CN109264857B - 一种用于废水处理的光生物流化床反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于废水处理的光生物流化床反应装置，属于微藻培养技术领域。包括装置本体，其侧壁由透光材料制成；吸附杀菌单元，包括紫外灯、多层间隔设置的吸附杀菌层，紫外灯位于装置本体内顶部，吸附杀菌层与装置本体内侧壁贴合固定，吸附杀菌层由上至下依次为吸附碳层、吸光黑布和细网格栅；培养结构，位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球；喷淋装置，设置在培养结构和吸附杀菌单元之间，且连接装置本体侧壁的喷淋接口；防水灯带；螺旋设置在培养结构上。本发明实现了藻类培养、收集的一体化，节约了微藻培养成本的同时，净化水质和空气，同时收获大量藻类生物质。
Description
技术领域
本发明涉及微藻培养技术领域，特别是一种用于废水处理的光生物流化床反应装置。
背景技术
微藻是光能自养型生物，广泛分布在地球上的淡水、海洋和各种土壤里，具有生长迅速、光合效率高、适应性强和通过无性繁殖等特点。微藻可利用光能、CO2、废水中的有机碳、氨氮、有机磷等物质为碳源、氮源和磷源，并吸附重金属净化废水；也可吸收大气中的CO2等气体作为自身代谢碳源，产生O2净化空气；同时微藻中含多种高附加值生物活性物质，如多不饱和脂肪酸、藻类多糖、藻蓝素、虾青素、胡萝卜素等，具有抗生素、抗心血管疾病、增强免疫力、抗肿瘤、抗辐射、抗突变和抗艾滋病等药用价值和保健功能，对人类的疾病有预防、治疗和保健功能。微藻作为饲料、医疗、生物工程、食品、轻化工、生物燃料等行业的重要原料，其产业化生产与利用愈发为人们所重视。
活性污泥是现代化污水处理厂中深度生物处理的必然用到的，活性污泥中含有大量的微生物，包括噬磷菌、亚硝化细菌、硝化细菌等，污水处理厂一直存在着三方面的大问题,即1.好氧池曝气消耗污水处理厂60％以上的能源；2.活性污泥的膨胀、腐化变质增加了运营难度与专业性；3.剩余活性污泥过盛导致剩余污泥处理成本的增加与对环境的二次污染。目前几乎80％以上的污水处理产均存在以上问题，研究和开发新的污水处理工艺、降低污水处理成本与运营难度是目前最需要探索与研究的，这也是对环境保护的必然要求。
对于微藻能源的开发方面，目前国内外的主要研究方向是利用微藻处理废水、微藻都得生物固碳、微藻规模化养殖及高附加值产物的提取方向，而微藻对废水的处理、规模化养殖及高附加值产物的提取上，存在以下问题，1.微藻需要光才能将CO2及碳源转化为O2，进行生物固碳；2.微藻对污水的COD降解有限，超过一定时间后污水的COD还会呈增加趋势，但对营养元素如N、P等，降解效果突出；3.微藻较小，且难以沉降了，这也导致了微藻在悬浮状态下收集的成本将大大增加，这也是制约微藻规模化养殖的主要原因；4.微藻处理废水所需要的水里停留时间较长，且处理完污水后不能很好地去除微藻，导致水体的浊度、色度等升高；5.微藻的生物固碳量较低，因为悬浮状态下空气中的CO2需要从空气介质进入液态培养基自由扩散进入藻细胞，之后才能被吸收固定并在光的作用下发生光合作用，将CO2转化为O2，但CO2在液体中的溶解度较低，要想提高CO2在培养基中的溶解度，就必须是培养基呈碱性，但由于微藻适宜生长的pH范围在6-10左右，所以CO2的生物固定依然受很大制约与影响。
目前，微藻可与污水和工业废气的处理相结合，在处理污水和工业废气的同时合成高附值物质，降低培养成本。研究方向主要为探究微藻的培养方法和不同废液类型与不同微藻类型的藕合，对于如何实现废液发酵与微藻培养、回收、剩余污泥过剩等一体化生产等问题上，关注较少，因此，有必要提出一种用于废水处理的光生物流化床反应装置来实现微藻培养、回收及剩余污泥过剩等一体化生产，从而降低生产成本，净化废水和空气。
