CN107473384B - 一种利用微藻处理氨氮废水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微藻处理氨氮废水的装置及方法。具体涉及使用膜接触器分离废水中的氨氮，利用微藻细胞溶液流经文丘里管产生的负压和吸力作用，将原水侧穿过疏水微孔膜的氨气分子快速带出，作为微藻生长所必需的氮源被利用。在处理净化氨氮废水的同时，获得微藻生物质。该微藻可反复用于吸收废水中的氨氮，亦可在收集之后用于绿色生物能源的生产。本发明改进了现有的利用微藻去除废水中氨氮的方法，降低操作难度，缩短处理时间，提高氨氮去除效率。

Description

一种利用微藻处理氨氮废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种利用微藻处理氨氮废水的装置及方法，具体涉及使用膜接触器、文丘里管结合微藻细胞溶液去除废水中氨氮的装置和方法。
背景技术
近年来，我国水体氨氮污染问题日益严重。氨氮在水体中的过量存在会对生物及其生存环境造成严重危害。控制氨氮排放量，寻找经济有效的氨氮废水处理技术变得尤为重要。根据浓度的不同，氨氮废水可分为3类：高浓度(>500ppm)、中等浓度(50～500ppm)和低浓度(<50ppm)。氨氮废水一般来源于焦炭、煤气化、湿法冶金、炼油、化肥等行业的生产过程以及垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液。
目前，较为常用的脱氮方法包括生物法、吹脱法、折点氯化法、离子交换法和化学沉淀法。传统的生物脱氮技术是目前应用最为广泛的方法之一，但存在着流程长、占地面积大、处理成本高等问题。且由于氨氮废水，尤其是工业废水成分复杂，可生化性较差，使得该方法除氮效果不佳。吹脱法可用于高浓度氨氮废水的预处理，但能耗较大，出水氨氮浓度偏高。折点氯化法由于加氯量大，易导致二次污染。离子交换法存在吸附剂用量大，再生难的问题。化学沉淀法使用的沉淀剂用药量较大，会增加处理成本。
随着近年来国家提高了氨氮废水排放的标准，因此亟需开发出经济高效处理氨氮废水的方法与工艺路线。由于较传统水处理技术具有能耗低、处理效果好、操作简便等优点，采用膜接触器处理氨氮废水已逐渐引起研究者的重视。膜接触器将物理分离与化学吸收进行结合，结构类似于列管式热交换器。两种流体被疏水性微孔中空纤维膜隔开，流体间物质的交换在膜外/内表面处进行。膜接触器使用的膜本身虽不具有分离功能，仅充当两相间的界面，但却可以提供足够大的传质比表面积，较常规的分散相接触器更具优越性。膜接触器内膜一侧的流体中仅有易挥发组分或气体能够透过分离膜，而诸如离子、液体等则被完全阻隔；在膜接触器另一侧的流体，经过化学/物理方法对透过组分或气体进行富集。膜接触器可实现对被分隔开来的两种流体独立控制操作，且不会产生液泛、沟流或泡沫夹带等问题；另外可在各种流速条件下保持恒定的膜接触面积，确保系统稳定运行。
氨氮废水的生物脱氮技术通常基于细菌的硝化与反硝化作用。而使用一些对环境适应性强、耐受性较高的富油微藻菌株对氨氮废水进行处理，已被证明是一种可行性极高的新型生物脱氮技术。该技术基于微藻菌株可利用氨氮作为其生长过程中所需氮源的这一特性，在微藻生长时消耗废水中的氨氮，最终获得微藻生物质并净化废水水质。微藻生物质现已被认为是最具潜力的制造第三代可再生生物能源(生物柴油、乙醇、甲烷等)的原料。使用微藻处理氨氮废水的常规方法是直接投加微藻至废水。然而废水中的污染物，如重金属离子、浓度过高的氨氮、有机物等均会抑制微藻细胞的分裂与生长，使其吸收氨氮的能力下降，削弱废水的处理效果。
