为光反应区。
具体实施方式
具体说，本发明提供了一种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，适用于有机污水的处理碳减排及高密度培养多种微藻。下面将结合附图来进一步说明本发明的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器的结构及运行方式。
实施例1：如图1-图3所示，本发明提出的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器整体外形为长梯形，包括：进料管1、微藻异养区2、气液分离室3、微藻光自养区4、底部回流区12及出液区9。图中反应器的箭头表示藻液的流动方向。
微藻异养区2为利用进水中的有机物进行微藻异养增长的主反应区，为长方体形状，其顶部与气液分离室3相连，底部与底部回流区12连接，包括进料管1、空气进气管7、空气扩散装置13、藻液提升区14及热交换管29等，热交换器29采用蛇形热交换器。首先，微藻培养营养液(或有机废水)通过进料管1进入反应器的微藻异养区2侧面中间下部，接种微藻从反应器顶部的取样观察孔18进入反应器内，通过位于微藻异养区2底部空气扩散装置13布入的空气的提升作用促使藻液混合、上升并实现环流，所述空气扩散装置13可以采用穿孔管或曝气器等中任一种，为了减小气体的阻力损失，应选用孔径大的曝气装置。为了确保较好供应使液体流动的动力并保证较好的藻液混合和提升效果，空气扩散装置13宜在反应器的底部，并与空气进气管及流量控制阀7相连；藻液提升区14为微藻利用进料(或有机废水)中的有机物及营养物质进行无光异养培养区，其外壳材料为不透光材料。微藻利用异养过程可获得高浓度微藻，并利用和消耗藻液中的DO，从而降低从顶部流入光生物反应区的藻液DO浓度和pH值，降低了藻液高DO对光合作用的抑制作用。在此区还设有蛇形热交换管29，用于控制反应器的藻液温度。由于空气的提升作用，藻液从微藻异养区2流向顶部气液分离室3。
本发明中，气液分离室3分别与微藻光自养区4和微藻异养区2连接，设在光生物反应器的顶部，为左右对称的方形结构，包括分配溢流堰16、出液溢流堰17、排气管6及取样观察孔18。其中，藻液在气液分离室3进行气体释放，释放的气体经顶部排气管6排出，排气管6采取滤布封口以防止空气中的污染物质(主要是细菌和藻类等微生物)对藻液的污染。经气体释放后的藻液通过左右两侧的分配溢流堰16平均分配到两侧微藻光自养区4并向下流动；出液溢流堰17高度高于左右两侧分配溢流堰16并与其垂直，当连续进水时藻液从此溢流入出液区9，并由出液管5排出；取样观察孔18亦设于气液分离室3顶部，用于取样、观察及微藻接种等。
本发明中，微藻光自养区4为藻液下降区，其为四块板焊接而成的四方体，并与水平面成倾斜角度设置，上端与气液分离室3连接，下端与底部回流区12连接。微藻光自养区4包括向光板11、背光板25、光反应区、CO2供气装置15及检修维护孔30。其中，向光板11为具有一定强度的、对光线透明的材料，可以选有机玻璃或聚合物材料；CO2供气装置15采用平板超滤膜23供CO2气体，其横向镶嵌于背光板中部位置，CO2气体流向与液体流向垂直，即与入射光线反向，因此，CO2供气装置15不仅可为微藻生长供应无机碳源并调节藻液pH值，还可起到均匀布气、强化气液传质及加强光照方向的流体混合，提高了CO2的利用率和光能利用率；光反应区为微藻从异养转化为光自养吸收利用CO2进行光合作用的区域，其释放氧气的同时亦提高了藻液的pH值。随后藻液经底部回流区12回流至微藻异养区2，从而形成气升环流流动。
在一个较佳的实施方案中，所述微藻光自养区4的容积宜大于微藻异养区2的容积，例如，为光异养区2的容积1-3倍。同时，从图8几种不同气升环流光生物反应器的自养区和异养区的样式图及图9几种光生物反应器底部的不同回流区与异养区连接样式图，其中，自养区和异养区的样式可为梯形形式、三角形形式、直方形形式或无内部无效空间的形式，微藻异养区内部亦可设为内环流的形式；而光生物反应器底部的不同回流区与异养区连接样式图可为幅型连接、直角型连接或斜型连接。可见本发明提出的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器形状不限于以上几种。
底部回流区12与微藻光自养区4及微藻异养区2连接，使光生物反应器成为环流反应器，其中藻液流速控制为大于0.3m/s。底部回流区12与微藻异养区2连接的方式可以如图9所示加工。
如图3所示，在回流区12底部还安装有放空管10，当进行反应器清洗或者反应器运行失败时候，可以将反应器内的液体从此处排放。
如图4所示，本发明的CO2供气装置15采用平板超滤膜23供CO2气体，CO2供气装置15为盒式结构，按粗不锈钢网22、平板超滤膜23、粗不锈钢网22、固定框板21的顺序组装制成膜组件，通过螺丝钉及粘合剂将膜组件固定在长方形空盒24上形成CO2供气装置15，CO2供气装置15一侧连接CO2气管及控制阀8。
如图5-6所示，本发明的CO2供气装置15亦可采用中空纤维超滤膜28或者管式微孔曝气器替代平板超滤膜。当供气膜组件为帘式膜时，中空纤维膜28材料可以为聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等已知外压中空纤维膜。图7显示帘式膜组件制成的CO2供气装置的结构示意图，帘式膜组件呈平面紧密排布，所包含的膜丝数约为40-80根。中空纤维膜28一浇铸端为开孔浇铸端26，另一端为封孔浇铸端27，浇铸树脂采用环氧树脂进行封端浇铸，再使用硅橡胶或聚氨酯等柔性树脂对中空纤维膜28根部进行二次浇注，开孔的一端连接CO2气管及阀门8。浇铸端固定在微藻光自养区4的两侧板中部，中空纤维膜丝28在微藻光自养区4内，靠近背光板25，浇铸端间的膜丝有一定的松弛度，利于膜丝在使用时有适当幅度的摆动，防止微藻的附着生长。
