CN104045208B

CN104045208B - 一种利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法

Info

Publication number: CN104045208B
Application number: CN201410254134.6A
Authority: CN
Inventors: 赵永军; 张跃进; 王娟; 葛志刚; 徐忠厚; 张慧; 张晶
Original assignee: Jiaxing University
Current assignee: Jiaxing University
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-06-10
Also published as: CN104045208A

Abstract

本发明提供了一种利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法。它解决了现有对于微藻在污水处理过程中的光生物反应器涉及较少，且缺乏各项数据指标的实时监控功能的问题。本发明包括：1)、预处理；2)、沼液注入储液罐并控制液量；3)、进行消毒；4)、排尽剩余臭氧；5)、加微藻，进行照明并通CO₂；6)、培养微藻达1.5‑2.5密度，完成降解；7)、排液进入二级光生物反应或絮凝工序。本发明利用微藻进行沼液的高效净化项目具有重要突破，其方法简便可行，成本低廉，设备操作简便、作用可靠，具有很好的市场推广性，对解决沼液废水的问题具有非常重要的意义。

Description

一种利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法

技术领域

本发明属于生物环保技术领域，涉及一种废水处理方法，特别是一种利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法。

背景技术

微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，它能有效利用光能、CO₂和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，近年来已被广泛应用于生物制药领域，如生产藻源蛋白。同时，藻类污水处理方法由于其独特的优势，已成为了污水处理方法目前的研究热点。

首先，藻类与好氧菌形成藻菌共生系统，促进对污水中有机物的氧化分解。其次，藻类可吸收污水中的氮、磷，合成自身需要的有机物，显著降低污水中氮、磷的浓度。利用微藻净化污水，不仅能减少环境污染，还可以将得到的藻类细胞进一步处理得到有益物质，用作饲料、肥料和生产生物柴油等。与传统的废水处理方法相比，用微藻处理废水，具有成本低、耗能少、效益好的特点，是一项非常有开发潜力的环保工程。

蓝藻进行规模化生产需要的光生物反应器一般包括开放式和封闭式两种类型。有关光生物反应器的发明专利已较多，如中国发明专利，公开号CN101654653，云南爱尔发生物技术有限公司梁文伟等人发明了“一种系统化培养微藻的光生物反应器”，公开了一种系统化培养微藻的光生物反应器，该反应器可用于连续或半连续微藻细胞培养，生产微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。中国发明专利，公开号CN1718720，中国科学院海洋研究所刘建国等发明的“微藻培养的光生物反应器装置”，公开了一种微藻培养光生物反应器装置，包括凹陷的固定底座、支撑网架、透明塑料袋、物料进出管道、经济微藻，凹陷的固定底座安装在光生物反应器基部。大大提高了微藻培养效率，为微藻资源有效开发利用带来了可能性。

然而，现有技术主要应用于微藻的资源开发，即应用于生物技术行业，而对于微藻在污水处理过程中的光生物反应器的使用涉及较少。微藻污水处理需要的光生物反应方法不仅需要具备微藻规模化增殖的功能，同时还需要在线监测污水的浓度变化，以反映污水处理的效果，并通过在线控制选择排放时间。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种一种通过微藻的培养进行污水净化，同时在净化过程中达到即时监控调整的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法，使用光生物反应器，所述光生物反应器具有储液罐，储液罐内部设置消毒设备，底部设置照明设备，储液罐内还伸入进料管、排气管、CO₂进气管、pH传感器、光照传感器及液面传感器，其特征在于，光生物反应方法包括以下步骤：

