CN103304032B - 一种利用微藻处理煤气化废水的系统和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用微藻处理煤气化废水的系统以及一种煤气化废水的处理方法，其中，该系统包括悬浮藻处理池装置(1)、固定化藻珠制备装置(2)、固定化藻珠处理装置(3)和鼓气装置(4)；悬浮藻处理池装置(1)包括处理池(11)和微藻收集装置(12)，微藻收集装置(12)与固定化藻珠制备装置(2)相连通；处理池(11)与固定化藻珠处理装置(3)相连通；固定化藻珠制备装置(2)与固定化藻珠处理装置(3)相连通；固定化藻珠处理装置(3)与处理池(11)的入口相连通，与外界相连通，且与鼓气装置(4)相连通。采用本发明提供的系统不仅能够利用煤气化废水培养藻类，还能够利用所述微藻对煤气化废水进行处理。

Description

一种利用微藻处理煤气化废水的系统和处理方法

技术领域

本发明涉及一种利用微藻处理煤气化废水的系统，以及一种煤气化废水的处理方法。

背景技术

我国是煤炭资源丰富的国家，为应对石油及天然气资源日益减少而带来的能源紧张局面，加紧煤炭的高效清洁利用，非常符合我国国情的需要。煤制天然气即是煤炭高效清洁利用的一种重要方式。国内外煤制天然气工业主要采用碎煤加压气化工艺，该工艺成熟，合成气中甲烷含量高，但煤气化产生的废水难以处理。该类废水含高浓度的酚、氨氮等有毒有害、难处理污染物，目前主要采取酚氨回收-生化法-深度处理的组合工艺进行处理。生化法应用普遍，但受上游酚氨回收工艺影响明显，运行波动较大，整体工艺流程长，达标排放难。深度处理环节主要采用物理化学法、高级氧化法等工艺，存在能耗、运行成本高等问题。因此，需要针对现有处理流程存在的问题及所述煤气化废水的水质特征，开发出新的煤气化废水的处理方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷而提供一种能够利用煤气化废水培养微藻，并利用所述微藻处理所述煤气化废水的系统，以及利用上述系统对煤气化废水进行处理的方法。

本发明提供了一种利用微藻处理煤气化废水的系统，其中，该系统包括悬浮藻处理池装置1、固定化藻珠制备装置2、固定化藻珠处理装置3和鼓气装置4；所述悬浮藻处理池装置1包括处理池11和与该处理池11底部连通的微藻收集装置12，所述微藻收集装置12通过收集阀门5与所述固定化藻珠制备装置2的入口相连通；所述处理池11的出口与所述固定化藻珠处理装置3的污水入口相连通；所述固定化藻珠制备装置2的出口与固定化藻珠处理装置3的微藻入口相连通；所述固定化藻珠处理装置3的污水出口通过回流管阀门6与处理池11的入口相连通，所述固定化藻珠处理装置3的污水出口通过排放管阀门7与外界相连通，且所述固定化藻珠处理装置3通过鼓气装置阀门8与鼓气装置4相连通。

本发明提供的利用微藻处理煤气化废水的系统包括微藻的培养、收集、固定化及快速处理废水等环节，其中，所述悬浮藻处理池装置1实现了对微藻的培养，一方面，能够利用悬浮微藻处理一部分煤气化废水，另一方面能够使微藻适应煤气化废水的营养环境并生长繁殖。通过微藻收集装置12将培养完成后的微藻进行收集、以高浓度状态进入固定化藻珠制备装置2中，并在所述固定化藻珠制备装置2中进行微藻的固定，得到固定化藻珠；所述固定化藻珠进入固定化藻珠处理装置3中，通过光合作用将煤气化废水中的碳元素、氮元素及磷元素等转化为糖类、蛋白质、油脂及其它有机物，从而实现了对污水的净化处理。简而言之，采用本发明提供的利用微藻处理煤气化废水的系统对所述煤气化废水进行处理，既起到了深度脱除煤气化废水中的氮、磷等元素从而达到了净化煤气化废水的目的，又实现了煤气化废水的资源化利用。同时，微藻净化废水的过程中吸收二氧化碳作为微藻生长所需的碳源，能够起到减排二氧化碳的作用。另外国内发展煤化工产业的区域多数都缺水，因此也解决了缺水地区开展微藻养殖的水资源问题。

优选地，所述处理池11内设置有搅拌器111和用于导流的多个滤料板112。进一步优选地，所述搅拌器111设置在所述处理池11的一端；所述多个滤料板112分别设置在所述处理池11的侧壁上以及中间位置，且设置在侧壁上的滤料板112与设置在中间位置的滤料板112交错排列。此时，所述搅拌器111的转动使得污水向处理池11的另一端定向流动，在滤料板112的阻挡下，污水以折线路线前进，在以此折线前进至所述悬浮藻处理池装置1的另一端后，污水开始反向回流，从而形成一个循环；当搅拌器111停止转动后，由于自身重力的作用，微藻将沉积于微藻收集装置12中，从而完成微藻的收集，实现高效率的藻液浓缩。

