本發明涉及污水處理和精細化工，具體為一種污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置及應用。
背景技術：
1、在水資源與能源有限的背景下，實現水循環利用和能量資源回收對于減少污染、實現健康發展、應對氣候變化及可持續發展至關重要。在污水處理領域，生物法相較于物理化學法，無需大量化學藥劑投加，運行成本更低，且能避免二次污染風險，尤其適用于低濃度至中高濃度有機廢水的深度處理。因具備成本經濟性、環境友好性及污染物降解徹底性等核心優勢，成為市政污水、工業有機廢水處理的主流技術路徑。
2、在生物脫氮等工藝中，碳源作為微生物生長代謝的關鍵營養物質，直接影響脫氮效率與系統穩定性。甲醇作為常用的外加有機碳源，具有顯著技術優勢：其一，甲醇碳氮比（c/n）適宜，可精準匹配反硝化菌的營養需求，脫氮效率高且反應速率快；其二，甲醇化學性質穩定，易溶于水，投加后無沉淀、無異味，不會對水體造成二次污染，且與葡萄糖等碳源相比，甲醇分子量小，微生物易吸收利用，可減少污泥產量；其三，甲醇來源廣泛、價格低廉，規模化應用時經濟性突出，尤其適用于市政污水等大規模處理場景。
3、然而，甲醇作為一種外加碳源，雖具有運行費用低和污泥產量小的優勢，但其在實際應用中存在明顯缺陷：甲醇具有揮發性和易燃性，儲存、運輸及投加過程中需采取防爆、通風等安全措施，增加了操作管理成本；甲醇作為碳源時，存在投加量控制要求嚴格的問題——投加不足會導致脫氮不完全，過量則會造成出水cod超標，增加后續處理負荷。
4、本發明所述的污水經甲醇作碳源處理得純水，大部分純水為可回用的高品質水，小部分純水二次處理后電解得氫與氧，氫與二氧化碳反應生成甲醇，甲醇作為碳源回用于污水處理，形成了一個面向上述需求的自循環式污水碳源再生的閉環系統。該系統旨在通過新材料新技術的開發應用和污染物循環利用，構建多目標精細化工新模式，實現污染物處理回用閉環，高效可持續發展，為工業廢水治理與碳資源循環提供系統性解決方案。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置及應用，以解決上述背景技術中提出的傳統污水處理高能耗、資源未循環、甲醇投加存在缺陷及技術孤立缺乏系統整合的問題。
2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置，包括如下部分：
3、污水處理單元，用于對污水進行曝氣生物濾池處理，其內部裝填有以鋼渣、鋁鹽化學污泥等廢棄物為主要原料制備的高性能微球濾料；
4、純水制備單元，與污水處理單元出水端連接，用于將處理后的污水進一步凈化產出純水；
5、電解水制氫單元，利用純水制備單元產出的純水進行電解，采用質子交換膜技術產生氫和純氧；該氫氣作為進入膜反應器co2加氫制甲醇單元的新鮮氫氣，與外部輸入的二氧化碳以及未反應的循環反應氣進行反應；
6、膜反應器co2加氫制甲醇單元，接收電解水制氫單元產生的氫以及外部輸入的二氧化碳以及未反應的循環反應氣，在銅基催化劑作用下合成甲醇；
7、甲醇投加單元，將制備的甲醇作為外加碳源，通過自動精確計算并投加至污水處理單元。
8、優選的，污水處理單元采用曝氣生物濾池工藝，微球濾料表觀密度為1.6-1.8g/cm3，堆積密度為0.85-0.95g/cm3，孔隙率≥42%，比表面積≥2×104cm2/g。
9、優選的，電解水制氫單元為質子交換膜電解槽，單位面積貴金屬載量小于0.3mg/cm2，制氫能耗小于100kw，氫氣純度≥99.9%，副產純氧用于污水處理單元的純氧曝氣。
10、優選的，膜反應器co2加氫制甲醇單元采用銅基催化劑，在反應溫度<220℃條件下，二氧化碳單程轉化率≥20%，甲醇選擇性≥95%，催化劑壽命>5000h。
11、優選的，純水制備單元為日產純水量144噸的純水裝置；甲醇投加單元配備20m3甲醇儲罐，可根據指令實現精確投加。
12、本發明還提供上述系統的一種應用，將其用于工業或市政污水處理，實現碳源的內部循環利用與二氧化碳的資源化消納。
13、與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
14、1、本發明提出了一種甲醇污水處理循環系統。通過構建自循環式污水碳源再生的閉環工藝鏈，實現了甲醇碳源的內循環與二氧化碳的資源化利用，能夠高效消納二氧化碳；配合純氧曝氣技術大幅提升氧氣利用率，并結合高性能微球濾料（孔隙率≥42%，比表面積≥2×104cm2/g）增強截污與掛膜能力，最終在保證水質達標基礎上，顯著節約系統能耗與藥耗，有效降低整體運行成本。
15、2、本發明采用清潔能源驅動的電解水制氫技術與低溫（<220℃）催化合成甲醇技術，替代傳統化石原料制甲醇工藝，實現了碳源的制備，減少了煤炭和天然氣的使用。
16、3、本發明通過集成化的工藝設計，構建了污水處理與資源回收的協同體系，建立了污水處理產業化推廣創新模式，并建設示范工程站點，能夠在不同規模污水處理場景下快速部署應用。該系統為污水處理廠的節能降耗與碳減排提供了系統解決方案，具有良好的經濟效益與環境效益。
1.一種污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置，其特征在于：包括如下部分：
2.根據權利要求1所述的污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置，其特征在于：所述污水處理單元（1）為曝氣生物濾池，其內部裝填的微球濾料以鋼渣、鋁鹽化學污泥、粉煤灰為原料制備，所述微球濾料的表觀密度為1.6-1.8g/cm3，堆積密度為0.85-0.95g/cm3，孔隙率≥42%，比表面積≥2×104cm2/g。
3.根據權利要求1所述的污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置，其特征在于：所述電解水制氫單元（3）為質子交換膜電解槽，其膜電極單位面積貴金屬載量小于0.3mg/cm2，20nm3/hpem制氫裝置能耗小于100kw，壽命達到50000h，氫氣純度≥99.9%，氧中氫<0.1%，且可作為原料原位輸送至膜反應器co2加氫制甲醇單元（4）。
4.根據權利要求1所述的污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置，其特征在于：所述膜反應器co2加氫制甲醇單元（4）采用銅基催化劑，在反應溫度低于220℃的條件下，二氧化碳單程轉化率>20%，甲醇選擇性>95%，催化劑壽命>5000h。
5.根據權利要求1所述的污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置，其特征在于：所述純水制備單元（2）為反滲透膜系統，產水率≥95%；所述甲醇投加單元（5）包含容量為20m3的甲醇儲罐及投加精度為±1%的計量泵。
6.一種如權利要求1-5任一項所述的污水處理中的甲醇原位制備和投加裝置的應用，其特征在于：該裝置應用于工業廢水或市政污水處理廠，實現碳源的內部循環利用與二氧化碳的資源化消納。