中国专利CN 104445816A涉及一种利用微藻处理高浓度氨氮养猪沼液的方法。该方法使用经过预处理的养猪沼液培养微藻，在净化高浓度氨氮养猪沼液的同时，降低了微藻的生产成本。但该方法对沼液的预处理较为复杂，可能会增加废液的处理费用；此外，废液处理时间过长(10-15天)，且处理后沼液中的总氮浓度偏高(约100ppm)，处理效率较低。中国专利CN 103992996A公布了一种利用固定化的微藻去除有机污水中的氨氮的方法及应用。微藻被包裹在褐藻酸钠与氯化钙溶液形成的固化凝胶小球中，该方法具有可利用的微藻细胞密度高，反应速度快，氨去除率高且微藻球可循环使用等优点。但该专利可处理的氨氮浓度较低，仅为20ppm；虽能完全去除污水中的氨氮，但处理时间较长(至少需要6天)。此外，褐藻酸钠与氯化钙形成的凝胶小球在含有其他金属离子(比如Mg2+)的废水中，Ca2+会被其他金属离子逐渐置换(大概2天)，使得小球强度下降，进而破裂；同时，小球中的微藻细胞也会不断分裂生长，影响微藻球的内部结构，使其无法在较长时间内反复使用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用微藻处理氨氮废水的装置及方法，以达到如下目的：
(1)改进目前使用微藻去除废水中氨氮技术的缺点，提高氨氮去除速率及微藻处理氨氮的能力，并实现微藻细胞在废水氨氮去除过程中的重复使用。
(2)将膜接触器与微藻去除氨氮技术进行结合，实现废水与微藻细胞溶液的独立操作，互不影响。
(3)透过疏水微孔膜的氨气分子，在文丘里管产生的负压和吸力作用下，更快地进入微藻细胞溶液，在微藻生长过程中被利用。
(4)在去除废水中氨氮的同时，增加微藻细胞的浓度，使得微藻被收集之后，可作为制造生物能源的原料。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种利用微藻处理氨氮废水的装置，包括原水罐1、空气钢瓶9、CO2钢瓶8、光生物反应器24、中空纤维膜接触器3和文丘里管12；
所述光生物反应器包括微藻溶液储罐2、恒温水浴槽6和LED灯7；
所述空气钢瓶9出口与CO2钢瓶8出口在汇合点汇合后与微藻溶液储罐2的鼓气入口20连接；微藻溶液储罐2的底部出口与文丘里管12的进料口27连接，文丘里管12的出料口28与微藻溶液储罐2的进口连接，所述微藻溶液储罐2还设有鼓气出口16和取样口19；
所述原水罐1的出水口与中空纤维膜接触器3底部的原水进口25连接，中空纤维膜接触器3的壳程出口30与文丘里管12的氨气分子入口29连接，中空纤维膜接触器3的原水出口26与原水罐1的进口连接。
在上述方案的基础上，所述空气钢瓶9与所述汇合点之间设有减压阀Ⅰ13和气体流量计Ⅰ10。
在上述方案的基础上，所述CO2钢瓶8与所述汇合点之间设有减压阀Ⅱ14和气体流量计Ⅱ15。
在上述方案的基础上，所述微藻溶液储罐2的外部设有若干LED灯7，所述微藻溶液储罐2放置于恒温水浴槽6内。
在上述方案的基础上，所述鼓气出口16上设有阀门Ⅰ17。
在上述方案的基础上，所述微藻溶液储罐2的底部出口与文丘里管12的进料口27之间设有蠕动泵11和阀门Ⅱ18。
在上述方案的基础上，所述原水罐1的出水口与中空纤维膜接触器3的原水进口25之间设有隔膜泵4和液体流量计5。
一种利用微藻处理氨氮废水的方法，应用上述处理装置，包括以下步骤：
步骤1，将少量微藻细胞接种至培养液，并将种有微藻细胞的培养液置于光照培养箱中进行培养；所述培养液为3N-BBM+V(Bold Basal Medium with 3-fold Nitrogen andVitamins；modified)；
步骤2，当培养液中的微藻细胞浓度达到1×106cells/mL时，通过离心机收集微藻细胞；之后使用无菌蒸馏水对微藻细胞进行冲洗，经再次离心后，将微藻细胞转移至不含NaNO3的3N-BBM+V培养液中进行2天的氮饥饿处理；经过氮饥饿处理后的微藻细胞溶液被转移至微藻溶液储罐2中；
