CN109395699A - 一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法。所述的方法包括以下步骤：（S.1）微藻培养；（S.2）微藻固定得到附着有微藻的活性炭悬浮液；（S.3）包埋固化得到微藻包埋微球；（S.4）污水处理，将微藻包埋微球投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素；（S.5）磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其高温分解将残渣粉碎研磨后得到含磷素的残渣。本发明克服了现有技术中微藻污水处理剂无法在微藻处理后回收其中的磷素，无法进一步再利用的缺陷，具有（1）能够有效的对污水中的磷素进行吸附，富集；（2）回收污水中的磷素；（3）减轻了富营养化问题，在环保的基础上增加了经济效益的优点。

Description

一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法。
背景技术
水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河湖、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。
在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他种类的藻类则逐渐减少。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。因此，若能够从将污水中的含氮含磷成分回收利用，能够减轻一大部分的水体富营养化的问题。
目前也有部分专利能够通过微藻处理污水中的含氮杂质，例如公开号为CN108017155A的一种微藻污水处理剂的制备方法，该发明公开了一种微藻污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：在无菌操作条件下，将小球藻以1×106个/mL～1×107个/mL的接种量接种到培养基中，在温度为25～27℃，转速为110～130转/分钟条件下，光照黑暗循环交替培养60～75小时，得到微藻培养液；将微藻培养液的pH值调整为4.5～6，加入柠檬酸钠，搅拌20～30分钟，加入氯化钙，搅拌40～50分钟，离心分离，得到微藻污水处理剂。该发明提供的微藻污水处理剂的制备方法操作简单，能耗低，使用该方法制备的微藻污水处理剂对畜禽养殖污水中的氮磷具有良好的净化效果。但是其也存在着不足之处，例如其只能分解污水中的有机氮以及有机磷等富营养物质，但是其无法回收利用。
发明内容
本发明是而为了克服现有技术中微藻污水处理剂无法在微藻处理后回收其中的磷素，无法进一步再利用的缺陷，提供了一中能够有效的对污水中的磷素进行吸附，并且能够对其进行回收，从而提升了经济效益的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，所述的方法包括以下步骤：
(S.1)微藻培养：将微藻在培养基中进行培养，得到微藻培养液；
(S.2)微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，搅拌吸附，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
(S.3)包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入包埋剂，搅拌均匀后，固化得到微藻包埋微球；
(S.4)污水处理：调节含磷污水的pH值，然后将微藻包埋微球投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素；
(S.5)磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其高温分解将残渣粉碎研磨后得到含磷素的残渣。
本发明中的本发明中的利用微藻处理废水并回收磷素的方法首先通过将微藻固定到活性炭的孔洞中，活性炭具有多孔的特性，从而使得其与外界的物质交换效率较高，将微藻固定到活性炭中能够在有效保护微藻的处理效率的前提下，还能够有效的保护微藻的活性，使得其与富营养物质之间形成一个缓冲区，从而使得毒性物质不容易影响到微藻中。将其通过包埋剂包埋后，微藻的外侧额外增加了一层保护层，进一步加强了其保护效果，为微藻的有效利用增加了保证。
将微藻包埋微球投入到污水中后，微藻能够将污水中的磷素有效的吸收，从而吸附在微藻的细胞内部，在吸收了磷素之后，将微藻包埋微球进行高温处理，从而能够使得微藻中的可挥发性物质被燃烧殆尽，而磷素能够有效的残留，残留的磷素为无机磷素，能够用作农作物的养料，从而使得磷素实现了回收利用，增加了经济效益。
作为优选，所述的步骤(S.1)中所用的微藻为小球藻、栅藻、葡萄藻、新月藻或者螺旋藻中的一种。
本发明中选用的微藻具有较强的污水处理能力，将其作为生物吸附剂吸附污水中的磷素，具有良好的效果。
作为优选，所述的微藻的培养过程如下：在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度25-35℃，震荡频率150-200rpm，光照条件80-120μmol m-2s-1。
作为优选，所述的微藻经培养后微藻培养液中微藻生物浓度为8.5×106～5×107个/mL。
微藻在此浓度下，能够高效的吸附污水中的磷素。
作为优选，所述的步骤(S.2)中活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉20～50g，搅拌吸附时间为5～12h。
活性炭具有多孔的特性，具有极大的比表面积，能够有效的吸附微藻培养液中的微藻，为微藻提供一个保护层，减少微藻受到污水中有毒物质的毒害。
作为优选，所述的步骤(S.3)中的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇(1～5)：1，所述的包埋剂添加量为悬浮液质量的3～8wt％。
海藻酸钠与聚乙烯醇具有良好的凝胶性能，其能够有效的包埋附着有微藻的活性炭，从而提供了微藻的第二层保护层，保证了微藻的活性。
作为优选，所述的步骤(S.3)中固化方法如下，将添加了有包埋剂的悬浮液缓慢滴加入CaCl2溶液中，得到微藻包埋微球。
作为优选，所述的CaCl2溶液的质量浓度为4～5.5％。
