CN106542641A - 一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法 - Google Patents

一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，属于水处理技术领域。解决了现有技术处理反渗透浓缩液工艺复杂，成本高的问题，其包括以下步骤：(1)选取藻种：选取能在污染水中生存，具有产油能力的藻种；(2)富集培养：将配置好的液体培养基分装到锥形瓶中，接种藻种，然后用透气封口膜密封，置于光照培养箱中进行富集培养；(3)接种驯化：将富集培养后的藻种接种到反应器内，进行驯化；(4)稳定运行：向反应器中加入反渗透浓缩液，驯化后的微藻对反渗透浓缩液进行处理。本发明方法可用于反渗透浓缩液的处理。

Description

一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法
技术领域
本发明涉及一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，属于水处理技术领域。
背景技术
随着世界人口的迅速增加和现代经济的快速发展，全球淡水资源日渐短缺。目前全球至少有12亿人喝不到安全洁净的水，大约26亿人生活在淡水资源匮乏地区。水资源短缺已经成为21世纪制约人类经济社会可持续发展的主要问题之一。
近年来膜分离技术的长足发展使得该技术在水处理中的应用越来越广泛。超滤(UF)、纳滤(NF)以及反渗透(RO)技术广泛应用于生活污水、工业废水处理领域。由于技术相对成熟，吨水处理成本相对较低(目前处理成本为2～4元/m3)，处理水可回用于循环水、锅炉水或其他工艺水，膜法深度处理技术在国内各行业中蓬勃发展。然而膜过滤的本质是对污染物进行转移而并非转化的物理过程，即将原水中的污染物富集于浓缩液中，获得水质较好的滤液。这股由膜过滤单元排出的浓缩液，通常由反渗透或纳滤(NF)浓缩液、超滤或微滤(MF)反冲洗水及膜化学清洗废液等混合而成，水量约占原水量的20％～25％。因此，对膜滤浓缩液进行妥善处理，是实现污水零排放的关键步骤。
不同污水深度处理装置的膜滤浓缩液水质相差较大，主要取决于膜过滤单元的进水水质和浓缩倍数，但通常具有以下两个特征：1)可生物降解性差，B/C通常＜0.1。膜滤浓缩液中的有机组分主要是二级处理出水中残留的未降解有机物、溶解性微生物产物、腐殖质，以及人为加入的阻垢分散剂、化学清洗剂等，均为典型的难生物降解有机物。2)有机物浓度和盐含量相对较高，通常为原水的3～4倍。需要特别指出的是，膜过滤技术的未来发展趋势是尽可能地提高浓缩倍数和产水率，这也意味着膜滤浓缩液的处理难度将进一步加大。
膜滤浓缩液处理主要包括两个步骤，即有机物降解和脱盐。膜滤浓缩液中有机污染物的降解技术主要有混凝、吸附、生化及其组合技术等方面。膜滤浓缩液的脱盐技术主要包括蒸发和膜蒸馏、电渗析和正向渗透等膜分离技术。有机物降解技术中，混凝法的优点在于操作简单，成本低廉，是一种较好的预处理方法；缺点是处理效果有限，且产生需后续处理的污泥。吸附法的处理效果较好，但长期运行成本过高；吸附剂的再生操作复杂，反复再生后吸附能力也将显著降低。高级氧化法在有机物的降解和可生化性的提高方面，均能取得较好的效果，但运行成本较高仍然不利于该技术的大规模推广应用。生化法具有其他技术无法比拟的经济性优势，但必须与预处理工艺有机组合。在脱盐方面，蒸发和各种膜分离技术，均可获得较高的产水率。相比而言，正向渗透技术无需高温高压条件，在能耗方面具有显著的优势，与一般压力驱动膜相比，膜的抗污染能力也更强；但该技术在膜材料和汲取液等方面尚有待深入研究，技术也有待提高。膜蒸馏技术的能耗也较低，尤其适用于处理高浓度水溶液，但所采用的疏水膜在膜材料和制备工艺的选择方面均相对有限。电渗析及蒸发技术的优势则在于可以实现100％的产水率，无二次浓缩液的处理问题，但能耗过高是限制这两种技术广泛应用的瓶颈。
微藻属于光合自养型生物，在自然界广泛分布，能有效吸收利用水体中的氮磷等营养物质，很早就被人们用以处理污水、净化环境。同时，微藻也是十分重要的生物资源，微藻细胞营养丰富，含多种生理活性物质，某些微藻在特定的培养条件下能选择性地蓄积高附加值的产品。利用微藻生产生物柴油或单细胞饲料蛋白源是当前微藻开发利用的热点。若能利用反渗透浓缩液培养产油微藻，既可以利用微藻净化浓缩液，还能为微藻生物柴油的生产提供资源，一举两得，是环境友好可持续的反渗透浓缩液处理技术。基于微藻污水处理技术原理，本发明提供一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，成本低，效果好。
所述的一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，包括以下步骤：
(1)选取藻种：
选取能在污染水中生存，具有产油能力的藻种；
(2)富集培养：
将配置好的液体培养基分装到锥形瓶中，接种藻种，然后用透气封口膜密封，置于光照培养箱中进行富集培养；
(3)接种驯化：
将富集培养后的藻种接种到反应器内，进行驯化；
(4)稳定运行：
向反应器中加入反渗透浓缩液，驯化后的微藻对反渗透浓缩液进行处理。
步骤(1)所述的藻种为小球藻属或栅藻属中的一种。
步骤(2)所述的液体培养基为BG11-+N培养基。
步骤(2)所述的富集培养，培养温度25±1℃，光照强度100-200μmol/m2/s，光/暗时间比是7：5。
步骤(2)所述的富集培养时间为10-16天。
富集培养过程中，培养基内藻细胞增加过程分为迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期。稳定期内活藻细胞数保持相对稳定、总藻细胞数达到最高水平、细胞代谢产物积累达到最高峰，作为反应器接种藻种。
步骤(3)所述的驯化是用逐步提高反应器内浓缩液浓度的方式实现的，首先将浓缩液稀释5倍泵入反应器，此后每两天降低稀释倍数，直到浓缩液不需稀释直接送入反应器。
步骤(3)所述的驯化时间为12-20天。
步骤(4)所述的驯化后的微藻藻细胞生物量在400mg/L以上。
步骤(4)所述的反应器的运行条件为：温度20-25℃，排水比60％，沉淀时间0.5-1.5小时，水力停留时间10-21天，藻细胞停留时间为40-70天，搅拌速度80-120转/分钟，光照强度50-60μmol/m2/s，光/暗时间比为7:5。
