CN103981081A - 一种用于废水深度处理的微藻光生物反应器 - Google Patents

一种用于废水深度处理的微藻光生物反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于废水深度处理的微藻光生物反应器，它包括有透明光照平面蜿蜒管（3）、集液槽（1）和循环泵（2），透明光照平面蜿蜒管（3）的进水端通过管道连接循环泵（2）出水口，循环泵（2）进水口通过管道连接集液槽（1）藻液出口，透明光照平面蜿蜒管（3）的出水端通过管道连接热交换装置（4）、集液槽（1）藻液入口，构成一个封闭的循环回路。本发明的优点是：对污水中氮、磷的去除效率有所提高，特别是对磷酸盐的去除率有显著提高。

Description

一种用于废水深度处理的微藻光生物反应器
技术领域
本发明涉及环境保护技术，具体涉及一种用于深度处理污水中氮、磷及有机物的光生物反应器。
背景技术
我国在发展进程中各地湖泊水体都出现了不同程的富营养化现象。引起富营养化的营养元素有碳、磷、氮、钾、铁等，其中，氮和磷是引起藻类大量繁殖的主要因素。如果要控制富营养化，必须限制氮、磷的排放。国外一些污水处理厂对氮和磷的排放标准分别设定为15mg/L和0.5mg/L。
目前，我国广泛采用的污水处理工艺对污水中同时存在的氮和磷等营养物只有20%-40%的去除率，如要进一步去除氮、磷等污染物则需更大的投入及更高的运行费用，对中小城市难以维持。藻类繁殖速度快，营养元素需求量大，可利用该生物特性来去除氮和磷。
当前，微藻对污水的净化处理技术还仍然处于研究阶段。在废水的藻类生物处理工艺中，应用最广泛的是高效藻类塘。近来，管式光生物反应器去除营养元素的系统发展迅速。
中国专利文献CN201027184Y于2008年2月27日公开了一种“三相流态化藻类光生物反应器”， 它包括一个反应筒体，以及设置在筒体内的光照装置，所述的筒体为内外两层的双筒体结构，光照装置设置在内筒体内部，内、外筒体之间形成反应区；反应筒体的底部设置有进气口，外筒体的底部设置有进水口，上部为一个扩大区，扩大区外设置有集水槽，集水槽的一端连接藻体收集罐，另一端设置出水口。该专利具有传质效率高、易实现大规模处理和连续操作等特点，更好实现废水、藻体、空气充分接触，提高了氮、磷的去除率，其中氮的去除率达到88.6—92.3%，磷的去除率达到59.8—67.5%.但是，该专利在水处理中氮、磷的去除率仍然较低。专利CN 103436431 A公开了一种封闭式光生物反应器藻细胞无损输送系统，它强调了利用耐压罐产生空气压力将低位缓冲槽传输到光照反应器上方的高位储液槽，微藻在该过程中机械损伤程度较小，但关于光照反应器的原理及运行方法并未说明。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于废水深度处理的微藻光生物反应器，它能提高水处理中氮和磷的去除率；适用于中小城镇污水中氮、磷深度处理。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有透明光照平面蜿蜒管、集液槽、脱气装置和循环泵，透明光照平面蜿蜒管的进水端通过管道连接循环泵出水口，循环泵进水口通过管道连接集液槽出水口，透明光照平面蜿蜒管的出水端通过管道连接集液槽进水口，构成一个封闭的循环回路。
本发明的工作过程是：将接种好的培养液和污水注入集液槽内，开启电源，启动循环泵，调节藻液流速至要求的流量，藻液通过循环泵被输送到透明光照平面蜿蜒管的光照区，接受光合作用所需要的光照，释放氧气，流过光照区后，进入集液槽，经过一定的水力停留时间，循环泵停止工作，让藻液回流至集液槽，藻液分离获得处理后的水样，从集液槽底部排除余藻。在污水循环过程中，控制污水的温度、光照度、光暗比、曝气强度和进水水质，在实现藻类高浓度生长的同时，使污水中氮、磷得到快速去除。
由于采用了透明光照平面蜿蜒管的结构，大大增加了光照路径，提高了光合作用效率，同时采用了集液槽，一方面具有储水的功效，是循环系统的始端和终端，另一方面集液槽又是沉淀分离区，可实现微藻与液体的分离，收集分离的藻类。本发明对含氮、磷废水的处理效果好，占地面积小，造价低，水力停留时间短、藻类产量高，能有效解决不确定的自然因素对现在利用微藻的实验和中试过程中造成的不利影响，且能有效解决富营养化水体中N、P及有机物的深度处理效率低等问题。
本发明的技术效果：
实验在室内进行，采用光源为日光灯管，实验结果表明栅藻对氨和磷酸盐的去除效率均能达到99.9%，同时微藻的产量可以达到5.81g/d，微藻的特定生物量增长速率可达到0.39d-1。而对比室外敞开式光生物反应器进行的微藻废水处理试验，由于室外自然条件下不确定性因素较多，实验结果表明：氨去除效率为90.0%，磷酸盐的去除效率为80-90%，微藻的特定生物量增长速率仅为0.02d-1。由此可见，本发明对污水中氮、磷的去除效率有所提高，特别是对磷酸盐的去除率有显著提高。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的示意装置图；
图2为图1中集液槽的示意结构图。
图中：1.集液槽；2.循环泵；3.透明光照平面蜿蜒管；4. 热交换装置；5.阀门；6.支架；7.藻液入口；8.出水口；9.藻液出口；10.藻液排放口；11.脱气口；12.气体传感器及搅拌棒安装孔；13. 废水及藻类注入孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括有透明光照平面蜿蜒管3、集液槽1和循环泵2，透明光照平面蜿蜒管3的进水端通过管道连接循环泵2出水口，循环泵2进水口通过管道连接集液槽1藻液出口，透明光照平面蜿蜒管3的出水端通过管道连接集液槽1藻液入口，构成一个封闭的循环回路。
透明光照平面蜿蜒管3的出水端与集液槽1藻液入口之间的管道上还设有热交换装置4，并通过阀门5控制热交换装置启闭。热交换装置4对集液槽内的藻液温度进行调节控制；所述的热交换装置可对集液槽内藻液进行保温，维持整个系统处于平稳状态。
所述透明光照平面蜿蜒管3由透明光管和透明光管端部的连接弯管组成，透明光管为有机玻璃管，也可采用透光材料较好的玻璃管制成，综合考虑透光性、生物膜形成程度、造价以及散热性能，透光材料优选玻璃管，透明光照平面蜿蜒管3中连接弯管采用PVC套管。
在透明光照平面蜿蜒管3的底面设有支架6，支架6用于调节透明光照平面蜿蜒管3的倾斜角，改变透明光照平面蜿蜒管3的受光面积，适应不同光照条件。
光源采用日光灯管（反应器置于室内）或自然光照（反应器置于室外）。当采用日光灯管时，其光照强度能提供栅藻生长所需的光能，当需要较强光照时，可以选用功率较高的日光灯管或者增加日光灯管的数量。
如图2所示，集液槽1的顶部侧壁开有藻液入口7，在低于藻液入口的侧壁上开有多个出水口8，底部侧壁开有藻液出口9，集液槽的底面设有沉淀藻液排放口10，集液槽顶面设有脱气口11、气体传感器及搅拌棒安装孔12和废水及藻类注入孔13。集液槽的顶面标高低于透明光照平面蜿蜒管3的出水端。
所述循环泵2为蠕动泵，采用蠕动泵的主要原因是由于无细胞壁的微藻细胞比较脆弱，对剪切力非常敏感，离心泵等能产生较强剪切力的流体输送设备均不适用于藻液的循环；蠕动泵是通过压差来进行流体输送的设备，其输送方式温和，不伤害藻细胞，可作为微藻培养的输送设备。
待处理原液及藻液由废水及藻类注入孔13加入集液槽1，受循环泵2加压由藻液出口9进入透明光照平面蜿蜒管3，正式开始工作，流出透明光照平面蜿蜒管3进入连接管道调节阀门5开启热交换装置4恒温工作，流出热交换装置4经连接管道、藻液入口7进入集液槽1，完成一次循环。
待一轮处理周期结束后，混合液在集液槽1中沉淀，后由出水口8得到澄清水。
本发明中，微藻处理废水必须满足的条件如下：温度控制在18~25℃，pH为7~9，光照度为2500~4000lux，光暗比为10—12h：12—14h， 溶解氧保持在6~10mg/L， 碳：氮：磷 质量比=106：16：1。
本发明的特点是：
    1、结构简单，制作、安装方便。本发明为一体化系统，人工操作简单，且运行能耗低；
2、集液槽和光合作用区域分离的结构形式，并在光合区域  采用了蜿蜒管状结构，大大减少了光照路径，提高了光合作用效率。与普通管式光照反应器相比，可以在较小规模下保证很好的处理效果；
3、同时采用的集液槽具有储水、出水、藻液沉淀等功能，降低了分区建设的费用成本；
4、占地面积小，出水溶解氧含量高，能耗很低。同时，对一些重要的运行参数可进行快速和精确的控制（如pH、温度、CO2/O2平衡及气体转换、搅拌、消毒及除尘等），能够促进系统中的藻类的光合作用，提高系统的水处理能力。