优选地，所述微藻收集装置12为多个，且多个微藻收集装置12分别位于对应于相邻的两个设置在侧壁上的滤料板112围成的区域的下方。

优选地，所述微藻收集装置12为漏斗形。

优选地，所述固定化藻珠处理装置3包括内筒和外筒，内筒和外筒之间具有空腔，且所述内筒的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过。进一步优选地，所述内筒的筒壁上的孔的直径为0.5-1.5毫米。经所述固定化藻珠处理装置3处理后的污水可以直接通过污水出口排出，而固定化藻珠则被内筒拦截，因此，能够实现微藻与处理后的水的分离、以及微藻的重复利用，极具工业应用前景。

优选地，所述固定化藻珠处理装置3由透光玻璃制成。

优选地，所述固定化藻珠处理装置3为多个并联的固定化藻珠处理池，所述固定化藻珠处理池的个数为2-5个。

优选地，所述固定化藻珠制备装置2包括设置在上部的混合器21和设置在下部的反应器23，以及贯穿上部混合器21和下部反应器23的搅拌轴22，所述搅拌轴22上设置有多个搅拌器，且所述搅拌器分别位于上部的混合器21和下部的反应器23中；所述上部混合器21的出口与下部反应器23的入口相连通；所述反应器23包括内筒25和外筒26，所述内筒25和外筒26之间具有空腔，且所述内筒25的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过；进一步优选地，所述内筒25的筒壁上的孔的孔直径为0.5-1.5毫米；更优选地，所述混合器21还包括设置在混合器21出口处的多个锥形滴管27，以及控制由锥形滴管27中流滴的液体速度的控速阀门24。采用优选的固定化藻珠制备装置2进行微藻的固定化处理时，当搅拌轴22转动时，可同时带动位于混合器21和位于反应器23内的搅拌器的搅拌作用，将位于所述混合器21中的藻液和包埋剂混合均匀，并将位于所述反应器23中的交联剂与从混合器21滴落的藻液和包埋剂混合均匀，可大大缩短反应时间。更为重要的是，所述反应器23包括内筒25和外筒26，且所述内筒25的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过，因此，当藻珠制备完成后，只需将内筒25取出，或者将外筒26抽出即可实现固定化藻珠与剩余的交联剂的分离，之后可以方便地直接将固定化藻珠或将装有固定化藻珠的内筒25置于污水处理反应器中即可实现污水的处理，极具工业化前景。

本发明还提供了一种煤气化废水的处理方法，其中，该方法包括采用上述利用微藻处理煤气化废水的系统对污水进行处理，该方法包括将微藻引入处理池11中进行培养，将经过培养的微藻通过微藻收集装置12收集并通过固定化藻珠制备装置2的入口引入固定化藻珠制备装置2中以制备固定化藻珠，将得到的固定化藻珠从固定化藻珠制备装置2的出口引出并通过固定化藻珠处理装置3的微藻入口引入所述固定化藻珠处理装置3中，将处理池11中的污水通过固定化藻珠处理装置3的污水入口引入所述固定化藻珠处理装置3中进行污水处理，并将经过处理后的污水通过回流管阀门6送回处理池11中、或者通过排放管阀门7排到外界。

优选地，在进行煤气化废水处理时，该方法还包括打开鼓气装置阀门8，通过鼓气装置4向固定化藻珠处理装置3中鼓入含二氧化碳的气体。

优选地，微藻引入处理池11的中进行培养的条件包括：光照强度为4000-10000lux，温度为20-35℃。

优选地，所述微藻为绿藻和/或蓝藻；所述绿藻选自镰形纤维藻、莱布新月藻、斜生栅藻、四尾栅藻和沙角衣藻中的一种或多种，所述蓝藻选自鱼腥藻、席藻和小单歧藻中的一种或多种。

优选地，所述煤气化废水的COD值为250mg/L以下，氨氮含量为15-100mg/L，重金属汞、镉、铬、砷、铅、镍的含量均为1.5mg/L以下。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的一种优选实施方式的利用微藻处理煤气化废水的系统的示意图；

图2为本发明提供的一种优选实施方式的悬浮藻处理池的俯视图；

图3为本发明提供的一种优选实施方式的固定化藻珠制备装置的示意图；

图4为本发明提供的所述固定化藻珠处理装置的反应原理图；

图5为采用实施例1的方法对煤气化废水进行处理所得的结果。

附图标记说明：

1-悬浮藻处理池装置；2-固定化藻珠制备装置；3-固定化藻珠处理装置；4-鼓气装置；5-收集阀门；6-回流管阀门；7-排放管阀门；8-鼓气装置阀门；11-处理池；12-微藻收集装置；111-搅拌器；112-滤料板；21-混合器；22-搅拌轴；23-反应器；24-控速阀门；25-固定化藻珠制备装置2的反应器23的内筒；26-固定化藻珠制备装置2的反应器23的外筒；27-锥形滴管；28-第一搅拌器；29-第二搅拌器；31-污水；32-固定化藻珠；33-二氧化碳。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明，如图1所示，所述利用微藻处理煤气化废水的系统包括悬浮藻处理池装置1、固定化藻珠制备装置2、固定化藻珠处理装置3和鼓气装置4；所述悬浮藻处理池装置1包括处理池11和与该处理池11底部连通的微藻收集装置12，所述微藻收集装置12通过收集阀门5与所述固定化藻珠制备装置2的入口相连通；所述处理池11的出口与所述固定化藻珠处理装置3的污水入口相连通；所述固定化藻珠制备装置2的出口与固定化藻珠处理装置3的微藻入口相连通；所述固定化藻珠处理装置3的污水出口通过回流管阀门6与处理池11的入口相连通，所述固定化藻珠处理装置3的污水出口通过排放管阀门7与外界相连通，且所述固定化藻珠处理装置3通过鼓气装置阀门8与鼓气装置4相连通。

