CN113860511A - 一种基于多孔吸附的智能化微藻净水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多孔吸附的智能化微藻净水装置及方法。该装置包括污水池、CO2补偿器、安全阀、LED灯、光反应器、磁力阀、水质在线监测装置;光反应器由透明玻璃制成,侧面内部包裹多孔玻璃且外部贴有平凸透镜;光反应器内部装有搅拌叶和液位传感器;利用该装置处理污水的方法主要包括以下步骤:微藻在光反应器中生长并处理污水,通过水质在线监测装置实时监测污水水质,当指标达标后电磁阀自动打开并排水,通过液位传感器感应水位降到某一高度时,待处理污水自动通入,进行新一轮污水处理。本发明可增加微藻的固化吸附率,提高微藻生长速率以及处理污水的效率,实现微藻处理污水过程的智能化。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,具体涉及一种基于多孔吸附的智能化微藻净水装置及方法。
背景技术
微藻是指在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类群体。在其生长发育中,以CO2和碳酸盐为碳源,以环境中的氮为氮源,以无机磷酸盐为磷源,通过藻类细胞中的叶绿素进行光能自养并进行细胞增殖,光合作用释放出氧。微藻具有可生产油脂、高光合作用率、可吸收废水中富营养元素等优势,在医药、食品、水产养殖、化工、能源、环保、农业及航天等领域有着重要的开发价值。
微藻可以去除污水中富集的氮、磷等营养元素,并以有机物形式储存在藻细胞内。微藻还具有吸收污水中重金属的能力,利用微藻修复重金属污染的水体,已为众多的研究证明具有高效、低耗、环保等优点。微藻在污水处理领域应用广泛,具有良好的经济效益和生态效益。
固定化菌藻系统被证实较悬浮菌藻系统具有更高的油脂含量和碳、氮、磷去除率。目前的光反应器主要以利用悬浮态微藻为主,存在CO2浓度不足,微藻反应速率较低等问题。且自然光在光反应器内部透射能力较弱,也会影响微藻的光合作用速率以及微藻处理污水的能力。针对目前所存在的问题,有必要设计新型反应器装置来提高微藻的光合作用速率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对目前技术中存在的不足,提供一种基于多孔吸附的智能化微藻净水装置及方法,提高微藻的固化吸附率,改善光照条件不佳时微藻生长缓慢的问题,提高微藻生长速率以及处理污水的效率。实现微藻生长处理污水过程的自动化、智能化,大大提高微藻处理污水的效率。
为解决上述技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种基于多孔吸附的智能化微藻净水装置,包括污水池、CO2补偿器、安全阀、LED灯、光反应器、磁力阀以及水质在线监测装置;污水池通过管道、电磁阀与光反应器相连,此条管道分支设有旋拧阀,同样通过管道连接光反应器;CO2补偿器通过管道、安全阀连接光反应器,且管道通向光反应器底部;LED灯设置在光反应器顶部;水质在线监测装置通过管道接入光反应器;光反应器由透明玻璃制成,侧面内部设置了一层多孔玻璃材料且外部贴有一层平凸透镜;光反应器顶部设有出气口,侧面装有液位传感器,底部设有出水口并外接电磁阀;光反应器中心装有三片搅拌叶,由电动转轴带动。
本发明中,所述光反应器用于微藻生长,由透光率在75%以上的透明玻璃制成。
本发明中,所述光反应器侧面内层材料及搅拌叶均由多孔玻璃制成。所用的多孔玻璃材料成分为纯度大于96%的高硅酸质,孔径约40nm,孔隙率在30%以上。
本发明中,所述光反应器的平凸透镜由中间厚、两边薄、单边外凸的,透光率在75%以上的玻璃材质组成,凸面朝外贴于光反应器外壁。
本发明中,所述出水口装有微孔过滤膜,孔径在0.1~0.5μm之间。
本发明中,所述污水自动监测装置主要监测污水中的COD、氨氮、总磷、总氮、重金属等水质污染物。
本发明进一步提供了基于多孔吸附的智能化微藻净水装置处理污水的方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.打开LED灯补充光照,打开旋拧阀将微藻培养液从进液口经过管道通入光反应器中,微藻培养液中的微藻种类可选小球藻或螺旋藻;打开磁力阀1,通入已完成初步过滤过程的污水,控制微藻培养液与反应器内污水比例在1:10到1:5之间;打开安全阀,使CO2以一定速度经过管道进入反应器底部,CO2流量与光反应器中液体的通气比保持在0.01~0.08vvm;开启电动转轴,使搅拌叶开始缓慢转动;
b.通过水质在线监测装置监测光反应器中的污水指标,当达标后磁力阀2自动开启,处理后的污水通过微孔过滤膜流出;