经微藻处理后的反渗透浓缩液污染物处理效果为：总氮去除率90％以上，总磷去除率92％以上，Ca2+的去除率70％以上，Mg2+的去除率55％以上，并且混合液中油含量可达30％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)微藻对生长环境要求较低，只需要一定的光照和一定强度的水力搅拌，利用微藻生化过程实现对反渗透浓缩液污染物的去除，不需额外投加药剂、加热、曝气，因此利用微藻处理反渗透浓缩液的装置简单，能耗较低；
2)微藻以反渗透浓缩液中的营养盐为底物经光合作用产油，同步实现了对反渗透浓缩液污染物去除和产油，产生的油脂可以作为工业原料进行出售，因而降低了浓缩液处理成本；
3)藻细胞浓度达到一定程度后，需要排出部分剩余藻细胞，排放的剩余藻细胞可以用于水产养殖、生物柴油生产以及藻蛋白/微生物絮凝剂提取等领域，变废为宝；
4)微藻对反渗透浓缩液中总氮去除率90％以上，总磷去除率92％以上，Ca2+的去除率70％以上，Mg2+的去除率55％以上，并且混合液中油含量可达30％以上。
附图说明
图1为实施例1接种后反应器内藻细胞生物量即藻细胞干重变化图；
图2为实施例1反应器稳定运行时一个运行周期内TN、TP的浓度变化图；
图3为实施例1反应器稳定运行时一个运行周期内Ca2+、Mg2+的浓度变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
所述的一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，包括以下步骤：
(1)选取藻种：
选取能在污染水中生存，具有产油能力的小球藻属；
(2)富集培养：
将配置好的液体BG11-+N培养基分装到锥形瓶中，接种藻种，然后用透气封口膜密封，置于光照培养箱中，在培养温度25±1℃，光照强度150μmol/m2/s，光/暗时间比是7：5条件下富集培养12天；
(3)接种驯化：
将富集培养后的藻种接种到反应器内，驯化15天，所述的驯化是用逐步提高反应器内浓缩液浓度的方式实现的，首先将浓缩液稀释5倍泵入反应器，此后每两天降低稀释倍数，直到浓缩液不需稀释直接送入反应器；
(4)稳定运行：
驯化后的微藻藻细胞生物量在400mg/L以上，向反应器中加入反渗透浓缩液，驯化后的微藻对反渗透浓缩液进行处理，其中反应器的运行条件为：温度22℃，排水比60％，沉淀时间1小时，水力停留时间21天，藻细胞停留时间为50天，搅拌速度100转/分钟，光照强度55μmol/m2/s，光/暗时间比为7:5。
经微藻处理后的反渗透浓缩液污染物处理效果为：总氮去除率92％，总磷去除率92％，Ca2+的去除率72％，Mg2+的去除率56％，并且混合液中油含量可达30％以上。
实施例2
所述的一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，包括以下步骤：
(1)选取藻种：
选取能在污染水中生存，具有产油能力的小球藻属；
(2)富集培养：
将配置好的液体BG11-+N培养基分装到锥形瓶中，接种藻种，然后用透气封口膜密封，置于光照培养箱中，在培养温度25±1℃，光照强度100μmol/m2/s，光/暗时间比是7：5条件下富集培养10天；
(3)接种驯化：
将富集培养后的藻种接种到反应器内，驯化12天，所述的驯化是用逐步提高反应器内浓缩液浓度的方式实现的，首先将浓缩液稀释5倍泵入反应器，此后每两天降低稀释倍数，直到浓缩液不需稀释直接送入反应器；
(4)稳定运行：
驯化后的微藻藻细胞生物量在400mg/L以上，向反应器中加入反渗透浓缩液，驯化后的微藻对反渗透浓缩液进行处理，其中反应器的运行条件为：温度20℃，排水比60％，沉淀时间0.5小时，水力停留时间15天，藻细胞停留时间为40天，搅拌速度80转/分钟，光照强度50μmol/m2/s，光/暗时间比为7:5。
经微藻处理后的反渗透浓缩液污染物处理效果为：总氮去除率90％，总磷去除率92％，Ca2+的去除率70％，Mg2+的去除率55％，并且混合液中油含量可达30％以上。
实施例3
所述的一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，包括以下步骤：
(1)选取藻种：
选取能在污染水中生存，具有产油能力的小球藻属或栅藻属；
(2)富集培养：
将配置好的液体BG11-+N培养基分装到锥形瓶中，接种藻种，然后用透气封口膜密封，置于光照培养箱中，在培养温度25±1℃，光照强度200μmol/m2/s，光/暗时间比是7：5条件下富集培养16天；
(3)接种驯化：
将富集培养后的藻种接种到反应器内，驯化20天，所述的驯化是用逐步提高反应器内浓缩液浓度的方式实现的，首先将浓缩液稀释5倍泵入反应器，此后每两天降低稀释倍数，直到浓缩液不需稀释直接送入反应器；
(4)稳定运行：
驯化后的微藻藻细胞生物量在400mg/L以上，向反应器中加入反渗透浓缩液，驯化后的微藻对反渗透浓缩液进行处理，其中反应器的运行条件为：温度25℃，排水比60％，沉淀时间1.5小时，水力停留时间10天，藻细胞停留时间为70天，搅拌速度120转/分钟，光照强度60μmol/m2/s，光/暗时间比为7:5。
经微藻处理后的反渗透浓缩液污染物处理效果为：总氮去除率94％，总磷去除率93％，Ca2+的去除率73％，Mg2+的去除率57％，并且混合液中油含量可达30％以上。
实验：
测定实施例1接种后反应器内藻细胞生物量即藻细胞干重变化趋势如图1，测定实施例1反应器稳定运行时一个运行周期内TN、TP的浓度变化如图2，Ca2+、Mg2+的浓度变化如图3。
由图1可以看出，接种后反应器内藻细胞生物量呈增长趋势，当藻细胞数达到最高水平保持相对稳定；图2中，反渗透浓缩液处理前TN浓度为46mg/L，经微藻处理一个运行周期10天后TN浓度为4mg/L，总氮去除率91％；处理前TP浓度为5.2mg/L，经微藻处理一个运行周期10天后TP浓度为0.4mg/L，总磷去除率92％；图3中，反渗透浓缩液处理前Ca2+浓度为450mg/L，经微藻处理一个运行周期10天后Ca2+浓度为120mg/L，Ca2+的去除率73％；处理前Mg2+浓度为120mg/L，经微藻处理一个运行周期10天后Mg2+浓度为53mg/L，Mg2+去除率56％。