微藻是指能够在水里以水体中的氨氮等化学成分为营养，通过光合作用固定二氧化碳生产有机物(包括能源物质)的微小生物。微藻是广泛分布在陆地、海洋中，光合利用度非常高的自养型植物，其能够将水中的氮、磷等元素通过光合作用合成出多糖、蛋白质、色素等，在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。而微藻固定化指的是将游离的微藻细胞固定或包埋在载体上，细胞处于相对静止状态，培养液具有相对流动状态的一种培养方式。例如，可以将微藻和包埋剂的混合物滴入交联剂中，通过包埋剂与交联剂之间的反应而实现对微藻的固定，得到固定化藻珠。对微藻进行固定化处理后，可以人工调节微藻细胞浓度至所需浓度，一般此浓度可以达到一个较高的数量级，比悬浮态微藻的数量级要高很多，因此，藻类固定化技术可以增加微藻细胞的相对浓度，达到一个相对较高的反应速度，以此来缩短污水处理的反应时间。此外，微藻固定化技术还具有运行稳定可靠、微生物流失少、不需分离、能提纯和保存高效菌株等优势。

根据本发明，在利用本发明的系统对煤气化废水进行处理时，可以直接将所述煤气化废水与微藻置于所述悬浮藻处理池装置1的处理池11中，以在一定条件下培养所述微藻，并处理一部分煤气化废水。为了提高所述悬浮藻处理池装置1的处理池11对所述煤气化的处理效果、并为微藻的生长和培养提供更为有利地环境，优选地，所述处理池11内设置有搅拌器111和用于导流的多个滤料板112；其中，所述搅拌器可以是各种能够起到搅拌作用的搅拌装置，优选为旋桨式搅拌器；而且，本发明对所述滤料板的材质和大小以及所述滤料板的设置方式没有特别限定，只要能够起到引导微藻藻体在处理池11内的流向作用即可，优选情况下，所述滤料板112为矿物滤料板，所述矿物滤料板是指由微孔软陶、活性污泥、石英砂、锰砂和纤维球中的一种或多种形成的滤料板；当所述滤料板为矿物滤料板时，不仅能够为微藻提供充足的养分，而且还能够延长藻液在所述处理池11中停留的时间，提高污水处理效率。更优选地，如图2所示，所述搅拌器111设置在所述处理池11的一端；所述多个滤料板112分别设置在所述处理池11的侧壁上以及中间位置，且设置在侧壁上的滤料板112与设置在中间位置的滤料板112交错排列。此时，开启所述搅拌器111时，处理池11中的藻液循环流动，能够与空气充分接触，使得空气中的二氧化碳溶于污水中，无需另设鼓气装置，因此，简化了装置。此外，为了更有利于处理池11中微藻的光合作用，优选情况下，所述处理池11是露天的、以接收光源。

根据本发明，所述微藻收集装置12与所述处理池11底部相连通，当所述处理池11中的搅拌器111停止转动时，培养完成的微藻因重力原因而沉降于所述微藻收集装置12中，得到浓缩、收集。但为了以更高的效率实现对已经完成培养的微藻的收集，优选情况下，所述微藻收集装置12为多个，且多个微藻收集装置12分别位于对应于相邻的两个设置在侧壁上的滤料板112围成的区域的下方；更优选地，所述微藻收集装置12为漏斗形，该上部较宽下部较窄的漏斗形微藻收集装置12更有利于将收集完成后的微藻输送至所述固定化藻珠制备装置2。

根据本发明，将经微藻收集装置12收集、浓缩后的微藻置于固定化藻珠制备装置2中，以将浓缩后的微藻制备成固定化藻珠。所述固定化藻珠制备装置2可以为现有的各种能够将微藻固定的固定化藻珠制备装置，例如，可以在固定化藻珠制备装置2中完成微藻、包埋剂与交联剂接触，通过包埋剂与交联剂的反应以将所述微藻固定。为了达到便于分离、易于工业化生产的目的，所述固定化藻珠制备装置2优选具有如图3所示的结构：所述固定化藻珠制备装置2包括设置在上部的混合器21和设置在下部的反应器23，以及贯穿上部混合器21和下部反应器23的搅拌轴22，所述搅拌轴22上设置有多个搅拌器，且所述搅拌器分别位于上部的混合器21和下部的反应器23中，例如，位于上部混合器21中的第一搅拌器28和位于下部反应器23内的第二搅拌器29，当所述搅拌轴22转动时，可同时带动位于上部混合器21中的第一搅拌器28和位于下部反应器23内的第二搅拌器29的搅拌作用，将位于所述混合器21中的藻液和包埋剂混合均匀，并将位于所述反应器23中的交联剂与从混合器21滴落的藻液和包埋剂混合均匀，可大大缩短反应时间。所述搅拌器可以为各种能够起到搅拌作用的搅拌装置，优选为旋桨式搅拌器。其中，所述上部混合器21的出口与下部反应器23的入口相连通；所述反应器23包括内筒25和外筒26，且所述内筒25的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过，并可以根据固定化处理后固定化藻珠的大小适当选择；优选地，所述孔直径为0.5-1.5毫米，进一步优选地，所述孔直径为0.5-1毫米。

