CN113354211A - 用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，包括废水预处理单元、若干个废水分配单元、多级生物膜反应器、微藻采收单元和废水排放单元；其特征在于：多级生物膜反应器由第一级生物膜反应器、第二级生物膜反应器……以及第n级生物膜反应器串联构成，相邻的生物膜反应器之间均连接有废水分配单元；所述废水预处理单元用于发酵废水的PH调节和灭菌处理，处理后输出到第一级生物膜反应器；每一级生物膜反应器内均培养有微藻生物膜，所述微藻生物膜通过光合作用吸收发酵废水中的营养物质，实现废水净化；并将处理后的废水排放到相连接的废水分配单元；本发明可广泛应用在农业、养殖业、环保等领域。

Description

用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置

技术领域

本发明涉及发酵废水净化领域，具体涉及一种用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，我国人民对肉类的需求也稳步提升，使得畜禽养殖业的发展迈入了快车道。规模化、集约化、自动化的方向已成为畜禽养殖业目前的主流趋势，在带来产品产量和质量双提升的同时，也随之衍生了一些新的科学难题亟需解决。其中，畜禽废水经厌氧发酵产甲烷等气体后遗留的液相部分，具有高氨氮、高浊度、低碳氮比、可生化性差的特点，且畜禽发酵废水的污染物浓度会随季节、温度、气候等因素变化巨大，会后续工业化处理带来了巨大挑战。畜禽发酵废水还田处理可以利用其中的营养成分提高农作物产量，但长期还田处理会造成土地板结，弊大于利，且对大型养殖场每日高达几百吨的废水出水量来说还田处理根本无法满足。而传统的城市废水处理办法，如活性污泥法、A/O等，因畜禽发酵废水可生化性差的特点造成处理能力差、去除效率低，无法满足畜禽发酵废水排放标准。

微藻是一种在地球上广泛分布的微型自养植物，作具有光合效率高、生长速度快等优点。因此利用微藻光合作用消耗氮磷的特性处理畜禽发酵废水已成为畜禽发酵废水处理的重要突破口，跑道池法因其结构简单、操作方便的优势，已成为目前微藻处理废水的主流。但仍存在以下问题：一是微藻个体较小，直径只有3～20μm左右，微藻将会作为二次污染源影响出水水质，即使采用离心的方法也会产生额外30％～50％的处理成本；二是随着微藻浓度的提高，光照强度将在废水中呈指数型衰减，将大大降低微藻的光合作用强度，引起处理效率的下降，故跑道池通常水面高度最高只有20cm左右，又将大大提高畜禽发酵废水处理的占地面积，难以适应大型养殖场的废水处理需求。

微藻生物膜反应器是指将微藻通过静电力、表面张力的形式吸附在基底表面成膜，一方面微藻吸附基底表面后自动与水相分离，克服了藻、水分离的难题；另一方面光源可以直接照射在基底表面被微藻吸收，不会因散射、折射等原因出现光衰减现象，克服了光照不足的难题，且生物膜反应器可以以更小的占地面积处理更大的废水流量，提高了空间利用率，适合大型养殖场的废水处理需求。

综上所述，为了解决微藻处理畜禽发酵废水时所面临的的困难，需要设计一种可以自动分离藻水、生物膜式反应器的废水处理系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置。

本发明的技术方案是：一种用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，包括废水预处理单元、若干个废水分配单元、多级生物膜反应器、微藻采收单元、废水排放单元；其特征在于：

多级生物膜反应器由第一级生物膜反应器、第二级生物膜反应器……第n级生物膜反应器串联构成，相邻的生物膜反应器之间均连接有废水分配单元；将若干个生物膜反应器串联布置，当进口的畜禽发酵废水的污染物浓度发生剧烈变化时，可以通过控制流经生物膜反应器的个数来改变系统装置的处理能力，进而达到了对不同污染物浓度的发酵废水的达标处理。

所述废水预处理单元用于发酵废水的PH调节和灭菌处理，处理后输出到第一级生物膜反应器；所述废水预处理单元是为了应对发酵废水极端进水情况下的调节手段。酸性或碱性过强的发酵废水将会直接导致生物膜反应器内微藻失活，处理系统失效，因此需要碱性或酸性药品调节PH范围。通过PH在线测量仪器测得PH变化值，通过与电脑内预先设置的PH值进行比对，进而调整酸性或碱性药品的加药量，实现PH值得相对稳定。此外，为了避免其他细菌、真菌等微生物对后续微藻的影响，本单元还会在加药时添加次氯酸钠等消毒药品预先消毒。最终本单元要达到的目的就是为后续生物膜反应器提供相对稳定的进水水质。