发明内容
本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种用于废水处理的光生物流化床反应装置，通过将固定化微藻球珠与固定化活性污泥球珠作为填料相结合，实现了藻类培养、收集的一体化，节约了微藻培养成本的同时，净化水质和空气，同时收获大量藻类生物质。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于废水处理的光生物流化床反应装置，包括
装置本体，其侧壁由透光材料制成；装置本体顶部设有排气孔，位于排气孔下方设有吸附杀菌单元，底部设有排液口及曝气装置；
吸附杀菌单元，包括紫外灯、多层间隔设置的吸附杀菌层，紫外灯位于装置本体内顶部，所述吸附杀菌层与装置本体内侧壁贴合固定，吸附杀菌层由上至下依次为吸附碳层、吸光黑布和细网格栅；
培养结构，包括若干层，且位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球；
喷淋装置，设置在培养结构和吸附杀菌单元之间，且连接装置本体侧壁的喷淋接口；
防水灯带；螺旋设置在培养结构上；
自动控制单元，包括控制台以及与其连接的光照传感器，所述光照传感器设置在培养处理塔筒内。
优选的，包括多个培养结构，且培养结构之间通过细格栅间隔，细格栅与装置本体内壁相连；所述培养结构包括钢丝网内胆、若干圆台托盘和若干外环托盘，所述钢丝网内胆为筒状结构位于细格栅中间且与细格栅垂直；所述圆台托盘内表面设有向上凸起的孔槽，所述圆台托盘盘口竖直朝上设置且与钢丝网内胆内侧连接，若干所述圆台托盘依次间隔设置；所述外环托盘为环状结构，其内环口对应套设在钢丝网内胆外侧面上并与圆台托盘盘口对齐，所述外环托盘外缘倾斜朝下并与筒体内侧对应贴合；所述外环托盘均匀设置通孔。
优选的，所述外环托盘由光学亚克力材料构成；所述圆台托盘由不锈钢材料构成，其孔槽半径1-3mm，孔槽凸起高1-3mm。
优选的，所述圆台托盘内均匀装入直径为3-5mm的固定化活性污泥球珠；所述外环托盘内装入直径为3-5mm的固定化微藻球珠。
优选的，所述喷淋接口外连接有过滤装置，过滤装置由外到内依次为纱布、海绵、石砾、活性炭、纱布和过滤格栅。
优选的，所述装置本体对应每一外环托盘外缘处设有用于更换固定化藻球的换料口。
优选的，所述培养结构与位于装置本体底部的电动马达相连，所述电动马达驱动培养结构旋转。
优选的，所述装置本体顶部设置翻盖，装置本体底部为漏斗状。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明可分为两部分吸附杀菌单元、培养结构，吸附杀菌单元用于对反应气体的细菌杂质吸附和杀菌消毒。培养结构设置多层，将固定化微藻和固定化活性污泥相结合，微藻光合作用吸收CO2产生O2与活性污泥呼吸作用吸收O2产生CO2形成动态平衡状态，因此可以在不曝气的情况下实现污水的高效处理，可以大大降低对于废水处理的曝气耗能，同时将微藻和活性污泥的优点相结合，利用微藻对氮磷的高效吸收和活性污泥对COD的快速降解，实现对废水的高效处理。
2.本发明可以在微藻培养时可以采用间歇补充和混合补充发酵液的方式，解决了发酵液中高浓度氨氮抑制微藻生长的难题，比一般用净水稀释的方法节约了大量的清洁用水。
3.对于微藻回收这一难题，本发明将微藻固定化，生长一段时间后只需要将外环托盘中的固定化微藻球珠收集起来，再加入0.1mol/l的柠檬酸三钠或碳酸氢钠即可收获包埋载体中的微藻；固定化活性污泥可有效减少或抑制剩余污泥的产生，减少对剩余污泥的处理成本。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是培养结构示意图。