本发明对所述包埋剂和分离剂的种类没有特别地限制，只要能够将微藻固定即可，例如，所述包埋剂可以是浓度为6重量％的海藻酸钠溶液，所述交联剂可以是浓度为2重量％的氯化钙溶液。

在采用所述优选的固定化藻珠制备装置2进行微藻的固定化时，可以将微藻与包埋剂置于混合器21中，将交联剂置于反应器23中，在搅拌器的搅拌下实现微藻与包埋剂的混合。混合均匀后的微藻与包埋剂通过所述混合器21的出口引入反应器23中。优选地，所述混合器1还包括设置在混合器21出口处的多个锥形滴管27，以及控制由锥形滴管27中流滴的液体速度的控速阀门24，从而更有利于通过控速阀门24控制从与上部混合器连通的锥形滴管27中流出的微藻与包埋剂的混合物的滴落速率，实现对与下部反应器中的交联剂混合得到的固定化藻珠中微藻的数量与分布进行有效控制的目的。更优选地，所述多个锥形滴管27成环形均匀分布，由于成环形均匀分布的锥形滴管27能够将微藻和包埋剂的混合物均匀滴落进入反应器中，因此，能够得到微藻分布更为均匀的固定化藻珠。

本发明对所述混合器21的形状、材质和容积没有特别限定，可以为各种形状，并可以根据需要采用适当的材质设计并制成合适的容积大小，优选情况下，所述混合器21为漏斗形，所述漏斗形的混合器21的形状为上部较宽下部较窄的形状，如此得到的混合器21更有利于将微藻与包埋剂的混合物滴入下部的反应器23中。

根据本发明，所述混合器21可以是密闭的，也可以是敞口的。在进行微藻的固定化处理时，微藻与包埋剂的混合物具有较大的粘度，在滴落进入下部的反应器23的过程中，极有可能堵塞所述混合器21的出口，因此，优选情况下，所述混合器21是密闭的，且所述装置还包括与混合器21的连通的加压泵。当所述加压泵开启时，能够增大混合器21中的液压，从而顺利地将微藻与包埋剂的混合物压入下部的反应器23中。

本发明对所述反应器23的形状、材质和容积没有特别限定，可以为各种形状，并可以根据需要采用适当的材质设计并制成合适的容积大小，优选情况下，所述反应器23为圆柱形，所述圆柱形的反应器23不仅容易与上部的混合器21紧密配合，还有利于固定在水平位置上。

相应地，本发明对所述搅拌器的叶片形状没有特别地限制，可以为现有的各种形状，但是由于混合器21优选为漏斗形，而反应器23优选为圆柱形，因此，相应地，优选情况下，位于所述混合器21中的第一搅拌器28的叶片为三角形，位于所述反应器23中的第二搅拌器29的叶片为长方形。

根据本发明，将从所述固定化藻珠制备装置2得到的固定化藻珠置于所述固定化藻珠处理装置3，并将所述悬浮藻处理池装置1中的煤气化废水引入所述固定化藻珠处理装置3中，同时，开启所述鼓气装置阀门8以向所述固定化藻珠处理装置3通入含二氧化碳的气体，一方面，鼓入的含二氧化碳的气体能够防止所述固定化藻珠下沉，使其均匀分布在固定化藻珠处理装置3中，从而与煤气化废水充分接触；另一方面，所述二氧化碳还能够为微藻的光合作用提供原料，从而将煤气化废水中的氮、磷等物质转化为有机物、完成对所述煤气化废水的处理。需要说明的是，所述含二氧化碳的气体可以为纯的二氧化碳，也可以为二氧化碳与其他气体(例如空气)的混合气体；优选情况下，所述含二氧化碳的气体为二氧化碳与空气的混合气体，且以所述含二氧化碳的气体的总体积为基准，所述二氧化碳的含量为1-10体积％，优选为2-5体积％。将所述固定化藻珠置于所述固定化藻珠处理装置3的方式为本领域技术人员所公知，例如，可以采用管道输送，或者在采用优选的固定化藻珠制备装置2时，可以将固定化藻珠制备装置2的内筒25直接放置在所述固定化藻珠处理装置3中进行煤气化废水处理。

根据本发明，为了简化装置、并对固定化藻珠进行重复利用，优选情况下，所述固定化藻珠处理装置3包括内筒和外筒，且所述内筒的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过，即藻珠保留在内筒中，污水可以通过孔透过内筒进入外筒，并通过出口流出；优选地，所述孔直径为0.5-1.5毫米；更优选地，所述孔直径为0.5-1毫米。由于内筒具有不允许固定化藻珠通过的孔，在煤气化废水处理完成后，处理水通过孔流出，而固定化藻珠则被拦截留，即在固定化藻珠处理装置3中既完成了煤气化废水的处理、又完成了处理水与藻珠的分离。

根据本发明，为了利于微藻利用光合作用进行生长，优选情况下，所述固定化藻珠处理装置3优选为由透光玻璃制成；更优选地，所述固定化藻珠处理装置3为多个并联的固定化藻珠处理池，所述固定化藻珠处理池的个数为2-5个，从而以更高的效率实现对污水的处理。

