CN103274527B - 一种利用微藻处理有机污水的连续系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用微藻处理有机污水的连续系统，其特征是包括有机废水前处理池、曝气装置、有机悬浮物气浮分离装置、层式微藻光合反应器等11个部分。其中有机废水前处理池与曝气装置、有机悬浮物气浮分离装置连接；有机悬浮物气浮分离装置与前处理后有机废水储存池和微藻喷雾干燥房连接；前处理后有机废水储存池与混合池连接；混合池通过水泵与层式微藻光合反应器连接；层式微藻光合反应器与微藻絮凝池连接；微藻絮凝池与微藻连续收获装置连接；微藻连续收获装置与微藻喷雾干燥房；溶气式CO2加气装置与层式微藻光合反应器连接。本发明结构简单，易操作，能耗小，占地面积小，实现了有机污水生物连续净化与经济微藻低成本规模化养殖耦联增效目标。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及利用微藻的污水处理的方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，畜禽养殖业沼液、市政废水处理企业剩余活性污泥厌氧消化液、酿造废水、屠宰废水、淀粉废水排放量日渐增多。这些有机废水具有流量大、COD、氨氮、磷酸盐含量高等基本特征。采用传统的好气活性污泥处理技术或各种改良的好气活性污泥处理技术均存在固定设施投入成本高、运行能耗大、基本没有产出效益的特点，不能为企业主动接受。好气活性污泥处理技术及其改良技术的特征是向有机废水中大量补充空气，促进活性污泥中的好气性微生物、原生动物、后生动物将氨氮、有机物转化为N2、CO2挥发到大气中，但是相当大部分磷酸盐等营养元素仍残留水中。
微藻是具有光合作用本领的原生植物，微藻通过光合作用合成大量油脂、色素、蛋白、维生素，是开发生物质能源、饲（饵）料的原料；微藻生存繁殖能力极强，能够从废水中吸收各种无机营养和简单有机物。以有机废水作为廉价的培养基规模化养殖经济微藻、能源微藻是目前国内外研究的热点，在各个单项问题上都有研究报道，但是始终没有成熟适用技术面世，其有待突破的关键技术就是有机污水生物净化与经济微藻低成本规模化养殖耦联增效所需的产业化成套系统开发。
关于利用微藻处理有机污水的连续系统，目前公开的文献及专利还很少，例如公开号CN1201827A 微藻密闭培养的柔性管道系统，适应于经济微藻的人工合成培养基的常温密闭纯培养，仍无法解决高COD、高氨氮、高色值、大流量的有机废水的治理需求。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用微藻处理有机污水的连续系统。本发明适用于有机污水的大规模净化处理，实现净化水达标排放，所收获的微藻可以用于生物质能源、饲（饵）料开发。
本发明所述的一种利用微藻处理有机污水的连续系统，其特征是由有机废水前处理子系统（I）、光合反应子系统（II）、溶气式CO2加气子系统（III）、微藻连续收获子系统（IV）、水泵（7）、微藻喷雾干燥房（10）组成。
四个子系统之间的连接关系是：有机废水首先经过有机废水前处理子系统（I）处理，脱除有机物悬浮物、重金属成分后，接种微藻后通过水泵（7）送入光合反应子系统（II），作为微藻光合反应的培养基；所分离出的有机悬浮物被送入微藻喷雾干燥房（10），在那里用专用设备干燥后，包装供作园林观赏植物肥料；同时由溶气式CO2加气子系统（III）提供微藻光合反应所需的CO2气体；经过一个循环周期后，光合反应子系统（II）中富含藻细胞的出水的一部分被导入到微藻连续收获子系统（IV），所收获的微藻泥被送入微藻喷雾干燥房（10）烘干利用，有机废水同时得到深度的净化。与此同时光合反应子系统（II）中富含藻细胞的出水的剩余部分则在子系统（IV）的混合池（6）中作为微藻接种物接种新补充的经过有机废水前处理子系统（I）处理后的有机废水混合后，被水泵（7）重新泵送回光合反应子系统（II），开始新的循环。