c.当液位传感器低于一定高度时,电磁阀1自动打开,继续通过待处理的污水,进行新一轮污水处理反应。
本发明中,所述CO2补偿器中的CO2可以是火电厂、煤电厂等工业废气中提取的,浓度控制在10%~70%。
本发明中,环境温度控制在20℃~35℃左右,所述LED灯补充光照强度在5000-25000Lux之间可调。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.在反应器内部包裹一层多孔玻璃并在反应器内部装有多孔玻璃制成的搅拌叶,利用了多孔玻璃的比表面积大,孔径分布狭窄且结构均匀,热学、化学和微生物学性质稳定,机械强度高,可透光等特性,提高了微藻的固态吸附率和对CO2的吸收率,并通过搅拌叶的持续搅拌使微藻与污水充分接触,促进微藻的光合作用速率及微藻的净水率。
2.反应器上部装有LED灯,可以调节照射强度为光反应器提供所需照射强度。且整个反应器由透明玻璃制成,透光性优良并在外壁贴有平凸透镜,平行光通过平凸透镜的凸面入射,减少了球差,光源汇聚到反应器内部,为微藻生长反应提供了充足的光源。
3.整个装置通过电磁阀、传感器、在线监测装置等组成,通过数据监测、指令传输,实现了微藻处理污水整个反应过程的自动化、智能化。
附图说明
图1是基于多孔吸附的智能化微藻净水装置的结构示意图。
图2是本发明装置中的光反应器的某一视角的结构图。
图中:1-污水池;2-CO2补偿器;3-安全阀;4-旋拧阀;5-磁力阀1;6-LED灯;7-水质在线监测装置;8-磁力阀2;9-平凸透镜;10-多孔玻璃;11-液位传感器;12-搅拌叶;13-电动转轴;14-气体出口;15-CO2进气管道;16-出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置的具体实施例进行详细说明。
如图1所示,基于多孔吸附的智能化微藻净水装置包括污水池1、CO2补偿器2、安全阀3、LED灯6、光反应器、磁力阀以及水质在线监测装置7;污水池1通过管道、电磁阀5与光反应器相连,此条管道分支设有旋拧阀4,同样通过管道连接光反应器;CO2补偿器2通过管道、安全阀3连接光反应器,且管道15通向光反应器底部;LED灯6设置在光反应器顶部;水质在线监测装置7通过管道接入光反应器;光反应器由透明玻璃制成,侧面内部设置了一层多孔玻璃材料10且外部贴有一层平凸透镜9。光反应器顶部设有出气口14,侧面装有液位传感器11,底部设有出水口16并外接电磁阀8。光反应器中心装有三片搅拌叶12,由电动转轴13带动。
光反应器的透明玻璃透光率在75%以上;搅拌叶12由多孔玻璃制成;光反应器所用到的多孔玻璃孔径约40nm,孔隙率在30%以上;所述光反应器的平凸透镜由中间厚、两边薄、单边外凸的,透光率在75%以上的玻璃材质组成,凸面朝外贴于光反应器外壁;出水口16装有微孔过滤膜。
利用所述基于多孔吸附的智能化微藻净水装置处理污水的方法,包括以下步骤:
a.打开LED灯补充光照,打开旋拧阀将微藻培养液从进液口经过管道通入光反应器中,微藻培养液中的微藻种类可选小球藻或螺旋藻;打开磁力阀1,通入已完成初步过滤过程的污水,控制微藻培养液与反应器内污水比例在1:10到1:5之间;打开安全阀,使CO2以一定速度经过管道进入反应器底部,CO2流量与光反应器中液体的通气比保持在0.01~0.08vvm;开启电动转轴,使搅拌叶开始缓慢转动;
b.通过水质在线监测装置监测光反应器中的污水指标,当达标后磁力阀2自动开启,处理后的污水通过微孔过滤膜流出;
c.当液位传感器低于一定高度时,电磁阀1自动打开,继续通过待处理的污水,进行新一轮污水处理反应。
环境温度控制在20℃~35℃左右,LED灯6补充光照强度在5000-25000Lux之间可调。CO2补偿器中的CO2可以是火电厂、煤电厂等工业废气中提取的,浓度控制在10%~70%。
实施例1
基于多孔吸附的智能化微藻净水装置包括储备池、CO2补偿器、安全阀、磁力阀、LED灯、光反应器以及水质在线监测装置。光反应器选择透光率为75%的透明玻璃制成,侧面内部设置了一层孔隙率为35%、孔径40nm的多孔玻璃,且外部贴有一层平凸透镜,光反应器内部装有三片搅拌叶,搅拌叶由上述多孔玻璃材质制成。顶部设有出气口,侧面装有液位传感器,底部设有出水口并外设电磁阀,出水口装有孔径为0.1μm的微孔过滤膜。
利用基于多孔吸附的智能化微藻净水装置处理污水的方法,包括如下步骤:环境温度控制在20℃,选择小球藻培养液作为所需的微藻培养液,从进液口将藻液通入,打开磁力阀1,通入已完成初步过滤过程的污水,保持藻液与污水的比例在1:8。打开LED灯补充光照,控制光照强度在6000Lux。打开安全阀,使CO2以一定速度经过管道进入反应器底部,使CO2流量与光反应器中液体的通气比保持在0.04vvm。开启电动转轴,使搅拌叶开始缓慢转动。通过水质在线监测装置监测光反应器中的污水指标,当达标后磁力阀2自动开启,处理后的污水通过微孔过滤膜流出。当液位传感器低于光反应器高度的30%时,电磁阀1自动打开,继续通过待处理的污水,进行新一轮污水处理反应。