步骤3，通过隔膜泵4和液体流量计5控制原水流速，使原水罐1中的原水进入中空纤维膜接触器3的管程；
步骤4，微藻溶液储罐2中的微藻细胞溶液通过蠕动泵11控制流速，进入文丘里管12；微藻细胞溶液和原水的流动方向相同；
原水中的氨气分子透过中空纤维膜接触器3的膜表面微孔进入中空纤维膜接触器3的壳程，借由文丘里效应产生的吸力作用，快速进入经过氮饥饿处理的微藻细胞溶液中，作为微藻细胞生长所需的氮源被利用；
步骤5，原水在中空纤维膜接触器3中释放氨气后，流回原水罐1；微藻细胞溶液经过文丘里管12后，流回微藻溶液储罐2。
在上述方案的基础上，步骤1所述的微藻细胞为小球藻(Chlorella vulgaris)。
在上述方案的基础上，步骤1所述的培养液包含的主要成分有(浓度单位均为g/L)：NaNO3,0.75；CaCl2·2H2O,0.025；MgSO4·7H2O,0.075；K2HPO4·3H2O,0.075；KH2PO4,0.175；NaCl,0.025。
在上述方案的基础上，步骤1所述的培养液还含有其他微量组分，包括(浓度单位均为mg/L)：Na2EDTA,4.5；FeCl3·6H2O,0.582；MnCl2·4H2O,0.246；ZnCl2,0.03；CoCl2·6H2O,0.012；Na2MoO4·2H2O,0.024；VB1,1.2；VB12,0.01。
在上述方案的基础上，步骤1的微藻细胞培养条件为：生长温度：27℃，光照时间：14h，光照强度：26μmol/m2·s。
在上述方案的基础上，步骤2的微藻细胞培养条件为：生长温度：27℃，光照时间：14h，光照强度：15μmol/m2·s，鼓气量：1L/min。
所述中空纤维膜接触器3的制备过程为：将一束聚丙烯(PP)中空纤维膜置于透明的玻璃膜壳中；中空纤维膜两端与玻璃膜壳使用环氧树脂密封，之后将膜两端多余的部分切掉，制成中空纤维膜接触器3。
利用本发明所述装置去除废水中氨氮的应用，在废水经过2天的处理后，氨氮去除率可以达到90％以上；经处理3天后，废水中的氨氮去除率可达100％。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)使用微藻去除废水中的氨氮，在净化废水水质的同时，可以得到微藻生物质，该生物质可被用于生产生物能源；
(2)对原水与微藻细胞溶液分别进行单独操作，将两种液体分隔开来，避免废水中的其他有毒物质抑制微藻的生长；
(3)应用文丘里管产生的吸力，可使透过微孔膜的氨气分子更快更容易地进入微藻细胞溶液；
(4)可处理的氨氮浓度较高，处理时间较短，氨氮去除率可达到100％；
(5)微藻细胞可反复用于去除氨氮的过程。
附图说明
本发明有如下附图：
图1利用微藻处理氨氮废水的装置示意图；
图2微藻培养装置示意图；
图3中空纤维膜接触器示意图；
图4文丘里管示意图；
图5微藻培养流程示意图；
图6使用本发明所述装置处理人工废水，氨氮浓度变化与微藻细胞生长曲线图；
图7使用本发明所述装置处理动物粪便沼液，氨氮浓度变化与微藻细胞生长曲线图。
附图标记：
1.原水罐；2.微藻溶液储罐；3.中空纤维膜接触器；4.隔膜泵；5.液体流量计；6.恒温水浴槽；7.LED灯；8.CO2钢瓶；9.空气钢瓶；10.气体流量计Ⅰ；11.蠕动泵；12.文丘里管；13.减压阀Ⅰ；14.减压阀Ⅱ；15.气体流量计Ⅱ；16.鼓气出口；17.阀门Ⅰ；18.阀门Ⅱ；19.取样口；20.鼓气入口；21.琼脂培养皿；22.25ml烧瓶；23.250ml烧瓶；24.光生物反应器；25.原水进口；26.原水出口；27.进料口；28.出料口；29.氨气分子入口；30.中空纤维膜接触器壳程出口。
注：各图中的实线箭头代表液体/气体的流动方向。
具体实施方式