所述的有机废水前处理子系统（I）包括有机废水前处理池（1）、曝气装置（2）、有机悬浮物气浮分离装置（3）、前处理后有机废水储存池（4）。由曝气装置（2）以溶气形式间歇性向有机废水进入有机废水前处理池（1）增氧，促进有机废水中有机悬浮物、重金属絮凝后，泵送进有机悬浮物气浮分离装置（3），分离出的有机悬浮物被送入微藻喷雾干燥房（10），在那里用专用设备干燥后，包装供作园林观赏植物肥料。由有机悬浮物气浮分离装置（3）排出的前处理净化沼液进入前处理后有机废水储存池（4），作为光合反应子系统（II）的微藻培养基。
所述的光合反应子系统（II）为层式微藻光合反应器（5）。
所述的溶气式CO2加气子系统（III）为溶气式CO2加气装置（11）。
所述的微藻连续收获子系统（IV）包括混合池（6）、微藻絮凝池（8）、微藻连续收获装置（9）。来自光合反应子系统（II）富含藻细胞的出水的部分分流到微藻絮凝池（8），在那里与絮凝剂混合并发生絮凝作用后，被抽送进微藻连续收获装置（9）。所收获的高含水率小球藻泥被输送到喷雾干燥机房（10）进行喷雾干燥处理。收获微藻后的从微藻连续收获装置（9）达标排放出净化水。来自光合反应子系统（II）富含藻细胞的出水的剩余部分分流到混合池（6）中，在那里与新进的经过有机废水前处理子系统（I）前处理的沼液混合后被水泵（7）泵回光合反应子系统（II）。
所述的水泵（7）为光合反应子系统（II）和微藻连续收获子系统（IV）之间的连接装置。
所述的微藻喷雾干燥房（10）则为有机废水前处理子系统（I）和微藻连续收获子系统（IV）共用的设施。
所述的有机废水前处理池（1），上层好气处理部分采用了菌藻共生挂膜浮球体系，配合溶气式间歇曝气供氧，为菌藻和谐共生创造良好微生态条件。在有机废水前处理池的最末端设有气浮机，通过添加絮凝剂的方法将残留在有机废水中的有机悬浮物、吸附在有机悬浮物上的重金属成分絮凝分离，提高有机废水的透光性，成为可以直接用于微藻养殖的沼液培养基。
所述的层式微藻光合生物反应器（5）是多个独立的单架并联组成，每个单架是根据仿生学原理采用刚性材料支架、透光性高强度材料胶结而成的多层跑道式，重力驱动的自流式结构的微藻光合反应器。根据预设有机污水的停留时间增减反应器的层次，一般为4-8层，层间距离40-60cm；跑道宽度60-100cm，长度1500cm-2000cm；根据材料的强度决定蓄水厚度在15-30cm。有机废水从进入层式微藻光合反应器（5）到流出层式微藻光合反应器（5）的停留时间可控制为6-36小时。根据待处理的有机污水量确定层式微藻光合反应器（5）的并联单架个数，可以从数组到数百组。经过有机废水前处理子系统（I）处理的有机废水与层式微藻光合反应反应器（5）中富含藻细胞的出水的循环回流部分在混合池（6）中混合，通过水泵加压后由管道输送并均匀分布到所有的并联单架的最上层，开始重力驱动的循环。层式微藻光合生物反应器（5）置于透光大棚的设施保护下。层式微藻光合生物反应器（5）首次启动需要接种微藻纯培养种子，并通过逐级加大沼液比例快速驯化。
所述的溶气式CO2加气装置（11）采用气体压缩的方式把沼气发电所产废气、或者发酵废气压缩到一个圆柱状容器的底部，在这里与所泵入的层式微藻光合反应子系统（II）的循环进水混合溶解，并最终以碳酸的形式被输送到微藻光合反应器的各个部位为微藻所利用。
所述的微藻连续收获子系统（IV）由混合池（6）、微藻絮凝池（8）、微藻连续收获装置（9）组成。来自光合反应子系统（II）中部分富含藻细胞的出水被送入微藻絮凝池（8），经过絮凝剂处理后，再送到微藻连续收获装置（9），所收获的高含水率藻泥被输送到喷雾干燥机房（10）进行喷雾干燥处理。经过喷雾干燥的藻粉防潮包装备用。
