CN106064853A - 同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，包括透明的反应器、隔板组、微藻收获系统及曝气系统，隔板组固定于反应器内并将反应器的内部空间分隔成主反应区及出水区，主反应区内设有生物膜填料，生物膜填料与固定于反应器上方的微藻收获系统相连，出水区设有超滤膜过滤单元，曝气系统固定于反应器底部。本发明结构简单，操作简便，能同步进行污水处理及微藻生产，既实现了对微藻进行高效分离收获，又实现了对出水中微藻的完全拦截，为污水处理提供了一条新途径。本发明还提供了一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，工艺步骤简单，可操作性强，运行成本低，连续性好。

Description

同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器及方法
技术领域
本发明涉及微藻培养技术领域，尤其是涉及一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器及方法。
背景技术
微藻具有生长迅速、光合效率高等特点，能有效利用太阳能通过光合作用将无机营养盐、CO2、H2O等物质转化为有机化合物，因此，其在去除水中营养盐改善水质方面的作用受到了广泛的关注。并且藻类细胞中所含有的蛋白质、碳水化合物、油脂等成分具有极大的开发利用价值，微藻也被认为是目前已知的唯一可能替代化石燃料的原料。
但是微藻在水中通常处于个体悬浮的状态，这给培养后微藻的收获和与水的分离带来了极大的难度。特别是当采用微藻进行同步污水处理及微藻生物生产的时候，因此如何实现微藻的经济高效收获并实现对出水中微藻的完全拦截，成为了目前需要攻克的难题。
发明内容
本发明的发明目的是为了提供一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，结构简单，操作简便，能同步进行污水处理及微藻生产，既实现了对微藻进行高效分离收获，又实现了对出水中微藻的完全拦截，为污水处理提供了一条新途径。
本发明还提供了一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，工艺步骤简单，可操作性强，运行成本低，连续性好。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，所述光生物反应器包括透明的反应器、隔板组、微藻收获系统及曝气系统，所述隔板组固定于反应器内并将反应器的内部空间分隔成主反应区及出水区，所述隔板组包括左右间隔设置的左隔板、右隔板，所述左隔板与反应器底部之间设有间隙，所述右隔板与反应器顶部之间设有间隙，左隔板与右隔板之间的间隙形成出水通道，所述主反应区内设有生物膜填料，所述生物膜填料与固定于反应器上方的微藻收获系统相连，所述出水区设有超滤膜过滤单元，所述曝气系统固定于反应器底部。本发明中的主反应区内安装有生物膜填料，可作为微藻细胞吸附生长的场所，使微藻固定化以形成微藻生物膜，同时便于后期通过微藻收获系统收集微藻；左隔板与右隔板之间的出水通道使得主反应区的水通过溢流方式进入出水区，可减少微藻的带入量，减少超滤膜过滤单元的过滤压力，超滤膜过滤单元通过过滤能实现对反应器中微藻的完全拦截，使得出水不含微藻；曝气系统通过曝气为反应器提供搅拌，并提供适量CO2以供微藻生长，同时能通过曝气冲刷作用降低超滤膜过滤单元的污染，提高其使用寿命。本发明结构简单，操作简便，能同步进行污水处理及微藻生产，既实现了对微藻进行高效分离收获，又实现了对出水中微藻的完全拦截，生产连续性好，为污水处理提供了一条新途径。
作为优选，所述微藻收获系统包括喷淋罐、导向轮及通过驱动机构驱动的卷绕盘，所述生物膜填料通过转动辊架设于主反应区内，导向轮与卷绕盘分别固定于喷淋罐左右两侧，所述喷淋罐内设有喷淋单元，喷淋单元下方设有滚动毛刷，喷淋单元与滚动毛刷之间设有间隙，该间隙形成传输通道，所述生物膜填料通过导向轮后穿过传输通道并绕设于卷绕盘中，生物膜填料在传输过程中与滚动毛刷滚动接触，喷淋罐底部设有出料口。生物膜填料通过导向轮、传动辊及卷绕盘之间的配合可在微藻收获系统及反应器之间循环传动，当生物膜填料进入喷淋罐中后，在水和滚动毛刷的共同作用下，可使上面吸附的微藻生物膜得以脱落从而进行收集，脱落的物料经出料口进入后续脱水机构中进行脱水处理，而生物膜填料上残留的微藻返回至反应器中用以进行繁殖，本发明的微藻收获系统结构简单，能实现对微藻的高效分离收获。