附图中，1-废水发酵罐1、2-集液罐2、3-反应装置3、31-装置本体31、32-喷淋装置、33-细格栅、34-钢丝网内胆、35-圆台托盘、36-外环托盘、37-曝气装置、38-排液口、39-排气孔、4-吸附杀菌单元、41-紫外灯、42-吸附碳层、43-吸光黑布、44-细网格栅。
具体实施方式
以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。
如图1-2所示，本发明公开了一种用于废水处理的光生物流化床反应装置3，包括装置本体31、吸附杀菌单元4、培养结构、喷淋装置32、防水灯带和自动控制单元。
其中，装置本体31，其侧壁由透光材料制成；装置本体31顶部设有排气孔39，位于排气孔39下方设有吸附杀菌单元4，底部设有排液口38及曝气装置37。装置本体31顶部设置翻盖，装置本体31底部为漏斗状。装置本体31对应每一外环托盘36外缘处设有用于更换固定化藻球的换料口，图中未画出。
吸附杀菌单元4，包括紫外灯41、多层间隔设置的吸附杀菌层，紫外灯41位于装置本体31内顶部，所述吸附杀菌层与装置本体31内侧壁贴合固定，吸附杀菌层由上至下依次为吸附碳层42、吸光黑布43和细网格栅44。这里同步实现对反应气体的细菌杂质吸附和杀菌消毒。
培养结构，包括若干层，且位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球。包括多个培养结构，且培养结构之间通过细格栅33间隔，细格栅33与装置本体31内壁相连。培养结构包括钢丝网内胆34、若干圆台托盘35和若干外环托盘36，所述钢丝网内胆34为筒状结构位于细格栅33中间且与细格栅33垂直。圆台托盘35内表面设有向上凸起的孔槽，所述圆台托盘35盘口竖直朝上设置且与钢丝网内胆34内侧连接，若干所述圆台托盘35依次间隔设置。所述外环托盘36为环状结构，其内环口对应套设在钢丝网内胆34外侧面上并与圆台托盘35盘口对齐，所述外环托盘36外缘倾斜朝下并与筒体内侧对应贴合。所述外环托盘36均匀设置通孔。
其中，外环托盘36由光学亚克力材料构成。所述圆台托盘35由不锈钢材料构成，其孔槽半径1-3mm，孔槽凸起高1-3mm。圆台托盘35内均匀装入直径为3-5mm的固定化活性污泥球珠；所述外环托盘36内装入直径为3-5mm的固定化微藻球珠。固定化活性污泥和固定化微藻相结合的方式作为填料处理废水与外界气体中含有的CO2和NOX，不产生剩余污泥，固定化微藻通过光合作用吸收CO2产生的O2与固定化活性污泥通过呼吸作用吸收O2产生的CO2耦合，形成有机体系，从而无需外部曝气好氧。
喷淋装置32，设置在培养结构和吸附杀菌单元4之间，且连接装置本体31侧壁的喷淋接口。
防水灯带；螺旋设置在培养结构上。具有的为螺旋设置在钢丝网内胆34上。
自动控制单元，包括控制台以及与其连接的光照传感器，所述光照传感器设置在培养处理塔筒内。
具体的，所述喷淋接口外连接有过滤装置，过滤装置由外到内依次为纱布、海绵、石砾、活性炭、纱布和过滤格栅。
作为一种改进的实施方式，培养结构与位于装置本体31底部的电动马达相连，所述电动马达驱动培养结构旋转。这样可以减少由于白天光照不均匀造成的不良影响。
在具体应用中，也可以配合废水发酵罐1、集液罐2实施，废水发酵罐1对收集在其内部容腔中的废水进行搅拌发酵，得到微藻培养液。集液罐2与废水发酵罐1相连，收集和储存所述微藻培养液。集液罐2通过导水管连通过滤装置。废水发酵罐1顶部通过导气管连通曝气装置37。