本发明涉及一种利用微藻处理氨氮废水的装置及方法，充分发挥了各自技术的优势。本发明使用中空纤维膜接触器3将含有氨氮的废水与微藻细胞液分开操作，避免微藻与废水直接接触，废水中的有毒物质抑制微藻生长，降低微藻去除氨氮的效率。利用文丘里管12产生的负压及吸力作用，使得原水中的氨气分子在透过疏水微孔膜后，更快地进入微藻溶液中被微藻所利用。该方法可实现微藻细胞在处理氨氮废水过程中的反复使用；氨氮去除速率较快；可处理氨氮浓度较高的废水；且对操作条件要求较低，可降低操作难度，简化处理装置，减少维护费用。
以下结合附图和具体实施案例，对本发明作进一步详细说明。
一种利用微藻处理氨氮废水的装置，包括原水罐1、空气钢瓶9、CO2钢瓶8、光生物反应器24、中空纤维膜接触器3和文丘里管12；
所述光生物反应器包括微藻溶液储罐2、恒温水浴槽6和LED灯7；
所述空气钢瓶9出口与CO2钢瓶8出口在汇合点汇合后与微藻溶液储罐2的鼓气入口20连接；微藻溶液储罐2的底部出口与文丘里管12的进料口27连接，文丘里管12的出料口28与微藻溶液储罐2的进口连接，所述微藻溶液储罐2还设有鼓气出口16和取样口19；
所述原水罐1的出水口与中空纤维膜接触器3底部的原水进口25连接，中空纤维膜接触器3的壳程出口30与文丘里管12的氨气分子入口29连接，中空纤维膜接触器3的原水出口26与原水罐1的进口连接。
在上述方案的基础上，所述空气钢瓶9与所述汇合点之间设有减压阀Ⅰ13和气体流量计Ⅰ10。
在上述方案的基础上，所述CO2钢瓶8与所述汇合点之间设有减压阀Ⅱ14和气体流量计Ⅱ15。
在上述方案的基础上，所述微藻溶液储罐2的外部设有若干LED灯7，所述微藻溶液储罐2放置于恒温水浴槽6内。
在上述方案的基础上，所述鼓气出口16上设有阀门Ⅰ17。
在上述方案的基础上，所述微藻溶液储罐2的底部出口与文丘里管12的进料口27之间设有蠕动泵11和阀门Ⅱ18。
在上述方案的基础上，所述原水罐1的出水口与中空纤维膜接触器3的原水进口25之间设有隔膜泵4和液体流量计5。
实施案例：
1.材料
微藻菌株与培养条件：选择生长在琼脂培养皿21表面的小球藻(Chlorellavulgaris)单个菌落，将该微藻菌落转移到事先准备好的，已经过高压蒸汽灭菌器消毒的培养液中。
培养液采用的是3N-BBM+V培养液，其中加入0.2g/L的葡萄糖，3N-BBM+V培养液的配方如下(浓度单位均为g/L)：NaNO3,0.75；CaCl2·2H2O,0.025；MgSO4·7H2O,0.075；K2HPO4·3H2O,0.075；KH2PO4,0.175；NaCl,0.025。此外，该培养液还含有其他微量组分，包括(浓度单位均为mg/L)：Na2EDTA,4.5；FeCl3·6H2O,0.582；MnCl2·4H2O,0.246；ZnCl2,0.03；CoCl2·6H2O,0.012；Na2MoO4·2H2O,0.024；VB1,1.2；VB12,0.01。将20mL培养液置于25mL烧瓶22中。
将种有小球藻的培养液置于光照培养箱中培养，培养条件为：生长温度：27℃；光照时间：14h；光照强度：26μmol/m2·s。
中空纤维膜接触器3：使用聚丙烯(PP)中空纤维疏水膜，内径为0.22mm，外径为0.3mm，孔隙率为40％；膜接触器外壳材料为玻璃，长度为270mm，组件内膜的总面积为0.18m2。
文丘里管12：材料为铝合金，长度为150mm，进口处直径为15mm,水蒸气/产水入口直径为10mm，出水口直径为25mm。
人工氨氮废水：在去离子水中添加氨水，使得氨浓度达到400ppm。
动物粪便沼液：动物粪便沼液经过微超滤和除臭预处理后，使用去离子水将废水中的氨浓度稀释至400ppm。调节该废水pH至10。
2.微藻培养与氮饥饿处理
将种有小球藻的20mL培养液置于光照培养箱中培养5-7天后，微藻细胞浓度达到1×105cells/mL以上时，将该微藻溶液接种至经过高压蒸汽灭菌器消毒的3N-BBM+V培养液中，培养液体积为200mL，培养液置于250ml烧瓶23中。