出液管5可与分离***连接，如与气浮池连接，实现微藻浓缩，亦可与其他***连接。
当反应器放大时，需通过钢支架或其他方式稳定和加固反应器，以防止随着反应器体积增加和水压增大所引起的反应器壁面凸起变形等问题。
微藻异养区2主体尺寸为300mm×70mm×260mm；进料管1为DN10，距底部35mm；空气进气管7为DN10-15；空气扩散装置13长300mm，为DN15的穿孔管，开孔孔径1-5mm，孔距3-5mm，距底部17mm。
气液分离室3尺寸为300mm×70mm×40mm，分配溢流堰16长300mm，距反应器底部260mm，出液溢流堰17长70mm，距离底部为280mm。出液区尺寸为70mm×50mm×70mm，出液管为DN15。
微藻光自养区4的向光板11为320mm×300mm，背光板25为230mm×300mm，二者间距为35mm，并与水平面倾斜角为60°。
CO2供气装置15的尺寸为300mm×30mm×30mm，平板超滤膜23尺寸为300mm×30mm。当采用帘式膜组件制成的CO2供气装置15时，每个膜组件膜丝数约为40-80根，固定于DN15的管上。CO2供气装置15间距为65mm。
底部回流区12的厚度为18mm，底板尺寸为314mm×300mm。放空管10为DN10。
Claims (9)
1.一种污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，反应器整体外形为长梯体形，包括：微藻异养区(2)、气液分离室(3)、微藻光自养区(4)、底部回流区(12)及出液区(9)；其特征在于：
微藻异养区(2)为长方体结构，包括进料管(1)、空气扩散装置(13)、藻液提升区(14)及热交换管(29)，进料管(1)位于微藻异养区(2)的侧面中下部，空气扩散装置(13)位于微藻异养区(2)底部，空气扩散装置(13)连接空气进气管及流量控制阀(7)，藻液提升区(14)位于微藻异养区(2)中上部，热交换管(29)位于藻液提升区(14)中部位置；微藻异养区(2)顶部与气液分离室(3)连接，底部与底部回流区(12)连接；
气液分离室(3)为左右对称的方形结构，其内设有分配溢流堰(16)、出液溢流堰(17)、排气管(6)及取样观察孔(18)，出液溢流堰(17)垂直布置于配溢流堰(16)一侧，且高度高于分配溢流堰(16)，出液溢流堰(17)另一侧为出液区(9)，出流区(9)底部设有出液管(5)，出液区(9)顶部连接排气管(6)，取样观察孔(18)设于气液分离室(3)顶部；
微藻光自养区(4)呈倾斜四方体，包括向光板(11)、背光板(25)、光反应区(31)和CO2供气装置(15)，向光板(11)位于微藻光自养区(4)两侧外部，分别与水平面成倾斜角度安装，上端与气液分离室(3)连接，下端与底部回流区(12)连接；背光板(25)位于微藻光自养区(4)两侧内部，向光板(11)及背光板(25)之间的区域为光反应区(31)；CO2供气装置(15)镶嵌于背光板(25)中部位置，CO2供气装置(15)一侧连接CO2进气管及流量控制阀(8)；微藻光自养区(4)与微藻异养区(2)之间设有分配溢流堰(16)。
2.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述CO2供气装置(15)采用平板超滤膜供CO2气体，CO2供气装置(15)为盒式结构，按粗不锈钢网(22)、平板超滤膜(23)、粗不锈钢网(22)、固定框板(21)依次叠加的顺序组装制成膜组件，通过螺丝钉及粘合剂将该膜组件固定于长方形空盒(24)上。
3.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述CO2供气装置(15)采用中空纤维超滤膜(28)或者管式微孔曝气器；当供气膜组件为帘式膜时，中空纤维膜(28)材料为聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚醚砜中任一种，中空纤维膜(28)一浇铸端为开孔浇铸端(26)，另一端为封孔浇铸端(27)，浇铸树脂采用环氧树脂进行封端浇铸，再使用硅橡胶或聚氨酯等柔性树脂对中空纤维膜(28)根部进行二次浇注，开孔的一端连接CO2气管及控制阀(8)。
4.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述微藻异养区(2)和微藻光自养区(4)的有效容积之比为1∶1-1∶3。
5.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述放空管(10)位于底部回流区(12)。
6.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于出液区(9)为藻液出口区，与气液分离室(3)相连，从气液分离室(3)溢流过来的藻液从出液区(9)的出液管(5)排出。
7.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述空气扩散装置(13)采和穿孔管或曝气器。
8.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述取样观察孔(18)上方设有封板(20)，封板(20)通过螺钉固定于气液分离室3顶部。
9.根据权利要求1所述的污水处理碳减排气升环流微藻自养-异养耦合光生物反应器，其特征在于所述热交换管(9)采用蛇形热交换管。
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