更具体地说，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种利用微藻处理有机污水的连续系统，其特征是由有机废水前处理池（1）、曝气装置（2）、有机悬浮物气浮分离装置（3）、前处理后有机废水储存池（4）、层式微藻光合反应器（5）、混合池（6）、水泵（7）、微藻絮凝池（8）、微藻连续收获装置（9）、微藻喷雾干燥房（10）、溶气式CO2加气装置（11）组成。其中有机废水前处理池（1）与曝气装置（2）、有机悬浮物气浮分离装置（3）连接；有机悬浮物气浮分离装置（3）与前处理后有机废水储存池（4）和微藻喷雾干燥房（10）连接；前处理后有机废水储存池（4）与混合池（6）连接；混合池（6）通过水泵（7）与层式微藻光合反应器（5）连接；层式微藻光合反应器（5）与微藻絮凝池（8）连接； 微藻絮凝池（8）与微藻连续收获装置（9）连接；微藻连续收获装置（9）与微藻喷雾干燥房（10）；溶气式CO2加气装置（11）与层式微藻光合反应器（5）连接。
由曝气装置（2）以溶气形式间歇性向有机废水前处理池（1）增氧，促进有机废水中有机悬浮物、重金属絮凝后，泵送进有机悬浮物气浮分离装置（3），分离出的有机悬浮物被送入微藻喷雾干燥房（10），在那里用专用设备干燥后，包装供作园林观赏植物肥料。由有机悬浮物气浮分离装置（3）排出的前处理净化后的沼液进入前处理后有机废水储存池（4），再送入混合池（6），在这里与来自层式微藻光合反应器（5）富含藻细胞的部分出水（作为微藻接种物）混合后通过水泵（7）送回层式微藻光合反应器（5），开始微藻光合作用循环。层式微藻光合反应器（5）富含藻细胞的另一部分出水，被送入微藻絮凝池（8），在那里被絮凝处理后再送入与微藻连续收获装置（9）中用气浮机收获的藻泥，藻泥再被送到微藻喷雾干燥房（10），干燥的微藻粉密封防潮备用。从微藻连续收获装置（9）可以直接向系统外排放净化水。溶气式CO2加气装置（11）压缩来自沼气发电废气或发酵工业废气中的CO2，向层式微藻光合反应器（5）以碳酸的形式持续补充微藻光合作用所需的CO2作为碳源。
本发明是一种利用微藻处理有机污水的连续系统，该有机废水前处理池具有实施有机废水深层厌氧处理和上层好气处理双重功效；层式微藻光合生物反应器具有结构简单、维护方便，易操作，节能降耗，占地面积小、土地和光能利用率高、微藻自动循环接种、生物质产出量高、沼液快速净化的优势。实现了连续性沼液处理，连续产出微藻和连续排放达标净化水的特点；溶气式CO2加气装置，对沼气发电废气、发酵工业废气的有效生物固碳，提高了微藻的生产效率，避免由于CO2消耗导致培养液的酸碱度波动；微藻连续收获装置采用化学絮凝和气浮分离结合模式，避免采用离心分离的高耗能。
本发明结构简单，易操作，能耗小，占地面积小，实现了有机污水生物连续净化与经济微藻低成本规模化养殖耦联增效目标。
附图说明
图1为本发明示意图。其中，1为有机废水前处理池；2为曝气装置；3为有机悬浮物气浮分离装置；4为前处理后有机废水储存池；5为层式微藻光合反应器；6为混合池；7为水泵；8为微藻絮凝池；9为微藻连续收获装置；10为微藻喷雾干燥房；11为溶气式CO2加气装置。
图2是图1所示示意图左边部分的放大图。其中I为有机废水前处理子系统；II为光合反应子系统；III为溶气式CO2加气子系统；IV为微藻连续收获子系统。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