将该微藻培养液置于光照培养箱中培养，培养条件为：生长温度：27℃；光照时间：14h；光照强度：26μmol/m2·s；鼓气量：1L/min；CO2体积浓度：2％。
待200mL培养液中的微藻细胞浓度达到1×106cells/mL时(4-6天)，将该微藻溶液平均分成10份，分别接种至10个盛有经过消毒的3N-BBM+V培养液的光生物反应器24中，每个光生物反应器24中的培养液体积为3000mL。培养条件为：生长温度：27℃；光照时间：14h；光照强度：26μmol/m2·s；鼓气量：1L/min；CO2体积浓度：2％。
待光生物反应器24中的微藻细胞浓度达到1×106cells/mL时(4-6天)，微藻溶液经离心后，收集微藻细胞。使用无菌蒸馏水对微藻进行冲洗，经再次离心，去除上层清液后，将微藻细胞转移至不含NaNO3的3N-BBM+V培养液中。微藻细胞浓度被调整为2×106cells/mL，进行2天的氮饥饿处理。此时的培养条件为：生长温度：27℃；光照时间：14h；光照强度：15μmol/m2·s；鼓气量：1L/min。
3.操作步骤
(1)检查，确保装置各部件连接正确及紧密。
(2)光生物反应器24中盛有经过氮饥饿处理的微藻溶液。打开蠕动泵11，调节微藻溶液流量为6L/h。微藻溶液在通过文丘里管12后，流回光生物反应器24的微藻溶液储罐2中。光生物反应器24侧的操作条件为：生长温度：28℃；光照强度为25μmol/m2·s；LED灯保持24小时打开；鼓气量：1L/min；CO2体积浓度：2％。
(3)打开隔膜泵4，通过液体流量计5控制氨氮废水流量为2L/h，原水槽1开口密封，水温保持在25～30℃。原水与微藻溶液的流动方向相同。原水中的氨气分子可透过疏水膜表面的微孔，进入中空纤维膜接触器3的壳程。之后氨分子被文丘里管12产生的吸力作用吸入微藻溶液，作为微藻细胞生长所需的氮源被利用。
(4)在中空纤维膜接触器3中释放氨气分子后，原水流回原水罐1。
(5)经过一段时间的处理后，原水中的氨氮被完全去除，此时微藻细胞溶液被移出光生物反应器24，离心，收集微藻细胞。该微藻细胞可被用于制造生物能源，也可再一次经过氮饥饿处理后，继续用于去除废水中的氨氮。
4.氨氮去除效果与微藻细胞浓度变化情况
当原水为人工氨氮废水，氨浓度为400ppm时，使用本发明所述装置，可在3天内，使原水中的氨氮浓度降至0，氨氮去除率达到100％。如附图6所示，在经过一天的处理后，原水中的氨氮浓度显著下降至80ppm，去除率达到80％，此时，微藻细胞浓度从2×106cells/mL增加到2.6×106cells/mL。在经过两天的处理后，原水中的氨氮浓度进一步下降至35ppm，去除率达到91.2％，微藻细胞浓度从2.6×106cells/mL增加到3.1×106cells/mL。经过第三天的处理后，原水中的氨氮浓度变为0，氨氮去除率达到100％；此时，微藻细胞浓度变为3.4×106cells/mL。
当原水为垃圾渗滤废液，经过稀释后的氨浓度为400ppm时，使用本发明所述装置，可在3天内，使原水中的氨氮含量降到5ppm以下，氨氮去除率达到99.3％。如附图7所示，在经过一天的处理后，原水中的氨氮浓度显著下降至95ppm，去除率达到76.2％，此时，微藻细胞浓度从2×106cells/mL增加到2.4×106cells/mL。在经过两天的处理后，原水中的氨氮浓度进一步下降至40ppm，去除率达到90％，微藻细胞浓度从2.4×106cells/mL增加到3×106cells/mL。经过第三天的处理后，原水中的氨氮浓度变为3，氨氮去除率达到99.3％；此时，微藻细胞浓度变为3.2×106cells/mL。
5.注意事项