实施例2
基于多孔吸附的智能化微藻净水装置包括储备池、CO2补偿器、安全阀、磁力阀、LED灯、光反应器以及水质在线监测装置。光反应器选择透光率为80%的透明玻璃制成,侧面内部设置了一层孔隙率为30%、孔径35nm的多孔玻璃,且外部包裹一层平凸透镜,光反应器内部装有三片搅拌叶,搅拌叶由上述多孔玻璃材质制成。顶部设有出气口,侧面装有液位传感器,底部设有出水口并外设电磁阀,出水口装有孔径为0.5μm的微孔过滤膜。
利用基于多孔吸附的智能化微藻净水装置处理污水的方法,包括如下步骤:环境温度控制在25℃,选择螺旋藻培养液作为所需的微藻培养液,从进液口将藻液通入,打开磁力阀1,通入已完成初步过滤过程的污水,保持藻液与污水的比例在1:6。打开LED灯补充光照,控制光照强度在5000Lux。打开安全阀,使CO2以一定速度经过管道进入反应器底部,使CO2流量与光反应器中液体的通气比保持在0.03vvm。开启电动转轴,使搅拌叶开始缓慢转动。通过水质在线监测装置监测光反应器中的污水指标,当达标后磁力阀2自动开启,处理后的污水通过微孔过滤膜流出。当液位传感器低于光反应器高度的25%时,电磁阀1自动打开,继续通过待处理的污水,进行新一轮污水处理反应。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种基于多孔吸附的智能化微藻净水装置,包括污水池、CO2补偿器、安全阀、LED灯、光反应器、磁力阀以及水质在线监测装置;污水池通过管道、电磁阀与光反应器相连,此条管道分支设有旋拧阀,同样通过管道连接光反应器;CO2补偿器通过管道、安全阀连接光反应器,且管道通向光反应器底部;LED灯设置在光反应器顶部;水质在线监测装置通过管道接入光反应器;光反应器由透明玻璃制成,侧面内部设置了一层多孔玻璃材料且外部贴有一层平凸透镜;光反应器顶部设有出气口,侧面装有液位传感器,底部设有出水口并外接电磁阀;光反应器中心装有三片搅拌叶,由电动转轴带动。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光反应器由透光率在75%以上的透明玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光反应器侧面内层材料及搅拌叶均由多孔玻璃制成。所用的多孔玻璃材料成分为纯度大于96%的高硅酸质,孔径约40nm,孔隙率在30%以上。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光反应器的平凸透镜由中间厚、两边薄、单边外凸的,透光率在75%以上的玻璃材质组成,凸面朝外贴于光反应器外壁。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述出水口装有微孔过滤膜,孔径在0.1~0.5μm之间。
6.利用权利要求1所述基于多孔吸附的智能化微藻净水装置处理污水的方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.打开LED灯补充光照,打开旋拧阀将微藻培养液从进液口经过管道通入光反应器中,微藻培养液中的微藻种类可选小球藻或螺旋藻;打开磁力阀1,通入已完成初步过滤过程的污水,控制微藻培养液与反应器内污水比例在1:10到1:5之间;打开安全阀,使CO2以一定速度经过管道进入反应器底部,CO2流量与光反应器中液体的通气比保持在0.01~0.08vvm;开启电动转轴,使搅拌叶开始缓慢转动;
b.通过水质在线监测装置监测光反应器中的污水指标,当指标达标后磁力阀2自动开启,处理后的污水通过微孔过滤膜流出;
c.当液位传感器低于一定高度时,电磁阀1自动打开,继续通过待处理的污水,进行新一轮污水处理反应。
7.根据权利要求6所述的一种基于多孔吸附的智能化微藻净水方法,其特征在于,CO2补偿器中的浓度控制在10%~70%。
8.根据权利要求6所述的一种基于多孔吸附的智能化微藻净水方法,其特征在于,环境温度控制在20℃~35℃左右,所述LED灯补充光照强度在5000-25000Lux之间可调。
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符宇航: "微藻固定化的研究进展" * |
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