作为优选，所述的步骤(S.4)中含磷污水的pH值为5.5～7.8，每升污水中添加微藻包埋微球20～35g，吸附2～5天。
当pH值为5.5～7.8时，微藻具有较高的吸附活性，当在此条件下添加微藻包埋微球后，污水中的磷素能够被有效吸收值微藻中，从而实现了磷素的富集，减轻了污水中的富营养成分。
作为优选，所述的步骤(S.5)中高温分解温度为600～800℃，高分分解时间为2～5h，残渣研磨至粒径为600～800目。
当微藻包埋微球吸附有磷素后，对其进行高温处理，能够使得其中的有机质得到有效的分解，最终使得其中的无机磷素有效的残留下来，从而实现了磷素的有效回收。
因此，本发明具有以下有益效果：
(1)能够有效的对污水中的磷素进行吸附，富集；
(2)能够有效的回收其中的磷素；
(3)减轻了富营养化问题，在环保的基础上增加了经济效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明中的原料以及添加剂均可市购，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为个例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，所述的方法包括以下步骤：
(S.1)微藻培养：将小球藻在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度25℃，震荡频率150rpm，光照条件80μmol m-2s-1，得到微藻生物浓度为8.5×106个/mL的微藻培养液；
(S.2)微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉20g，搅拌吸附5h，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
(S.3)包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入悬浮液质量的3wt％的包埋剂，所述的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇1：1的组合物，搅拌均匀后，将其缓慢滴加入质量浓度为4％的CaCl2溶液中，固化得到微藻包埋微球；
(S.4)污水处理：调节含磷污水的pH值为5.5，然后按照每升污水中添加微藻包埋微球20g投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素2天；
(S.5)磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其在600℃的高温分解2h，将残渣粉碎研磨至粒径为600目后得到含磷素的残渣。
实施例2
一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，所述的方法包括以下步骤：
(S.1)微藻培养：将栅藻在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度25-35℃，震荡频率200rpm，光照条件120μmol m-2s-1，得到微藻生物浓度为5×107个/mL的微藻培养液；
(S.2)微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉50g，搅拌吸附12h，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
(S.3)包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入悬浮液质量的8wt％的包埋剂，所述的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇5：1的组合物，搅拌均匀后，将其缓慢滴加入质量浓度为5.5％的CaCl2溶液中，固化得到微藻包埋微球；
(S.4)污水处理：调节含磷污水的pH值为7.8，然后按照每升污水中添加微藻包埋微球35g投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素5天；
(S.5)磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其在800℃的高温分解5h，将残渣粉碎研磨至粒径为800目后得到含磷素的残渣。
实施例3
一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，所述的方法包括以下步骤：
(S.1)微藻培养：将葡萄藻在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度30℃，震荡频率180rpm，光照条件100μmol m-2s-1，得到微藻生物浓度为9.5×106个/mL的微藻培养液；
(S.2)微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉35g，搅拌吸附8h，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
(S.3)包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入悬浮液质量的5wt％的包埋剂，所述的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇3：1的组合物，搅拌均匀后，将其缓慢滴加入质量浓度为4.5％的CaCl2溶液中，固化得到微藻包埋微球；
(S.4)污水处理：调节含磷污水的pH值为6.5，然后按照每升污水中添加微藻包埋微球30g投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素3天；
(S.5)磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其在3天750℃的高温分解3h，将残渣粉碎研磨至粒径为700目后得到含磷素的残渣。
实施例4
一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，所述的方法包括以下步骤：
(S.1)微藻培养：将新月藻在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度30℃，震荡频率180rpm，光照条件115μmol m-2s-1，得到微藻生物浓度为2.5×107个/mL的微藻培养液；