(1)在本发明所述装置运行一段时间后，由于膜接触器的管程与废水直接接触，可能会产生膜表面结垢及膜孔润湿现象，由此造成氨的传质系数下降，微藻去除氨氮的能力受到限制；此外，废水可能直接透过分离膜进入微藻细胞液，影响微藻的生长。因此每隔一段时间，需要对膜接触器进行清洗。清洗步骤大致为：配制pH为2.5的盐酸溶液和pH为11.5的氢氧化钠溶液，分别清洗膜接触器30分钟，通过液体流量计和隔膜泵控制洗液流速，使得膜组件处于流速不断变化的动态清洗过程。之后，使用去离子水进行冲洗，直至清洗液的pH值回复到7左右。
(2)文丘里管中由于通入微藻溶液，会有一些微藻细胞残留在管内，可能堵塞文丘里管的出口。因此，在装置运行一段时间后，需用清水对文丘里管进行冲洗。
(3)确保原水槽开口密封，避免氨气分子逸出。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种利用微藻处理氨氮废水的装置，其特征在于：包括原水罐（1）、空气钢瓶（9）、CO2钢瓶（8）、光生物反应器（24）、中空纤维膜接触器（3）和文丘里管（12）；
所述光生物反应器包括微藻溶液储罐（2）、恒温水浴槽（6）和LED灯（7）；
所述空气钢瓶（9）出口与CO2钢瓶（8）出口在汇合点汇合后与微藻溶液储罐（2）的鼓气入口（20）连接；微藻溶液储罐（2）的底部出口与文丘里管（12）的进料口（27）连接，文丘里管（12）的出料口（28）与微藻溶液储罐（2）的进口连接，所述微藻溶液储罐（2）还设有鼓气出口（16）和取样口（19）；
所述原水罐（1）的出水口与中空纤维膜接触器（3）底部的原水进口（25）连接，中空纤维膜接触器（3）的壳程出口（30）与文丘里管（12）的氨气分子入口（29）连接，中空纤维膜接触器（3）的原水出口（26）与原水罐（1）的进口连接；
所述微藻溶液储罐（2）的底部出口与文丘里管（12）的进料口（27）之间设有蠕动泵（11）和阀门Ⅱ（18）；
所述原水罐（1）的出水口与中空纤维膜接触器（3）的原水进口（25）之间设有隔膜泵（4）和液体流量计（5）。
2.如权利要求1所述的利用微藻处理氨氮废水的装置，其特征在于：所述空气钢瓶（9）与所述汇合点之间设有减压阀Ⅰ（13）和气体流量计Ⅰ（10）；
所述CO2钢瓶（8）与所述汇合点之间设有减压阀Ⅱ（14）和气体流量计Ⅱ（15）。
3.如权利要求1所述的利用微藻处理氨氮废水的装置，其特征在于：所述微藻溶液储罐（2）的外部设有若干LED灯（7），所述微藻溶液储罐（2）放置于恒温水浴槽（6）内。
4.如权利要求1所述的利用微藻处理氨氮废水的装置，其特征在于：所述鼓气出口（16）上设有阀门Ⅰ（17）。
5.一种利用微藻处理氨氮废水的方法，应用权利要求1-4任意一个权利要求所述的利用微藻处理氨氮废水的装置，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，将少量微藻细胞接种至培养液，并将种有微藻细胞的培养液置于光照培养箱中进行培养；所述培养液为3N-BBM+V；
步骤2，当培养液中的微藻细胞浓度达到1×106 cells/mL时，通过离心机收集微藻细胞；之后使用无菌蒸馏水对微藻细胞进行冲洗，经再次离心后，将微藻细胞转移至不含NaNO3的3N-BBM+V培养液中进行2天的氮饥饿处理；经过氮饥饿处理后的微藻细胞溶液被转移至微藻溶液储罐（2）中；
步骤3，通过隔膜泵（4）和液体流量计（5）控制原水流速，使原水罐（1）中的原水进入中空纤维膜接触器（3）的管程；
步骤4，微藻溶液储罐（2）中的微藻细胞溶液通过蠕动泵（11）控制流速，进入文丘里管（12）；微藻细胞溶液和原水的流动方向相同；
原水中的氨气分子透过中空纤维膜接触器（3）的膜表面微孔进入中空纤维膜接触器（3）的壳程，借由文丘里效应产生的吸力作用，快速进入经过氮饥饿处理的微藻细胞溶液中，作为微藻细胞生长所需的氮源被利用；