每一级生物膜反应器内均培养有微藻生物膜，所述微藻生物膜通过光合作用吸收发酵废水中的营养物质，实现废水净化；并将处理后的废水排放到相连接的废水分配单元；生物膜反应器是利用微藻光合作用原理和基底成膜将发酵废水的指标处理达标的关键单元。

所述废水分配单元用于对废水的水质进行检测，并将检测结果与设置好的阈值进行比较，判断废水处理效果，进而根据处理效果将废水排放到废水排放单元、下级生物膜反应器或者回流到本级生物膜反应器，以实现发酵废水的连续式处理。

所述微藻采收单元用于对生物膜反应器内的微藻进行采收；所述微藻采收单元是实现微藻高附加值利用及生物膜基底回收的主要操作手段。微藻可用于生产生物质燃料，亦或加工成化工产品，因此为微藻的及时采收可以在一定程度上降低废水处理的成本，提高本系统的经济性。

所述废水排放单元用于对处理完成的废水排放到外部。

本发明利用生物膜反应器处理发酵废水，利用微藻吸附在生物膜基底上的优势，克服了普通跑道池法光衰减性的难题。若干个生物膜反应器串联布置，可以将本级生物膜反应器处理后的废水通到下一级生物膜反应器，在实现对下一级生物膜反应器接种的同时，又将废水中的藻、水进一步分离，克服了普通跑道池法藻、水分离难的问题。利用废水分配单元对废水的水质进行检测以判断废水处理效果，进而根据处理效果将废水排放到废水排放单元、下一级生物膜反应器或者回流到本级生物膜反应器，以实现发酵废水的连续式处理；并且通过增加或减少生物膜反应器的串联个数，以应对发酵废水的浓度变化特性，实现了对不同浓度发酵废水的达标处理。

根据本发明所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置的优选方案，每一级生物膜反应器内的微藻生物膜基底采用“蛇”形布置。既可以利用重力作用实现发酵废水的自由流动，进而降低泵的功率消耗，又可通过将生物膜基底向空间蜿蜒折叠，提高了空间利用率，降低了装置使用面积。

根据本发明所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置的优选方案，所述微藻采收单元采用自动刮板的方式采收生物膜基底上的微藻。

根据本发明所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置的优选方案，所述废水分配单元的输出端通过循环水泵与生物膜反应器的废水接收端和废水排放单元的输入端连接。

本发明所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置的有益效果是：本发明利用生物膜反应器处理发酵废水，利用微藻吸附在生物膜基底上的优势，克服了普通跑道池法光衰减性的难题；若干个生物膜反应器串联布置，可以将前一级生物膜反应器处理后的发酵废水通到后一级生物膜反应器，在实现对后一级生物膜反应器接种的同时，又将发酵废水中的藻、水进一步分离；同时利用废水分配单元对废水的水质进行检测，以判断废水处理效果，进而根据处理效果将废水排放到废水排放单元、后级微藻生物膜反应器或者回流到本级微藻生物膜反应器，以实现发酵废水的连续式处理；并且通过增加或减少微藻生物膜反应器的串联个数，以应对发酵废水的浓度变化特性，实现了对不同浓度发酵废水的达标处理；本发明可广泛应用在农业、养殖业、环保等领域。

附图说明

图1是本发明所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。但应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见图1，用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，包括废水预处理单元1、多级生物膜反应器2-1、2-2……2-n、若干个废水分配单元3-1、3-2……3-n、微藻采收单元4和废水排放单元5。

多级生物膜反应器2-1、2-2……2-n由第一级生物膜反应器2-1、第二级生物膜反应器2-2……第n级生物膜反应器2-n串联构成，相邻的生物膜反应器之间均连接有废水分配单元；第n级生物膜反应器2-n的废水排放端连接第n个废水分配单元3n的输入端，每一个废水分配单元的输入端接本级生物膜反应器的废水排放端，每一个废水分配单元的输出端分别通过循环泵接后一级生物膜反应器的废水接收端、本级生物膜反应器的废水接收端和废水排放单元5的输入端。