本发明提供的煤气化废水的处理方法包括采用上述利用微藻处理煤气化废水的系统对污水进行处理，该方法包括将微藻引入处理池11中进行培养，将经过培养的微藻通过微藻收集装置12收集并通过固定化藻珠制备装置2的入口引入固定化藻珠制备装置2中以制备固定化藻珠，将得到的固定化藻珠从固定化藻珠制备装置2的出口引出并通过固定化藻珠处理装置3的微藻入口引入所述固定化藻珠处理装置3中，将处理池11中的污水通过固定化藻珠处理装置3的污水入口引入所述固定化藻珠处理装置3中进行污水处理，并将经过处理后的污水通过回流管阀门6送回处理池11中、或者通过排放管阀门7排到外界。

根据本发明，所述微藻是指能够在水里以水体中的氨氮等化学成分为营养，通过光合作用固定二氧化碳生产有机物(包括能源物质)的微小生物。所述微藻可以为各种微藻，只要能够利用煤气化废水中的氨氮、磷等物质满足微藻自身的代谢即可。例如，所述微藻可以为绿藻和/或蓝藻；所述绿藻选自镰形纤维藻、莱布新月藻、斜生栅藻、四尾栅藻和沙角衣藻中的一种或多种，所述蓝藻选自鱼腥藻、席藻和小单歧藻中的一种或多种。

根据本发明，为了使微藻的细胞浓度达到一定要求并能够使微藻达到对煤气化废水中的氨氮、磷等物质的稳定代谢能力，在将微藻送入固定化藻珠制备装置2以制备固定化藻珠之前，先通过处理池11对微藻进行培养。即，将来自煤气化废水源的污水送入处理池11中与微藻混合培养。

根据本发明，培养微藻的方法可以采用本领域常规的各种方法，在本发明中采用的是自养的方法，即，使微藻利用煤气化废水中的氨氮等化学成分为营养，通过光合作用固定二氧化碳生产有机物，同时使其对所述煤气化废水的代谢能力稳定。具体来说，将一定量的微藻(例如达到10³-10⁴个/毫升的浓度)接种至所述煤气化废水中，通过培养而使微藻的浓度达到一定要求，例如达到10⁶-10⁷个/毫升的浓度。所述培养的温度一般可以为常温，例如，10-40℃，优选为20-35℃。此外，优选情况下，为了更加利于微藻的生长繁殖，所述污水的pH值一般为6-9，优选为6.5-8。

根据本发明，所述微藻细胞的浓度的测定方法可以采用本领域技术人员公知的方法进行测定。例如：利用血球计数板或分光光度计监测所述微藻的细胞的浓度。

根据本发明的一种具体实施方式，可以在培养的过程中定时测定培养体系中的微藻细胞浓度，取样的时间可以但不仅限于每6小时、每12小时、每24小时、每48小时等，考虑到微藻的生长特性，优选可以选取每12小时测定一次的方法，每次3组平行样，取平均值作为测量数据，培养过程中微藻细胞浓度通过血球计数板或分光光度计测定光密度值(OD₆₅₀)来估算。

根据本发明，在将处理池11中进行培养之前，通常需要先对微藻进行驯化培养，通过驯化培养后能够使微藻达到对煤气化废水中的氨氮等污染物的稳定代谢能力，以利用该经过驯化培养后的且对煤气化废水中的氨氮等物质代谢能力较强的微藻进行后续的废水处理以满足后续废水处理的要求，本发明对所述微藻的驯化培养方法没有特别限定，可以采用本领域技术人员公知的方法进行驯化培养，例如多级驯化培养的方法。

例如，经驯化培养后的镰形纤维藻、莱布新月藻、四尾栅藻、斜生栅藻和沙角衣藻对所述煤气化废水中的氨氮去除率可以达到95％以上(采用中华人民共和国国家环境保护标准HJ 535-2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》测定煤气化废水中的氨氮含量)。

根据本发明，为了进一步提高微藻的产量，优选情况下，本发明的方法还包括将来自补充营养液源的营养液送入处理池11中，以提供微藻直接利用的营养物质。

需要说明的是，是否补充营养液应该视微藻的生长状况而定，例如，当微藻在煤气化废水中能够进行良好生长时，则表明所述微藻仅通过光合作用便能够足以维持自身的生长，不需要额外补充营养液；当微藻在污水中生长缓慢或生长不良时，则表明所述微藻仅通过光合作用不足以维持自身的生长，需要补充适量的营养液，且本领域技术人员可以适情况确定所述营养液的补充量。

根据本发明，为了进一步促进微藻的生长、提高其对煤气化废水的处理能力，优选情况下，本发明的煤气化废水的处理方法还包括向所述处理池11提供一定的光照强度，以促进微藻进行光合作用，例如，所述光照强度可以为4000-10000lux。

根据本发明，优选情况下，在进行煤气化废水处理时，该方法还包括打开鼓气装置阀门8，通过鼓气装置4向固定化藻珠处理装置3中鼓入含二氧化碳的气体，一方面，能够促进微藻的光合作用；另一方面，使得所述固定化藻珠能够均匀分布在固定化藻珠处理装置3中，增大与煤气化废水的接触面积、提高对煤气化废水处理的能力。本发明对鼓入的含二氧化碳的气体的量没有特别地限定，只要能够使得固定化藻珠进行光合作用并在煤气化废水中的分布较为均匀即可，例如，鼓入的含二氧化碳的气体的量可以为30-100升/分钟，优选为60-80升/分钟；以所述含二氧化碳的气体的总体积为基准，所述二氧化碳的含量为1-10体积％，优选为2-5体积％。