步骤5，原水在中空纤维膜接触器（3）中释放氨气后，流回原水罐（1）；微藻细胞溶液经过文丘里管（12）后，流回微藻溶液储罐（2）；
步骤1所述微藻细胞为小球藻；
所述培养液包含的主要成分有：NaNO3, 0.75g/L; CaCl2·2H2O, 0.025g/L; MgSO4·7H2O, 0.075g/L; K2HPO4·3H2O, 0.075g/L; KH2PO4, 0.175g/L; NaCl, 0.025g/L；
所述培养液还含有其他微量组分，包括：Na2EDTA, 4.5mg/L; FeCl3·6H2O, 0.582mg/L; MnCl2·4H2O, 0.246mg/L; ZnCl2, 0.03mg/L; CoCl2·6H2O, 0.012mg/L; Na2MoO4·2H2O, 0.024mg/L; VB1, 1.2mg/L; VB12, 0.01mg/L。
6.如权利要求5所述的利用微藻处理氨氮废水的方法，其特征在于：步骤1的微藻细胞培养条件为：生长温度：27℃，光照时间：14 h，光照强度：26 µmol/m2·s。
7.如权利要求5所述的利用微藻处理氨氮废水的方法，其特征在于：步骤2的微藻细胞培养条件为：生长温度：27℃，光照时间：14 h，光照强度：15 µmol/m2·s，鼓气量：1 L/min。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108751581B (zh) * 2018-05-25 2021-04-27 中节能工程技术研究院有限公司 一种垃圾渗滤液生化出水的处理工艺
CN108467161B (zh) * 2018-05-25 2023-12-22 中节能工程技术研究院有限公司 一种垃圾渗滤液尾水的深度处理方法
CN111115827B (zh) * 2018-10-30 2022-06-28 中国石油化工股份有限公司 利用微藻脱除分子筛废水中氨氮的方法
CN112047478A (zh) * 2020-08-10 2020-12-08 中国科学院城市环境研究所 一种静电纺丝纤维膜固定微藻复合材料去除硝酸盐的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1319032A (zh) * 1998-09-25 2001-10-24 美国污水过滤器集团公司 清洗膜过滤组件的装置和方法
CN102086075A (zh) * 2009-12-08 2011-06-08 北京机电院高技术股份有限公司 一种垃圾渗滤液深度处理工艺方法
CN102190405A (zh) * 2011-03-25 2011-09-21 南通京源水工自动化设备有限公司 低能耗膜清洗中水回用装置
CN102417273A (zh) * 2011-10-10 2012-04-18 北京建筑工程学院 一种动态膜净化反应器和去除再生水中氨氮和有机物的方法
CN102826712A (zh) * 2012-09-05 2012-12-19 中国环境科学研究院 研究水体中溶解性有机氮的生物有效性的方法和装置
WO2013088237A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Masdar Institute Of Science And Technology Vacuum membrane distillation (vmd) using aspirator to generate vacuum pressure
CN103663860A (zh) * 2013-10-30 2014-03-26 郭强 一种高浓度废水的处理方法