Claims (10)

1.一种利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)选取藻种：
选取能在污染水中生存，具有产油能力的藻种；
(2)富集培养：
将配置好的液体培养基分装到锥形瓶中，接种藻种，然后用透气封口膜密封，置于光照培养箱中进行富集培养；
(3)接种驯化：
将富集培养后的藻种接种到反应器内，进行驯化；
(4)稳定运行：
向反应器中加入反渗透浓缩液，驯化后的微藻对反渗透浓缩液进行处理。
2.根据权利要求1所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(1)所述的藻种为小球藻属或栅藻属中的一种。
3.根据权利要求2所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(2)所述的液体培养基为BG11-+N培养基。
4.根据权利要求3所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(2)所述的富集培养，培养温度25±1℃，光照强度100-200μmol/m2/s，光/暗时间比是7：5。
5.根据权利要求4所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(2)所述的富集培养时间为10-16天。
6.根据权利要求5所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(3)所述的驯化是用逐步提高反应器内浓缩液浓度的方式实现的，首先将浓缩液稀释5倍泵入反应器，此后每两天降低稀释倍数，直到浓缩液不需稀释直接送入反应器。
7.根据权利要求6所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(3)所述的驯化时间为12-20天。
8.根据权利要求7所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(4)所述的驯化后的微藻藻细胞生物量在400mg/L以上。
9.根据权利要求8所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：步骤(4)所述的反应器的运行条件为：温度20-25℃，排水比60％，沉淀时间0.5-1.5小时，水力停留时间10-21天，藻细胞停留时间为40-70天，搅拌速度80-120转/分钟，光照强度50-60μmol/m2/s，光/暗时间比为7:5。
10.根据权利要求9所述的利用微藻处理反渗透浓缩液的方法，其特征在于：经微藻处理后的反渗透浓缩液污染物处理效果为：总氮去除率90％以上，总磷去除率92％以上，Ca2+的去除率70％以上，Mg2+的去除率55％以上，并且混合液中油含量可达30％以上。
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