所述废水预处理单元1用于发酵废水的PH调节和灭菌处理，处理后输出到第一级生物膜反应器2-1。

每一级生物膜反应器内均培养有微藻生物膜，所述微藻生物膜通过光合作用吸收发酵废水中的营养物质，实现废水净化；微藻通过静电力、表面张力吸附在基底表面成膜，废水流过生物膜表面时水中营养物质将自动被微藻通过光合作用吸收，从而实现了废水氨氮、总磷等参数指标的降低。

所述废水分配单元用于对废水的水质进行检测，并将检测结果与设置好的阈值进行比较，判断废水处理效果，进而根据处理效果将废水排放到废水排放单元、后一级生物膜反应器或者回流到本级生物膜反应器，以实现发酵废水的连续式处理；若水质满足排放标准，则废水分配单元将废水排入废水排放单元5，若水质不满足排放标准，则废水分配单元把废水排入后一级生物膜反应器。

在本单元内，设置发酵废水检测装置，在线自动检测废水的氮磷等重要指标，同时与计算机内设置好的阈值进行比较，若满足排放标准，则废水分配单元将把废水通向废水排放单元；若不满足标准，则废水分配单元把废水通向下级生物膜反应器继续处理，并且，在本处理装置中，由于生物膜反应器包括了微藻接种、发酵废水处理和微藻采收三个阶段，而在微藻采收阶段发酵废水得不到处理，为了避免下级生物膜反应器处于微藻采收阶段时废水在下级得不到处理，因此通过设置废水分配单元,废水将回流到本级生物膜反应器，以满足发酵废水的连续式处理。

所述微藻采收单元4用于对生物膜反应器内的微藻进行采收；

所述废水排放单元5用于对处理完成的废水排放到外部。

在具体实施例中，每一级生物膜反应器内的微藻生物膜基底采用“蛇”形布置，且微藻生物膜基底能实现无阻碍滑动。

在具体实施例中，所述微藻采收单元采用自动刮板的方式采收生物膜基底上的微藻。在实际操作中，微藻采收单元采用自动刮板的方式将每一级生物膜反应器内的微藻从生物膜基底上刮除，采用圆筒式生物膜基底收集装置，分别与生物膜反应器内生物膜基底的进口端和出口端相连。采收时，收集装置的圆筒顺时针旋转，带动生物膜反应器中的生物膜基底运动，生物膜基底上的微藻将自动被刮板刮除采收；接种时，圆筒逆时针旋转，将采收后的生物膜基底重新运动到生物膜反应器内，进行对废水中残留微藻吸附，以进一步提高藻、水的分离程度。

在具体实施例中，所述废水分配单元的输出端通过循环水泵与生物膜反应器废水接收端和废水排放单元5的输入端连接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，包括废水预处理单元(1)、多级生物膜反应器(2-1、2-2……2-n)、若干个废水分配单元(3-1、3-2……3-n)、微藻采收单元(4)和废水排放单元(5)；其特征在于：

多级生物膜反应器(2-1、2-2……2-n)由第一级生物膜反应器(2-1)、第二级生物膜反应器(2-2)……以及第n级生物膜反应器(2-n)串联构成，相邻的生物膜反应器之间均连接有废水分配单元；

所述废水预处理单元(1)用于发酵废水的PH调节和灭菌处理，处理后输出到第一级生物膜反应器(2-1)；

每一级生物膜反应器内均培养有微藻生物膜，所述微藻生物膜通过光合作用吸收发酵废水中的营养物质，实现废水净化；并将处理后的废水排放到相连接的废水分配单元；

所述废水分配单元用于对废水的水质进行检测，并将检测结果与设置好的阈值进行比较，判断废水处理效果，进而根据处理效果将废水排放到废水排放单元、后一级生物膜反应器或者回流到本级生物膜反应器，以实现发酵废水的连续式处理；

所述微藻采收单元(4)用于对生物膜反应器内的微藻进行采收；

所述废水排放单元(5)用于对处理完成的废水排放到外部。

2.根据权利要求1所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，其特征在于：每一级生物膜反应器内的微藻生物膜基底采用“蛇”形布置。

3.根据权利要求1所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，其特征在于：所述微藻采收单元采用自动刮板的方式采收生物膜基底上的微藻。

4.根据权利要求1所述的用于发酵废水的多级串联微藻生物膜连续净化装置，其特征在于：所述废水分配单元的输出端通过循环水泵与生物膜反应器的废水接收端和废水排放单元(5)的输入端连接。

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