1)、在沼液进入储液罐之前预先进行过滤或厌氧处理；

2)、通过进料管向储液罐内注入沼液，同时由液面传感器感测沼液注入的液位高度，到达沼液的要求量时停止沼液注入；

3)、开启消毒设备，使其向沼液内通入大量臭氧进行消毒操作；

4)、向储液罐内通入空气，以排尽剩余的臭氧；

5)、向沼液中添加微藻，开启照明设备，并由CO₂进气管通入定量的CO₂；

6)、进行20-30天的培养操作，使微藻的密度达到预期范围1.5-2.5倍时，沼液中COD、TN、TP污染物得到降解；

7)、将储液罐内完成一级光生物反应的沼液排出，该沼液能够进入二级光生物反应或絮凝工序进一步处理。

在上述的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法中，所述的液面传感器包括由信号线连接的液位探头与液面控制端，所述液位探头伸入储液罐感测沼液的液位高度，并将液位高度信息传递至液面控制端，通过液面控制端控制注入的沼液量。

在上述的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法中，所述的消毒设备向沼液中通入臭氧进行消毒，当臭氧的通气量达到储液罐容积的4～8倍，排气管处的臭氧浓度不低于15ppm时，继续通入臭氧60～80min。主要利用臭氧杀灭沼液中的细菌、霉菌、芽胞、病毒等，灭菌后残余的臭氧气体通过气体交换排除到外界。在实际操作过程中，适当延长臭氧通气灭菌时间，即延长臭氧在储液罐中的保持时间，对设备和光合细菌的培养未见异常影响。

在上述的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法中，所述的光照传感器包括由信号线连接的感光探头与光照控制端，所述感光探头伸入储液罐感测沼液的光照度，并将光照度信息传递至光照控制端，通过光照控制端控制照明设备的明亮度。

在上述的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法中，所述的pH传感器包括由信号线连接的pH感测探头与pH控制端，所述pH感测探头伸入储液罐感测沼液的酸碱度，并将酸碱度信息传递至pH控制端，通过pH控制端控制CO₂的通入量。

与现有技术相比，本利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法，在净化沼液污水的同时实现了微藻的扩增，使其具有多重效益。重点使利用微藻进行沼液的高效净化项目具有重要突破，其方法简便可行，成本低廉，设备操作简便、作用可靠，具有很好的市场推广性，对解决沼液废水的问题具有非常重要的意义。

附图说明

图1是本发明中光生物反应器的结构示意图。

图中，1、储液罐；2、进料管；3、排气管；4、排气阀门；5、卸料阀；6、照明设备；7、消毒设备；8、CO₂进气管；9、气体流量控制计；10、pH传感器；11、光照传感器；12、液面传感器；13、控制柜。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明使用的光生物反应器，包括用于储放沼液的储液罐1，储液罐1内伸入进料管2与排气管3，且排气管3上串接有排气阀门4。储液罐1底部设置卸料阀5。

储液罐1可为方形或圆柱形，采用密封式培养，其可根据处理的沼液量制作不同大小容积的装置；储液罐1的罐体材质应选用耐臭氧氧化的非金属透光材料，具体包括有机玻璃、玻璃或石英等。沼液通过进料管2注入储液罐1中。开启排气阀门4，通过排气管3将沼液产生的沼气及其它多余气体放出储液罐1。通过卸料阀5排放储液罐1内的沼液。

储液罐1的底部设置照明设备6，该照明设备6为反应器提供光源，进而为微藻的生长提供光照条件。沼液中的食藻害虫及其他一些细菌、病毒对微藻的生存具有不利影响。储液罐1内设置消毒设备7，通过消毒设备7使用臭氧对沼液进行消毒，可保证微藻的适宜生存环境。

储液罐1内还插伸有CO₂进气管8，该CO₂进气管8上串接有气体流量控制计9。微藻的生长需要CO₂作为碳源，同时通过气体流量控制计9控制CO₂的输入量，可调节沼液的pH值。

储液罐1内还插伸有pH传感器10、光照传感器11及液面传感器12。pH传感器10包括由信号线连接的pH感测探头与pH控制端；光照传感器11包括由信号线连接的感光探头与光照控制端；液面传感器12包括由信号线连接的液位探头与液面控制端。pH感测探头、感光探头及液位探头均插伸入储液罐1内，而pH控制端、光照控制端、液面控制端及CO₂进气管8的外端均装配于控制柜13中。通过控制柜13将CO₂进气、pH控制、光照控制、液面控制集合在一起，进而方便操作人员的整体监测与调控，实现各项指标统一管理。