废水发酵单元，用于进行废水发酵，发酵过程中不断搅拌，发酵所产生的CO2、沼气可以通过气阀流量计供藻类生长所用，当然也也可以直接对培养处理单元泵入空气或其他CO2源；所产沼液或叫培养液导入集液单元，集液单元经过喷淋装置32抽提，将培养液喷洒至培养处理单元内腔中的固定化微藻球珠和固定化活性污泥球珠上。当然，之后还可以，通过气泵将外部空气或废水发酵单元中的沼气、CO2通过导气管和布气管，导入培养处理单元，使得鼓入气体从布气管中的液体界面上升进入培养处理单元，与从上至下喷淋所产生的培养液相遇，更充分的吸收鼓入空气中的CO2、NOx和病菌，污水处理更充分；并通过自动控制单元实现了对光生物反应器中温度、pH、光照等条件的在线监控与自动化控制，降低了运营管理难度。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (7)
1.一种用于废水处理的光生物流化床反应装置，其特征在于：包括
装置本体，其侧壁由透光材料制成；装置本体顶部设有排气孔，位于排气孔下方设有吸附杀菌单元，底部设有排液口及曝气装置；
吸附杀菌单元，包括紫外灯、多层间隔设置的吸附杀菌层，紫外灯位于装置本体内顶部，所述吸附杀菌层与装置本体内侧壁贴合固定，吸附杀菌层由上至下依次为吸附碳层、吸光黑布和细网格栅；
培养结构，包括若干层，且位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球；
喷淋装置，设置在培养结构和吸附杀菌单元之间，且连接装置本体侧壁的喷淋接口；
防水灯带；螺旋设置在培养结构上；
自动控制单元，包括控制台以及与其连接的光照传感器，所述光照传感器设置在培养处理塔筒内；
包括多个培养结构，且培养结构之间通过细格栅间隔，细格栅与装置本体内壁相连；所述培养结构包括钢丝网内胆、若干圆台托盘和若干外环托盘，所述钢丝网内胆为筒状结构位于细格栅中间且与细格栅垂直；所述圆台托盘内表面设有向上凸起的孔槽，所述圆台托盘盘口竖直朝上设置且与钢丝网内胆内侧连接，若干所述圆台托盘依次间隔设置；所述外环托盘为环状结构，其内环口对应套设在钢丝网内胆外侧面上并与圆台托盘盘口对齐，所述外环托盘外缘倾斜朝下并与筒体内侧对应贴合；所述外环托盘均匀设置通孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的光生物流化床反应装置,其特征在于：所述外环托盘由光学亚克力材料构成；所述圆台托盘由不锈钢材料构成，其孔槽半径1-3mm，孔槽凸起高1-3mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的光生物流化床反应装置,其特征在于：所述圆台托盘内均匀装入直径为3-5mm的固定化活性污泥球珠；所述外环托盘内装入直径为3-5mm的固定化微藻球珠。
4.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的光生物流化床反应装置,其特征在于：所述喷淋接口外连接有过滤装置，过滤装置由外到内依次为纱布、海绵、石砾、活性炭、纱布和过滤格栅。
5.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的光生物流化床反应装置,其特征在于：所述装置本体对应每一外环托盘外缘处设有用于更换固定化藻球的换料口。
6.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的光生物流化床反应装置,其特征在于：所述培养结构与位于装置本体底部的电动马达相连，所述电动马达驱动培养结构旋转。
7.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的光生物流化床反应装置,其特征在于：所述装置本体顶部设置翻盖，装置本体底部为漏斗状。
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