CN113955860A - 一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，包括微藻反应器，微藻反应器通过输送件和控制件连通有进水箱和微藻收集箱；微藻反应器包括微藻反应箱和微藻存储箱，微藻反应箱底端与微藻存储箱顶端固接，且微藻反应箱与微藻存储箱连通，微藻反应箱进水端与进水箱连通，微藻存储箱与微藻收集箱连通；微藻反应箱内相对设置有两挡板，两挡板与微藻反应箱侧壁固接，两挡板与微藻反应箱配合形成中间隔室和两侧隔室。本发明能够解决目前微藻膜反应器中微藻颗粒易解体，活性低，沉降性差，生物量不易采收等问题，培养状态良好的微藻颗粒，同时实现颗粒微藻膜生物反应器高效处理海水养殖废水的目的。

Description

一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统。

背景技术

膜生物反应器兼具污染物高效去除及清洁产出的双重优势，生物反应系统与平板膜组件的结合可以有力保证出水水质和系统处理效率的稳定；同时实现高效的泥水分离过程，保证反应器中较高的污泥浓度，有利于提高污泥系统的耐环境影响能力，特别是在高盐度且化学组成复杂的海水环境中有着巨大的应用潜力，是海洋生态环保领域最具吸引力的课题之一。

微藻处理污水可以实现污水处理过程中营养元素的资源化和减排，是一个环保的水处理工艺，但存微藻易流失、生物量难采收。超滤平板膜组件与微藻光生物反应器结合既可以轻松将微藻从水中截留,使反应器中的微藻生物量保持较高的水平，又使出水中的污染物含量大幅度减少，提高出水质量，但单一微藻处理能力有限，对外界无机环境变化的抵抗能力较差，成为限制其发展的瓶颈。

颗粒化的微藻具有沉降性能良好、易采收、“微环境”、处理效率高、抗有机负荷能力强等特点而具有广阔的研究前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够解决目前微藻膜反应器中微藻颗粒易解体，活性低，沉降性差，生物量不易采收等问题，培养状态良好的微藻颗粒，同时实现颗粒微藻膜生物反应器高效处理海水养殖废水的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，包括微藻反应器，所述微藻反应器通过输送件和控制件连通有进水箱和微藻收集箱；

所述微藻反应器包括微藻反应箱和微藻存储箱，所述微藻反应箱底端与所述微藻存储箱顶端固接，且所述微藻反应箱与所述微藻存储箱连通，所述微藻反应箱进水端与所述进水箱连通，所述微藻存储箱与所述微藻收集箱连通；

所述微藻反应箱内相对设置有两挡板，两所述挡板与所述微藻反应箱侧壁固接，两所述挡板将所述微藻反应箱分隔为中间隔室和两侧隔室，所述中间隔室位于两所述侧隔室之间，且所述中间隔室通过两所述挡板上方与两所述侧隔室连通，所述中间隔室和两所述侧隔室底端均与所述微藻存储箱连通；

所述中间隔室内设置有第一出水件，任一所述侧隔室内设置有第二出水件；

所述微藻反应箱和所述微藻存储箱内设置有用于供气的供气件，所述供气件与所述第一出水件对应设置。

优选的，所述第一出水件包括设置在所述中间隔室内的第一膜组件，所述第一膜组件出水端连通有出水箱，所述出水箱位于所述微藻反应箱外。

优选的，所述第二出水件包括设置在任一所述侧隔室内的第二膜组件，所述第二膜组件出水端连通有污染物收集箱，所述污染物收集箱位于所述微藻反应箱外。

优选的，所述供气件包括设置在所述微藻反应箱内的曝气条，所述曝气条与所述微藻反应箱侧壁固接，所述微藻存储箱底部设置有曝气头，所述曝气条和所述曝气头均与所述中间隔室对应设置。