本利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法包括以下步骤：

1)、在沼液进入储液罐1之前预先进行过滤或厌氧处理；

2)、通过进料管2向储液罐1内注入沼液，同时由液面传感器12感测沼液注入的液位高度，到达沼液的要求量时停止沼液注入；

液面传感器12包括由信号线连接的液位探头与液面控制端，液位探头伸入储液罐1感测沼液的液位高度，并将液位高度信息传递至液面控制端，通过液面控制端控制注入的沼液量。

3)、开启消毒设备7，使其向沼液内通入大量臭氧进行消毒操作；

消毒设备7向沼液中通入臭氧进行消毒，当臭氧的通气量达到储液罐1容积的4～8倍，排气管3处的臭氧浓度不低于15ppm时，继续通入臭氧60～80min。主要利用臭氧杀灭沼液中的细菌、霉菌、芽胞、病毒等，灭菌后残余的臭氧气体通过气体交换排除到外界。在实际操作过程中，适当延长臭氧通气灭菌时间，即延长臭氧在储液罐1中的保持时间，对设备和光合细菌的培养未见异常影响。

4)、向储液罐1内通入空气，以排尽剩余的臭氧；

5)、向沼液中添加微藻，开启照明设备6，并由CO₂进气管8通入定量的CO₂；

光照传感器11包括由信号线连接的感光探头与光照控制端，感光探头伸入储液罐1感测沼液的光照度，并将光照度信息传递至光照控制端，通过光照控制端控制照明设备6的明亮度。

pH传感器10包括由信号线连接的pH感测探头与pH控制端，pH感测探头伸入储液罐1感测沼液的酸碱度，并将酸碱度信息传递至pH控制端，通过pH控制端控制CO₂的通入量。

7)、将储液罐1内完成一级光生物反应的沼液排出，该沼液能够进入二级光生物反应或絮凝工序进一步处理。

本利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法可采用一级设备或多级设备串联使用，为微藻的规模化繁殖提供了技术保障，沼液中COD、TN和TP等主要污染物降至国家城镇污水排放一级B标准，实现沼液的高效净化目的，同时收获的微藻可应用到医药或工业领域。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了储液罐1；进料管2；排气管3；排气阀门4；卸料阀5；照明设备6；消毒设备7；CO₂进气管8；气体流量控制计9；pH传感器10；光照传感器11；液面传感器12；控制柜13等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法，使用光生物反应器，所述光生物反应器具有储液罐，储液罐内部设置消毒设备，底部设置照明设备，储液罐内还伸入进料管、排气管、CO₂进气管、pH传感器、光照传感器及液面传感器，其特征在于，光生物反应方法包括以下步骤：

1)、在沼液进入储液罐之前预先进行过滤或厌氧处理；

4)、向储液罐内通入空气，以排尽剩余的臭氧；

7)、将储液罐内完成一级光生物反应的沼液排出，该沼液能够进入二级光生物反应或絮凝工序进一步处理；所述的液面传感器包括由信号线连接的液位探头与液面控制端，所述液位探头伸入储液罐感测沼液的液位高度，并将液位高度信息传递至液面控制端，通过液面控制端控制注入的沼液量；所述的消毒设备向沼液中通入臭氧进行消毒，当臭氧的通气量达到储液罐容积的4～8倍，排气管处的臭氧浓度不低于15ppm时，继续通入臭氧60～80min。

2.根据权利要求1所述的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法，其特征在于，所述的光照传感器包括由信号线连接的感光探头与光照控制端，所述感光探头伸入储液罐感测沼液的光照度，并将光照度信息传递至光照控制端，通过光照控制端控制照明设备的明亮度。

3.根据权利要求1所述的利用微藻进行沼液净化的光生物反应方法，其特征在于，所述的pH传感器包括由信号线连接的pH感测探头与pH控制端，所述pH感测探头伸入储液罐感测沼液的酸碱度，并将酸碱度信息传递至pH控制端，通过pH控制端控制CO₂的通入量。