1、某生猪存栏数5万头的养猪企业，每天排出沼液约200吨，经过初级沉降后流入沼液前处理池，该处理池由100个水泥池子串联构成，单个池子宽6m、长8m、深1.5m，有效容积约60m3，整个池子群总容积为6000m3。沼液从第一个池子进入到最后一个池子流出，停留时间约为30天。在每单个池子的上层50cm处安装溶气式间歇曝气供氧装置，配套隔离网箱；网箱内植入菌藻共生挂膜浮球，池子上安装遮荫挡雨棚架，允许20-30%散射光透过，为菌藻和谐共生创造良好微生态条件。菌藻共生挂膜浮球上固定有多种水生真菌、硝化细菌、藻类的共生混合群体。上述生物全部系沼液池生态系统中常见生物，没有特别要求。在串联池的最末端设有每小时处理量为8m3的溶气式气浮机，将残留在有机废水中的有机悬浮物、吸附在有机悬浮物上的重金属成分絮凝分离移除，提高有机废水的透光性，从气浮机出水口得到的预处理后的有机废水收集到一个大型的有机废水储存池中，成为可以直接用于微藻养殖的沼液培养基。
2、采用225组光合反应器单架并联组成本例的光合反应器，其单架的光合生物反应器是根据仿生学原理采用角钢支架、钢化无色玻璃胶结而成的多层跑道式自流式结构，反应器8层，层间距离40cm；跑道宽度70cm，长度2000cm，蓄水厚度在20cm，经预处理后的沼液从进入该光合反应器到流出该光合反应器，停留时间保持36小时。经过有机废水前处理子系统I处理的沼液（相当于出水总量的40%），与光合反应子系统II中富含藻细胞的出水的循环回流部分（占出水总量的60%）。在混合池中混合后，通过水泵加压后由管道输送并均匀分布到所有的并联单架的最上层，开始重力驱动的循环。层式微藻光合生物反应器置于透光大棚的设施保护下。层式微藻光合生物反应器首次启动需要接种小球藻纯培养种子，并通过逐级加大沼液比例快速驯化。本例所用小球藻(Chlorella Vulgaris) FACHB-7株系从位于武汉珞珈山东湖南路7号中科院水生生物研究所淡水藻种库直接购买。
3、采用溶气式CO2加气装置，以气体压缩的方式把沼气发电所产废气（以CO2和H2O蒸汽为主）压缩到一个高6米，直径40cm的不锈钢圆柱状容器的底部，在这里与所泵入的光合反应子系统II的循环进水混合溶解，并最终以碳酸的形式被输送到微藻光合反应器的各个部位为微藻所利用。
4、本例中所述的微藻连续收获装置由混合池6、微藻絮凝池8、微藻连续收获装置9组成。来自光合反应子系统II中部分富含藻细胞的出水（相当于光合反应子系统II出水总量的40%），被送入微藻絮凝池8，经过絮凝剂处理后，再送到微藻连续收获装置9，所收获的高含水率小球藻泥被输送到喷雾干燥机房10进行喷雾干燥处理。喷雾干燥机的处理能力为每小时1吨，设定物料进口温度160℃、物料出口温度75℃。经过喷雾干燥的小球藻粉防潮包装备用。收获微藻后的从微藻连续收获装置9达标排放出净化水。
Claims (1)
1.一种利用微藻处理有机污水的连续系统，其特征是由有机废水前处理池（1）、曝气装置（2）、有机悬浮物气浮分离装置（3）、前处理后有机废水储存池（4）、层式微藻光合反应器（5）、混合池（6）、水泵（7）、微藻絮凝池（8）、微藻连续收获装置（9）、微藻喷雾干燥房（10）、溶气式CO2加气装置（11）组成；其中有机废水前处理池（1）与曝气装置（2）、有机悬浮物气浮分离装置（3）连接；有机悬浮物气浮分离装置（3）与前处理后有机废水储存池（4）和微藻喷雾干燥房（10）连接；前处理后有机废水储存池（4）与混合池（6）连接；混合池（6）通过水泵（7）与层式微藻光合反应器（5）连接，同时层式微藻光合反应器（5）出口又反连接到混合池（6）；层式微藻光合反应器（5）与微藻絮凝池（8）连接； 微藻絮凝池（8）与微藻连续收获装置（9）连接；微藻连续收获装置（9）与微藻喷雾干燥房（10）连接；溶气式CO2加气装置（11）与层式微藻光合反应器（5）连接；
所述的层式微藻光合反应器（5）是多个独立的单架并联组成，每个单架是根据仿生学原理采用刚性材料支架、透光性高强度材料胶结而成的多层跑道式，重力驱动的自流式结构的微藻光合反应器。
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