根据本发明，优选情况下，待处理的煤气化废水的COD值为250mg/L以下，氨氮含量为15-100mg/L，重金属汞、镉、铬、砷、铅、镍的含量均为1.5mg/L以下；更优选情况下，待处理的煤气化废水的COD值为200mg/L以下，氨氮含量为25-75mg/L，重金属汞、镉、铬、砷、铅、镍的含量均为1mg/L以下，以使其水质条件进一步满足微藻深度处理的要求。所述待处理的煤气化废水可以为采用本领域技术人员公知的生化工艺处理后的满足上述水质要求的煤气化废水。

下面结合附图，对采用本发明的系统利用微藻对煤气化废水进行处理的方法进行进一步详细描述，如图1所示，所述利用微藻处理煤气化废水的系统包括悬浮藻处理池装置1、固定化藻珠制备装置2、固定化藻珠处理装置3和鼓气装置4；所述悬浮藻处理池装置1包括处理池11和与该处理池11底部连通的微藻收集装置12，所述微藻收集装置12通过收集阀门5与所述固定化藻珠制备装置2的入口相连通；所述处理池11的出口与所述固定化藻珠处理装置3的污水入口相连通；所述固定化藻珠制备装置2的出口与固定化藻珠处理装置3的微藻入口相连通；所述固定化藻珠处理装置3的污水出口通过回流管阀门6与处理池11的入口相连通，所述固定化藻珠处理装置3的污水出口通过排放管阀门7与外界相连通，且所述固定化藻珠处理装置3通过鼓气装置阀门8与鼓气装置4相连通。

其中，如图2所示，所述处理池11内设置有搅拌器111和多个滤料板112，且所述搅拌器111设置在所述处理池11的一端；所述多个滤料板112分别设置在所述处理池11的侧壁上以及中间位置，且设置在侧壁上的滤料板112与设置在中间位置的滤料板112交错排列；所述微藻收集装置12为多个漏斗形的微藻收集装置12，且多个微藻收集装置12分别位于对应于相邻的两个设置在侧壁上的滤料板112围成的区域的下方。如图3所示，所述固定化藻珠制备装置2包括设置在上部的漏斗形的混合器21和设置在下部的圆柱形的反应器23，以及贯穿上部混合器21和下部反应器23的搅拌轴22，所述搅拌轴22上设置有多个搅拌器，且所述搅拌器分别位于上部的混合器21和下部的反应器23中；上部混合器21的出口与下部反应器23的入口相连通；所述反应器23包括内筒25和外筒26，且所述内筒25的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过。

将微藻与煤气化废水置于悬浮藻处理池装置1的处理池11中，并开启所述处理池11中的搅拌器111，煤气化废水在处理池1中循环流动，对微藻进行培养，同时也可处理部分煤气化废水；待微藻培养完成后，关闭搅拌器111，由于自身重力的存在，微藻将沉降于微藻收集装置12中，得到浓缩化的微藻；打开收集阀门5，将浓缩化的微藻引入固定化藻珠制备装置2的混合器21中，并将包埋剂加入所述混合器21中，将交联剂加入所述反应器23中；开启搅拌，所述搅拌轴22上的两个搅拌器(位于上部混合器21中的第一搅拌器27和位于下部反应器23中的第二搅拌器28)同时转动，将上部混合器21中的微藻与包埋剂混合均匀；打开控速阀门24，将经混合后的微藻与包埋剂的混合物缓慢滴入反应器23中，滴加速率可以通过控速阀门24得以控制；通过下部反应器23中的第二搅拌器28的搅拌作用，使所述微藻和包埋剂的混合物与交联剂在所述反应器23中均匀混合并反应，将微藻固定化，得到固定化藻珠与剩余交联剂的混合物。随后，可以将所述反应器23的内筒25缓慢取出，剩余交联剂通过内筒25的筒壁上的孔流出，而固定化藻珠则被留在内筒25中，从而实现了固定化藻珠与剩余交联剂的分离，完成固定化藻珠的制备；或者也可以直接将外筒26抽出，以实现分离。将所述固定化藻珠通过微藻入口引入固定化藻珠处理装置3中(可以通过管道将固定化藻珠输送至固定化藻珠处理装置3中，或者将内筒25直接取出置于固定化藻珠处理装置3中)，并将悬浮藻处理池装置1的处理池11中的煤气化废水也引入固定化藻珠处理装置3中，同时，打开鼓气装置阀门8，以向所述固定化藻珠处理装置3提供二氧化碳，鼓入的含二氧化碳的气体有利于促进固定化藻珠的光合作用并使得所述固定化藻珠均匀分布在固定化藻珠处理装置3中，在固定化藻珠的光合作用下，完成对煤气化废水的处理。当处理完成后，关闭鼓气装置阀门8、并开启回流管阀门6或排放管阀门7，固定化藻珠将被固定化藻珠处理装置3的内筒拦截而留在所述固定化藻珠处理装置3中，而处理后的水将被重新引入处理池11中或排入外界。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。