优选的，所述微藻存储箱为棱台结构，且所述微藻存储箱底端面积小于所述微藻存储箱顶端面积。

优选的，所述微藻反应箱外侧壁固接有用于提供光亮的光源板。

优选的，所述微藻反应箱侧壁连通有溢流阀，所述溢流阀位于所述微藻反应箱内的污水上方，所述微藻反应箱通过所述溢流阀与所述污染物收集箱连通。

优选的，所述输送件包括设置在所述进水箱内的潜水泵，所述进水箱通过所述潜水泵与所述微藻反应箱连通，所述第一膜组件与所述出水箱通过第一蠕动泵连通，所述第二膜组件与所述污染物收集箱通过第二蠕动泵连通，所述微藻存储箱与所述微藻收集箱之间设置有阀门和第三蠕动泵，所述微藻存储箱通过所述阀门和所述第三蠕动泵与所述微藻收集箱连通。

优选的，所述控制件包括第一时间继电器和第二时间继电器，所述第一时间继电器用来控制所述第一蠕动泵和所述第二蠕动泵工作，所述第二时间继电器用来控制所述第三蠕动泵工作。

优选的，所述进水箱与所述微藻反应箱间设置有用来控制所述微藻反应箱内液位的液位控制器，所述液位控制器与所述潜水泵电性连接。

本发明公开了以下技术效果：

1.本发明采用混合微藻作为处理废水的生物源，与传统采用污泥进行处理的膜生物反应器相比，反应器内膜组件的污染周期较长，提高了膜的经济效益，本发明的第一出水件和第二出水件中的膜组件污染周期约为20天。

2.与传统的厌氧膜生物反应器相比，本发明所述的微藻反应器在供气件的作用下产生剪切力，延缓了膜污染过程，延长了膜污染周期，延长了膜的使用寿命，本发明的微藻反应器可以稳定120天以上。

3.与现有的微藻膜反应器相比，本发明的微藻反应器能使混合藻液在反应器内部流动的过程中，形成结构致密，沉降性能良好的微藻颗粒。状态不好的颗粒则随出水排出。

4.通过上部分的微藻反应箱和下部分的微藻存储箱配合，可以使藻液在曝气的条件下处于良好的流态，并使微藻存储箱与微藻收集箱连通，部分沉降性能良好的微藻颗粒依靠自身重力沉积至微藻存储箱内，并最终导至微藻收集箱内。

5.本发明的微藻反应器对有机物的去除率能达到95％以上，对氨态氮的去除率能达到90％以上，对总磷的去除率能达到60％以上，并且稳定运行120天以上。其中颗粒微藻同化作用去除磷元素的效能要优于传统的活性污泥膜处理法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为海水养殖废水处理的颗粒微藻系统的结构示意图；

图2为海水养殖废水处理的颗粒微藻系统的侧视图；

图3为海水养殖废水处理的颗粒微藻系统的俯视图；

其中，1-进水箱，2-微藻收集箱，3-微藻反应箱，4-微藻存储箱，5-挡板，6-中间隔室，7-侧隔室，8-第一膜组件，9-出水箱，10-第二膜组件，11-污染物收集箱，12-曝气条，13-曝气头，14-光源板，15-溢流阀，16-潜水泵，17-第一蠕动泵，18-第二蠕动泵，19-第三蠕动泵，20-第一时间继电器，21-第二时间继电器，22-液位控制器，23-阀门，24-法兰，25-第一真空压力表，26-第二真空压力表，27-第三时间继电器，28-第四时间继电器，29-第五时间继电器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，包括微藻反应器，微藻反应器通过输送件和控制件连通有进水箱1和微藻收集箱2；微藻反应器包括微藻反应箱3和微藻存储箱4，微藻反应箱3底端与微藻存储箱4顶端固接，且微藻反应箱3与微藻存储箱4连通，微藻反应箱3进水端与进水箱1连通，微藻存储箱4与微藻收集箱2连通；微藻反应箱3内相对设置有两挡板5，两挡板5与微藻反应箱3侧壁固接，两挡板5将微藻反应箱3分隔为中间隔室6和两侧隔室7，中间隔室6位于两侧隔室7之间，且中间隔室6通过两挡板5上方与两侧隔室7连通，中间隔室6和两侧隔室7底端均与微藻存储箱4连通；中间隔室6内设置有第一出水件，任一侧隔室7内设置有第二出水件；微藻反应箱3和微藻存储箱4内设置有用于供气的供气件，供气件与第一出水件对应设置。