作为优选，所述喷淋罐下半部呈锥形。喷淋罐下半部呈锥形，可避免物料在管壁上粘结堆积，影响出料。
作为优选，所述喷淋单元包括高压进水总管及高压进水分管，所述高压进水分管水平固定于喷淋罐内并与高压进水总管相连，所述高压进水分管底部间隔设有若干喷头。
作为优选，所述生物膜填料为软性纤维填料。
作为优选，所述超滤膜过滤单元包括平板超滤膜组件及出水泵，所述平板超滤膜组件位于出水区内，所述出水泵与平板超滤膜组件出口通过管路相连。
作为优选，所述曝气系统包括曝气管及空压机，所述曝气管设于反应器底部，通过管路与空压机相连。
一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，具体步骤为：将待处理污水连续通入反应器后接入微藻后进行培养，期间控制反应器内出水量与进行量相平衡，待生物膜填料表面形成微藻生物膜后，利用微藻收获系统收集生物膜填料上的微藻。
作为优选，微藻培养条件为：光照采用室外光源或人工光源，反应器外壁处的光照强度为60～120μmol m-2s-，底部曝气强度0.5m3/(m3·min)，通入的气体为CO2气体和空气的混合气体，其中CO2含量4～8％，进水的水力负荷维持在0.25～1.00m3/(m3·d)。
作为优选，所述待处理污水的水质清澈透明，其中总氮(TN)浓度为10～15mg/L，总磷(TP)浓度为0.5～2.0mg/L。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)提供了一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，结构简单，操作简便，能同步进行污水处理及微藻生产，既实现了对微藻进行高效分离收获，又实现了对出水中微藻的完全拦截，为污水处理提供了一条新途径。
(2)提供了一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，工艺步骤简单，可操作性强，运行成本低，连续性好。
附图说明
图1是本发明反应器的一种结构示意图。
图中：反应器1，反应区2，出水区3，左隔板4，右隔板5，出水通道6，生物膜填料7，喷淋罐8，导向轮9，卷绕盘10，转动辊11，滚动毛刷12，传输通道13，出料口14，高压进水总管15，高压进水分管16，喷头17，平板超滤膜组件18，出水泵19，曝气管20，空压机21。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示的一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，包括透明的反应器1、隔板组、微藻收获系统及曝气系统，隔板组固定于反应器内并将反应器的内部空间分隔成主反应区2及出水区3，隔板组包括左右间隔设置的左隔板4、右隔板5，左隔板与反应器底部之间设有间隙，右隔板与反应器顶部之间设有间隙，左隔板与右隔板之间的间隙形成出水通道6，主反应区内设有生物膜填料7，生物膜填料为软性纤维填料，微藻收获系统包括下半部呈锥形的喷淋罐8、导向轮9及通过驱动机构驱动的卷绕盘10，生物膜填料通过转动辊11架设于主反应区内，导向轮与卷绕盘分别固定于喷淋罐左右两侧，喷淋罐内设有喷淋单元，喷淋单元下方设有滚动毛刷12，喷淋单元与滚动毛刷之间设有间隙，该间隙形成传输通道13，生物膜填料通过导向轮后穿过传输通道并绕设于卷绕盘中，生物膜填料在传输过程中与滚动毛刷滚动接触，喷淋罐底部设有出料口14，喷淋单元包括高压进水总管15及高压进水分管16，高压进水分管水平固定于喷淋罐内并与高压进水总管相连，高压进水分管底部间隔设有若干喷头17，出水区设有超滤膜过滤单元，超滤膜过滤单元包括平板超滤膜组件18及出水泵19，平板超滤膜组件位于出水区内，出水泵与平板超滤膜组件出口通过管路相连，曝气系统固定于反应器底部，曝气系统包括曝气管20及空压机21，曝气管设于反应器底部，通过管路与空压机相连。