下述实施例中微藻培养用营养液的制备：

按每升营养液含174.9mg MgSO₄·7H₂O、30.5mg KH₂PO₄、27.18mgCaCl₂、20mg Na₂CO₃、8.9mg C₆H₅O₇Na₃·2H₂O、6mg柠檬酸铁铵、1.04mgNa₂·EDTA、2.86mg硼酸、0.222mg ZnSO₄·7H₂O、0.079mg CuSO₄·5H₂O、1.81mg MnCl₂·4H₂O、0.39mg Na₂MoO₄和0.049mg Co(NO₃)₂·6H₂O的用量配制营养液；调节pH值至7.0，获得营养液。

在下述实施例中，所用的镰形纤维藻(Ankistrodesmus falcatus)、莱布新月藻(Closterium leibleinii)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricanda)和沙角衣藻(Chlamydomonas sajiao Lewin)均为绿藻，且均从四川宜宾富营养化池塘分离得到；所用的小单歧藻(Tolypothrix tenuis)为蓝藻，购自中国科学院武汉水生生物研究所淡水藻种库。

在下述实施例中，根据GB 11914-89中的化学需氧量测定方法测定煤气化废水的COD值；根据GB8978-1996测定煤气化废水中重金属汞、镉、铬、砷、铅、镍的含量；根据中华人民共和国国家环境保护标准HJ 535-2009规定的方法测定煤气化废水中氨氮的含量，其中，氨氮去除率＝[(煤气化废水处理前的氨氮含量-微藻处理后煤气化废水的氨氮含量)/煤气化废水处理前的氨氮含量]×100％。

在下述实例中，在利用微藻处理煤气化废水前，将微藻经过一系列不同浓度的煤气化废水的适应驯化，其驯化步骤是：先分别用上述微藻培养用营养液与煤气化废水按下述用量的体积比配置微藻驯化培养液：一级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为9∶1)；二级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为8∶2)；三级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为7∶3)；四级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为6∶4)；五级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为5∶5)(又称为50％煤气化废水)；六级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为4∶6)；七级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为3∶7)；八级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为2∶8)；九级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为1∶9)；十级驯化培养液(补充营养液与煤气化废水的体积比为0∶10)(又称为100％煤气化废水)。

先将微藻在上述微藻培养用营养液中进行培养，光照强度为10000lux、温度30℃，藻种接种量达到每毫升营养液含藻细胞数目为10³-10⁴个的数量级，当藻细胞数目达到10⁶-10⁷个的数量级时，通过离心分离收集浓缩的微藻，并接种到一级驯化培养液中，接种的藻液浓度达到每毫升培养液含藻细胞数目为10³-10⁴个的数量级，经过3-7天培养后，当藻细胞数目达到10⁶-10⁷个的数量级时，收集藻种转入下一级驯化培养液进行培养，以此类推直到十级驯化培养液。如果藻种在驯化液中生长良好也可以越级驯化。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的利用微藻处理煤气化废水的系统和方法。

该实施例中，采用如图2所示的固定化藻珠制备装置2制备固定化藻珠，并采用如图1所述的利用微藻处理煤气化废水的系统对煤气化废水进行处理，具体步骤如下：

将经过上述驯化培养的微藻与煤气化废水置于悬浮藻处理池装置1的处理池11中，并向处理池11中的煤气化废水中加入营养液(其中，营养液的加入量使得其浓度为10重量％，藻种接种量为每毫升培养液含藻细胞数目为10³-10⁴个的数量级)，开启所述处理池11中的搅拌器111，煤气化废水在处理池1中循环流动，同时使空气中的二氧化碳不断溶入污水中，对微藻进行培养条件包括：光照强度为10000lux、温度30℃；待每毫升煤气化废水中微藻细胞数目达到10⁶-10⁷个的数量级时，关闭搅拌器111，由于自身重力的存在，微藻将沉降于微藻收集装置12中，得到浓缩化的微藻；打开收集阀门5，将浓缩后的微藻引入固定化藻珠制备装置2的混合器21中，并将包埋剂(浓度为6重量％的海藻酸钠溶液)加入所述混合器21中，将交联剂(浓度为2重量％的氯化钙溶液)加入所述反应器23中；开启搅拌，所述搅拌轴22上的两个搅拌器(位于上部混合器21中的第一搅拌器27和位于下部反应器23中的第二搅拌器28)同时转动，将上部混合器21中的微藻与包埋剂混合均匀；打开控速阀门24，将经混合后的微藻与包埋剂的混合物缓慢滴入反应器23中，滴加速率可以通过控速阀门24得以控制；通过下部反应器23中的第二搅拌器28的搅拌作用，使所述微藻和包埋剂的混合物与交联剂在所述反应器23中均匀混合并反应，将微藻固定化，得到固定化藻珠与剩余交联剂的混合物。随后，可以将所述反应器23的内筒25缓慢取出，剩余交联剂通过内筒25的筒壁上的孔流出，而固定化藻珠则被留在内筒25中，从而实现了固定化藻珠与剩余交联剂的分离，完成固定化藻珠的制备。将反应器23的内筒25置于固定化藻珠处理装置3中，并将悬浮藻处理池装置1的处理池11中的煤气化废水也引入固定化藻珠处理装置3中，同时，打开鼓气装置阀门8，以向所述固定化藻珠处理装置3提供含二氧化碳的气体(二氧化碳与空气的混合气体，其中，以所述含二氧化碳的气体的总体积为基准，二氧化碳的含量为5体积％)，鼓入量为70升/分钟，在固定化藻珠的光合作用下实现对煤气化废水的处理。