将进水箱1内的污水导入微藻反应箱3内，随后供气件工作，带动微藻反应箱3和微藻存储箱4内的污水流动，由于挡板5的存在，将微藻收集箱2内分为中间隔室6和两个侧隔室7，由于两个侧隔室7没有与供气件对应设置，因此混合藻液在中间隔室6依靠曝气提供上升驱动力，到达两侧隔室7后，流速减缓，依靠自身的重力下沉，从而形成循环流动状态，在此过程中污水中含有的颗粒微藻在微藻反应箱3和微藻存储箱4中的流化状态下形成并不断富集，其中不易聚集的微藻由第二出水件不断排放到微藻反应箱3外部，易于聚集的微藻不断在小的聚集体表面生长，形成结构紧密，性质稳定，沉降性能良好的微藻颗粒，最终落至微藻存储箱4内，并由微藻存储箱4导入微藻收集箱2内。在此过程中，废水在微藻反应箱3内被处理，并进过第一出水件进行固液分离并导出微藻反应箱3。

本技术方案中，输送件和控制件用来控制污水的流动和各部件的启停，以便于降低人力操作成本。

本技术方案中，微藻反应箱3和微藻存储箱4通过法兰24进行固定。

本技术方案中，由进水箱1进入微藻反应箱3内的废水水质参数为TOC浓度为120-140mg/L，氨氮浓度为32-35mg/L，磷酸盐浓度为4-5mg/L，pH为7.4-7.6，水源采用实际海水，如此设置，有利于实际高盐海水条件下颗粒微藻的形成和模拟养殖废水的水质。

本技术方案中，挡板5的长度优选设置为300mm，侧隔室：中间隔室：侧隔室的体积比优选为2:3:2，以便于使藻液在中间隔室6曝气的条件下处于良好的流态。

进一步优化方案，第一出水件包括设置在中间隔室6内的第一膜组件8，第一膜组件8出水端连通有出水箱9，出水箱9位于微藻反应箱3外。第一膜组件8用来对处理后的污水进行固液分离，处理合格的污水最终排入出水箱9内，由于第一膜组件8下方设置有供气件，供气件在喷射出气流时，在气流的作用下，第一膜组件8表面产生剪切力，从而可以延长第一膜组件8的使用周期。

本技术方案中，第一膜组件8的孔径优选为0.1μm-0.4μm，水力停留时间设置为48h，通量为7.8L/(㎡·h)。如此设置，在低于临界通量下运行有效减缓膜污染，且有利于微藻颗粒的培养及提高污染物处理效果，且第一膜组件8的膜材质为有机膜或者无机膜。

本技术方案中，第一膜组件8与出水箱9之间设置有第一真空压力表25，以测量连通第一膜组件8和出水箱9的水管压力。

进一步优化方案，第二出水件包括设置在任一侧隔室7内的第二膜组件10，第二膜组件10出水端连通有污染物收集箱11，污染物收集箱11位于微藻反应箱3外。解体破碎的微藻颗粒不易聚集，因此通过第二膜组件10排入污染物收集箱11内，减轻第一膜组件8的膜污染，提高系统的运行效率，而较大的微藻颗粒可以在微藻反应箱3内截留，从而使得微藻反应器内的颗粒微藻不断更新，维持颗粒微藻较高的活性。