Claims (6)

1.一种用于废水深度处理的微藻光生物反应器，其特征是：包括有透明光照平面蜿蜒管（3）、集液槽（1）和循环泵（2），透明光照平面蜿蜒管（3）的进水端通过管道连接循环泵（2）出水口，循环泵（2）进水口通过管道连接集液槽（1）藻液出口，透明光照平面蜿蜒管（3）的出水端通过管道连接集液槽（1）藻液入口，构成一个封闭的循环回路。
2.根据权利要求1所述的用于废水深度处理的微藻光生物反应器，其特征是：透明光照平面蜿蜒管（3）的出水端与集液槽（1）藻液入口之间的管道上设有热交换装置（4）。
3.根据权利要求1所述的用于废水深度处理的微藻光生物反应器，其特征是：所述透明光照平面蜿蜒管（3）由透明光管和透明光管端部的连接弯管组成，透明光管为有机玻璃管或玻璃管，连接弯管为PVC套管。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于废水深度处理的微藻光生物反应器，其特征是：在透明光照平面蜿蜒管（3）的底面设有支架（6）。
5.根据权利要求1所述的用于废水深度处理的微藻光生物反应器，其特征是：集液槽（1）的顶部侧壁开有藻液入口（7），在低于藻液入口的侧壁上开有多个出水口（8），底部侧壁开有藻液出口（9），集液槽的底面设有藻液排放口（10），集液槽顶面设有脱气口（11）、气体传感器及搅拌棒安装孔（12）和废水及藻类注入孔（13）。
6.根据权利要求1所述的用于废水深度处理的微藻光生物反应器，其特征是：所述循环泵（2）为蠕动泵。
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