连续追踪培养后的微藻在固定化藻珠处理装置3中对煤气化废水中氨氮的去除情况，在此过程中，每天使用相同的固定化藻珠对不同批次的煤气化废水进行处理，其中，每天处理的煤气化废水的COD值、氨氮含量、重金属含量以及pH值如表1所示。所得的结果如图5所示。

从图5的结果可以看出，固定化的镰形纤维藻、莱布新月藻以及四尾栅藻均能从第1天至第7天保持对每一批次的煤气化废水中的氨氮的100％去除，固定化的斜生栅藻、沙角衣藻和小单歧藻在7天内也可以达到较高的氨氮去除率。

表1

Claims (16)

1.一种利用微藻处理煤气化废水的系统，其特征在于，该系统包括悬浮藻处理池装置（1）、固定化藻珠制备装置（2）、固定化藻珠处理装置（3）和鼓气装置（4）；所述悬浮藻处理池装置（1）包括处理池（11）和与该处理池（11）底部连通的微藻收集装置（12），所述微藻收集装置（12）通过收集阀门（5）与所述固定化藻珠制备装置（2）的入口相连通；所述处理池（11）的出口与所述固定化藻珠处理装置（3）的污水入口相连通；所述固定化藻珠制备装置（2）的出口与固定化藻珠处理装置（3）的微藻入口相连通；所述固定化藻珠处理装置（3）的污水出口通过回流管阀门（6）与处理池（11）的入口相连通，所述固定化藻珠处理装置（3）的污水出口通过排放管阀门（7）与外界相连通，且所述固定化藻珠处理装置（3）通过鼓气装置阀门（8）与鼓气装置（4）相连通；所述处理池（11）内设置有搅拌器（111）和用于导流的多个滤料板（112）。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述搅拌器（111）设置在所述处理池（11）的一端；所述多个滤料板（112）分别设置在所述处理池（11）的侧壁上以及中间位置，且设置在侧壁上的滤料板（112）与设置在中间位置的滤料板（112）交错排列。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述微藻收集装置（12）为多个，且多个微藻收集装置（12）分别位于对应于相邻的两个设置在侧壁上的滤料板（112）围成的区域的下方。

4.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述微藻收集装置（12）为漏斗形。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定化藻珠处理装置（3）包括内筒和外筒，内筒和外筒之间具有空腔，且所述内筒的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述内筒的筒壁上的孔的直径为0.5-1.5毫米。

7.根据权利要求1、5或6所述的系统，其特征在于，所述固定化藻珠处理装置（3）由透光玻璃制成。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述固定化藻珠处理装置（3）为多个并联的固定化藻珠处理池，所述固定化藻珠处理池的个数为2-5个。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定化藻珠制备装置（2）包括设置在上部的混合器（21）和设置在下部的反应器（23），以及贯穿上部混合器（21）和下部反应器（23）的搅拌轴（22），所述搅拌轴（22）上设置有多个搅拌器，且所述搅拌器分别位于上部的混合器（21）和下部的反应器（23）中；所述上部混合器（21）的出口与下部反应器（23）的入口相连通；所述反应器（23）包括内筒（25）和外筒（26），所述内筒（25）和外筒（26）之间具有空腔，且所述内筒（25）的筒壁上具有孔，所述孔直径的大小不允许固定化藻珠通过。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述内筒（25）的筒壁上的孔的直径为0.5-1.5毫米。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述混合器（21）还包括设置在混合器（21）出口处的多个锥形滴管（27），以及控制由锥形滴管（27）中流滴的液体速度的控速阀门（24）。

12.一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，该方法包括采用权利要求1所述的利用微藻处理煤气化废水的系统对污水进行处理，该方法包括将微藻引入处理池（11）中进行培养，将经过培养的微藻通过微藻收集装置（12）收集并通过固定化藻珠制备装置（2）的入口引入固定化藻珠制备装置（2）中以制备固定化藻珠，将得到的固定化藻珠从固定化藻珠制备装置（2）的出口引出并通过固定化藻珠处理装置（3）的微藻入口引入所述固定化藻珠处理装置（3）中，将处理池（11）中的污水通过固定化藻珠处理装置（3）的污水入口引入所述固定化藻珠处理装置（3）中进行污水处理，并将经过处理后的污水通过回流管阀门（6）送回处理池（11）中、或者通过排放管阀门（7）排到外界。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在进行污水处理时，该方法还包括打开鼓气装置阀门（8），通过鼓气装置（4）向固定化藻珠处理装置（3）中鼓入含二氧化碳的气体。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，将微藻引入处理池（11）的中进行培养的条件包括：光照强度为4000-10000lux，温度为20-35℃。

15.根据权利要求12-14中的任意一项所述的方法，其中，所述微藻为绿藻和/或蓝藻；所述绿藻选自镰形纤维藻、莱布新月藻、斜生栅藻、四尾栅藻和沙角衣藻中的一种或多种，所述蓝藻选自鱼腥藻、席藻和小单歧藻中的一种或多种。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述煤气化废水的COD值为250mg/L以下，氨氮含量为15-100mg/L，重金属汞、镉、铬、砷、铅、镍的含量均为1.5mg/L以下。