(S.2)微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉45g，搅拌吸附10h，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
(S.3)包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入悬浮液质量的6wt％的包埋剂，所述的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇3：1的组合物，搅拌均匀后，将其缓慢滴加入质量浓度为5％的CaCl2溶液中，固化得到微藻包埋微球；
(S.4)污水处理：调节含磷污水的pH值为7.2，然后按照每升污水中添加微藻包埋微球30g投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素4天；
(S.5)磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其在650℃的高温分解4h，将残渣粉碎研磨至粒径为800目后得到含磷素的残渣。
实施例5
一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，所述的方法包括以下步骤：
(S.1)微藻培养：将螺旋藻在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度28℃，震荡频率160rpm，光照条件95μmol m-2s-1，得到微藻生物浓度为3.8×107个/mL的微藻培养液；
(S.2)微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉30g，搅拌吸附8h，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
(S.3)包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入悬浮液质量的5.5wt％的包埋剂，所述的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇3.5：1的组合物，搅拌均匀后，将其缓慢滴加入质量浓度为4％的CaCl2溶液中，固化得到微藻包埋微球；
(S.4)污水处理：调节含磷污水的pH值为6.1，然后按照每升污水中添加微藻包埋微球25g投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素5天；
(S.5)磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其在750℃的高温分解2.5h，将残渣粉碎研磨至粒径为700目后得到含磷素的残渣。
下面将实施例1～5中的污水处理效果进行测试，其结果如下表。
表1实施例1～5中污水处理效果
项目 pH 磷素吸附率(％) 磷素回收率(％)
实施例1 5.5 81.5 73.6
实施例2 7.8 79.1 75.8
实施例3 6.5 83.2 74.1
实施例4 7.2 83.4 78.9
实施例5 6.1 82.6 76.0
由表中数据可知，通过本发明中的方法能够有效的去除含磷废水中的磷素，且具有较高的磷素回收率，具有环保可靠，经济效益高的特点。

Claims (10)

1.一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
（S.1）微藻培养：将微藻在培养基中进行培养，得到微藻培养液；
（S.2）微藻固定：将微藻培养液中加入活性碳粉，搅拌吸附，得到附着有微藻的活性炭悬浮液；
（S.3）包埋：向步骤S.2中得到的附着有微藻的活性炭悬浮液中加入包埋剂，搅拌均匀后，固化得到微藻包埋微球；
（S.4）污水处理：调节含磷污水的pH值，然后将微藻包埋微球投放至含磷污水中，吸附污水中的磷素；
（S.5）磷素回收：将吸附有磷素的微藻包埋微球从污水中过滤，然后将其高温分解将残渣粉碎研磨后得到含磷素的残渣。
2.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的步骤（S.1）中所用的微藻为小球藻、栅藻、葡萄藻、新月藻或者螺旋藻中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的微藻的培养过程如下：在BG11培养基中接种微藻进行震荡培养，培养温度25-35℃，震荡频率150-200 rpm，光照条件80-120 μmol m−2 s−1。
4.根据权利要求3所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的微藻经培养后微藻培养液中微藻生物浓度为8.5×106 ~5×107 个/mL。
5.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的步骤（S.2）中活性碳粉的添加量为每升微藻培养液中加入活性碳粉20~50g，搅拌吸附时间为5~12h。
6.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的步骤（S.3）中的包埋剂为海藻酸钠与聚乙烯醇（1~5）：1的组合物，所述的包埋剂添加量为悬浮液质量的3~8wt%。
7.根据权利要求1或6所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的步骤（S.3）中固化方法如下，将添加了有包埋剂的悬浮液缓慢滴加入CaCl2溶液中，得到微藻包埋微球。
8.根据权利要求1或6所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的CaCl2溶液的质量浓度为4~5.5%。
9.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的步骤（S.4）中含磷污水的pH值为5.5~7.8，每升污水中添加微藻包埋微球20~35g，吸附2~5天。
10.根据权利要求1所述的一种利用微藻处理废水并回收磷素的方法，其特征在于，所述的步骤（S.5）中高温分解温度为600~800℃，高分分解时间为2~5h，残渣研磨至粒径为600~800目。
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