以城市污水处理厂二沉池出水口的污水作为待处理污水，其水质清澈透明，总氮(TN)浓度为10～15mg/L，总磷(TP)浓度为0.5～2.0mg/L，用于同步实现微藻固定化培养及污水处理，具体步骤为：将待处理污水连续通入反应器后接入微藻后进行培养，进水的水力负荷维持在0.25～1.00m3/(m3·d)，控制反应器内出水量与进行量相平衡，光照采用室外光源，反应器外壁处的光照强度为60～120μmol m-2s-1，底部曝气强度0.5m3/(m3·min)，通，通入的气体为CO2气体和空气的混合气体，其中CO2含量4～8％，待生物膜填料表面形成微藻生物膜后，通过卷绕盘带动生物膜填料进入喷淋罐内，在喷头中水和滚动毛刷的共同作用下，使生物膜填料上面吸附的微藻生物膜得以脱落，脱落的物料经出料口进入后续脱水机构中进行脱水处理，而生物膜填料上残留的微藻返回至反应器中用以进行繁殖，通过控制喷头的冲刷力度可以控制生物膜填料表面的微藻吸附量，而主反应区的水通过溢流方式进入出水区，经平板超滤膜组件过滤后由出水泵输出，最后的出水结果如下：
注：UD＝低于检测限。
微藻生物量生产：在运行过程中，以干重计的反应器微藻生物量生产能力为120～160g/(m3·d)。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述光生物反应器包括透明的反应器(1)、隔板组、微藻收获系统及曝气系统，所述隔板组固定于反应器内并将反应器的内部空间分隔成主反应区(2)及出水区(3)，所述隔板组包括左右间隔设置的左隔板(4)、右隔板(5)，所述左隔板与反应器底部之间设有间隙，所述右隔板与反应器顶部之间设有间隙，左隔板与右隔板之间的间隙形成出水通道(6)，所述主反应区内设有生物膜填料(7)，所述生物膜填料与固定于反应器上方的微藻收获系统相连，所述出水区设有超滤膜过滤单元，所述曝气系统固定于反应器底部。
2.根据权利要求1所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述微藻收获系统包括喷淋罐(8)、导向轮(9)及通过驱动机构驱动的卷绕盘(10)，所述生物膜填料通过转动辊(11)架设于主反应区内，导向轮与卷绕盘分别固定于喷淋罐左右两侧，所述喷淋罐内设有喷淋单元，喷淋单元下方设有滚动毛刷(12)，喷淋单元与滚动毛刷之间设有间隙，该间隙形成传输通道(13)，所述生物膜填料通过导向轮后穿过传输通道并绕设于卷绕盘中，生物膜填料在传输过程中与滚动毛刷滚动接触，喷淋罐底部设有出料口(14)。
3.根据权利要求1所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述喷淋罐下半部呈锥形。
4.根据权利要求1所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述喷淋单元包括高压进水总管(15)及高压进水分管(16)，所述高压进水分管水平固定于喷淋罐内并与高压进水总管相连，所述高压进水分管底部间隔设有若干喷头(17)。
5.根据权利要求1或2所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述生物膜填料为软性纤维填料。
6.根据权利要求1所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述超滤膜过滤单元包括平板超滤膜组件(18)及出水泵(19)，所述平板超滤膜组件位于出水区内，所述出水泵与平板超滤膜组件出口通过管路相连。
7.根据权利要求1所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的光生物反应器，其特征在于，所述曝气系统包括曝气管(20)及空压机(21)，所述曝气管设于反应器底部，通过管路与空压机相连。
8.一种同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，其特征在于，具体步骤为：将待处理污水连续通入反应器后接入微藻后进行培养，期间控制反应器内出水量与进行量相平衡，待生物膜填料表面形成微藻生物膜后，利用微藻收获系统收集生物膜填料上的微藻。
9.根据权利要求8所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，其特征在于，微藻培养条件为：光照采用室外光源或人工光源，反应器外壁处的光照强度为60～120μmolm-2s-，底部曝气强度0.5m3/(m3·min)，通，通入的气体为CO2气体和空气的混合气体，其中CO2含量4～8％，进水的水力负荷维持在0.25～1.00m3/(m3·d)。
10.根据权利要求8所述的同步实现微藻固定化培养及污水处理的方法，其特征在于，所述待处理污水的水质清澈透明，其中总氮(TN)浓度为10～15mg/L，总磷(TP)浓度为0.5～2.0mg/L。
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