本技术方案中，第二膜组件10的孔径优选为1μm-4μm，水力停留时间设置为48h。如此设置，有利于状态较差颗粒微藻的及时排除，提高系统的处理性能，且第二膜组件10的膜材质为有机膜或者无机膜。

本技术方案中，第二膜组件10与污染物收集箱11之间设置有第二真空压力表26，以测量连通第二膜组件10和污染物收集箱11的水管压力。

进一步优化方案，供气件包括设置在微藻反应箱3内的曝气条12，曝气条12与微藻反应箱3侧壁固接，微藻存储箱4底部设置有曝气头13，曝气条12和曝气头13均与中间隔室6对应设置。曝气条12和曝气头13不应当同时工作，当曝气头13工作时，微藻反应箱3内的藻水混合液进行循环，当需要导出微藻时，控制曝气头13停止工作，启动曝气条12，曝气条12设置在中间隔室6内，因此曝气条12的曝气不会影响微藻存储箱4内的沉降微藻颗粒，进而使得微藻存储箱4内的微藻颗粒可以导入微藻收集箱2内。

本技术方案中，曝气条12由第三时间继电器27控制启停，而曝气头13由第四时间继电器28控制启停，从而控制微藻反应器中的生物量为3000mg/L，固体停留时间约为90天。如此设置，能在保证一定量颗粒微藻采收的情况下，对反应器整体影响最小。

本技术方案中，微藻反应器外应当设置有供气泵(图中未示出)，以使得曝气条12和曝气头13正常工作。

进一步优化方案，微藻存储箱4为棱台结构，且微藻存储箱4底端面积小于微藻存储箱4顶端面积。微藻存储箱4倒棱台结构，以便于微藻颗粒沉降于微藻存储箱4的底部，同时便于微藻颗粒的导出。

本技术方案中，微藻反应箱3外侧壁固接有用于提供光亮的光源板14。光源板14用来提供光源，以使得微藻反应箱3内的微藻颗粒正常生长。

本技术方案中，光源板14的光源强度优选设置为2000lx，光源板14通过第五时间继电器29进行控制，其设置的亮暗比为12h：12h。

本技术方案中，微藻反应箱3侧壁连通有溢流阀15，溢流阀15位于微藻反应箱3内的污水上方，微藻反应箱3通过溢流阀15与污染物收集箱11连通。溢流阀15的作用是在系统产生故障时，将混合藻液溢流导入至污染物收集箱11内，因此溢流阀15位于污水上方，不影响正常的污水处理。

进一步优化方案，输送件包括设置在进水箱1内的潜水泵16，进水箱1通过潜水泵16与微藻反应箱3连通，第一膜组件8与出水箱9通过第一蠕动泵17连通，第二膜组件10与污染物收集箱11通过第二蠕动泵18连通，微藻存储箱4与微藻收集箱2之间设置有阀门23和第三蠕动泵19，微藻存储箱4通过阀门和第三蠕动泵19与微藻收集箱2连通。潜水泵16用来将进水箱1内的污水导入微藻反应箱3内，而第一蠕动泵17、第二蠕动泵18、第三蠕动泵19用来时污水正常流动，其中第一蠕动泵17和第二蠕动泵18均间歇工作，从而使得第一膜组件8和第二膜组件10进行间歇排水。

本技术方案中，控制件包括第一时间继电器20和第二时间继电器21，第一时间继电器20用来控制第一蠕动泵17和第二蠕动泵18工作，第二时间继电器21用来控制第三蠕动泵19工作。第一时间继电器20用来控制第一膜组件8和第二膜组件10的启停，其中第一膜组件8：第二膜组件10的开关时间比为8min：2min。如此设置，能有效缓解膜污染，有利于在流动过程中形成微藻颗粒，并将颗粒状态不好的微藻颗粒排出至污染物收集箱11中。