CN103992996A (zh) * 2014-04-28 2014-08-20 宁波大学 一种用于去除有机污水中氨氮的固定化原绿球藻藻球的制备方法及其应用
CN104445816A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 南昌大学 一种处理高浓度氨氮养猪沼液的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9360242B2 (en) * 2013-05-17 2016-06-07 Rebound Technologies, Inc. Methods, systems, and devices for producing a heat pump

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1319032A (zh) * 1998-09-25 2001-10-24 美国污水过滤器集团公司 清洗膜过滤组件的装置和方法
CN102086075A (zh) * 2009-12-08 2011-06-08 北京机电院高技术股份有限公司 一种垃圾渗滤液深度处理工艺方法
CN102190405A (zh) * 2011-03-25 2011-09-21 南通京源水工自动化设备有限公司 低能耗膜清洗中水回用装置
CN102417273A (zh) * 2011-10-10 2012-04-18 北京建筑工程学院 一种动态膜净化反应器和去除再生水中氨氮和有机物的方法
WO2013088237A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Masdar Institute Of Science And Technology Vacuum membrane distillation (vmd) using aspirator to generate vacuum pressure
CN102826712A (zh) * 2012-09-05 2012-12-19 中国环境科学研究院 研究水体中溶解性有机氮的生物有效性的方法和装置
CN103663860A (zh) * 2013-10-30 2014-03-26 郭强 一种高浓度废水的处理方法
CN103992996A (zh) * 2014-04-28 2014-08-20 宁波大学 一种用于去除有机污水中氨氮的固定化原绿球藻藻球的制备方法及其应用
CN104445816A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 南昌大学 一种处理高浓度氨氮养猪沼液的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"The experimental study of ammonia removal in Compound Clinoptilolite biological aerated filter (BAF)";Longlong Gao，et al.;《Applied Mechanics and Materials》;20130213;第295-298卷;全文 *
"基于PTFE平板膜的膜蒸馏技术处理垃圾渗滤液的研究";丁闩保;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20151015(第10期);全文 *
"真空膜蒸馏用于脱除水中氨的传质性能研究";李兆曼等;《北京化工大学学报》;20071030;第33卷(第2期);第23页左栏第1段，第24页右栏第3段，表1，图1 *

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