进一步优化方案，进水箱1与微藻反应箱3间设置有用来控制微藻反应箱3内液位的液位控制器22，液位控制器22与潜水泵16电性连接。液位控制器22用来监测微藻反应器内的液面高度，当液位低于设定液位时，液位控制器22控制潜水泵16将进水箱1的水导入微藻反应器内。

工作原理：

当液位低于设定液位时，液位控制器22控制潜水泵16将进水箱1的水导入微藻反应器内，随后曝气头13工作，带动微藻反应器内的污水流动，在此过程中第一膜组件8将出水导入出水箱9内，第二膜组件10将出水导入污染物收集箱11内，在曝气头13工作一段时间后停止工作，曝气条12启动，继续带动微藻反应器内的污水循环流动，在两挡板5的作用下，沉降效果好的微藻颗粒进入微藻存储箱4内，并最终导入微藻收集箱2内。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于，包括微藻反应器，所述微藻反应器通过输送件和控制件连通有进水箱(1)和微藻收集箱(2)；

所述微藻反应器包括微藻反应箱(3)和微藻存储箱(4)，所述微藻反应箱(3)底端与所述微藻存储箱(4)顶端固接，且所述微藻反应箱(3)与所述微藻存储箱(4)连通，所述微藻反应箱(3)进水端与所述进水箱(1)连通，所述微藻存储箱(4)与所述微藻收集箱(2)连通；

所述微藻反应箱(3)内相对设置有两挡板(5)，两所述挡板(5)与所述微藻反应箱(3)侧壁固接，两所述挡板(5)将所述微藻反应箱(3)分隔为中间隔室(6)和两侧隔室(7)，所述中间隔室(6)位于两所述侧隔室(7)之间，且所述中间隔室(6)通过两所述挡板(5)上方与两所述侧隔室(7)连通，所述中间隔室(6)和两所述侧隔室(7)底端均与所述微藻存储箱(4)连通；

所述中间隔室(6)内设置有第一出水件，任一所述侧隔室(7)内设置有第二出水件；

所述微藻反应箱(3)和所述微藻存储箱(4)内设置有用于供气的供气件，所述供气件与所述第一出水件对应设置。

2.根据权利要求1所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述第一出水件包括设置在所述中间隔室(6)内的第一膜组件(8)，所述第一膜组件(8)出水端连通有出水箱(9)，所述出水箱(9)位于所述微藻反应箱(3)外。

3.根据权利要求2所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述第二出水件包括设置在任一所述侧隔室(7)内的第二膜组件(10)，所述第二膜组件(10)出水端连通有污染物收集箱(11)，所述污染物收集箱(11)位于所述微藻反应箱(3)外。

4.根据权利要求1所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述供气件包括设置在所述微藻反应箱(3)内的曝气条(12)，所述曝气条(12)与所述微藻反应箱(3)侧壁固接，所述微藻存储箱(4)底部设置有曝气头(13)，所述曝气条(12)和所述曝气头(13)均与所述中间隔室(6)对应设置。

5.根据权利要求1所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述微藻存储箱(4)为棱台结构，且所述微藻存储箱(4)底端面积小于所述微藻存储箱(4)顶端面积。

6.根据权利要求1所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述微藻反应箱(3)外侧壁固接有用于提供光亮的光源板(14)。

7.根据权利要求3所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述微藻反应箱(3)侧壁连通有溢流阀(15)，所述溢流阀(15)位于所述微藻反应箱(3)内的污水上方，所述微藻反应箱(3)通过所述溢流阀(15)与所述污染物收集箱(11)连通。

8.根据权利要求7所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述输送件包括设置在所述进水箱(1)内的潜水泵(16)，所述进水箱(1)通过所述潜水泵(16)与所述微藻反应箱(3)连通，所述第一膜组件(8)与所述出水箱(9)通过第一蠕动泵(17)连通，所述第二膜组件(10)与所述污染物收集箱(11)通过第二蠕动泵(18)连通，所述微藻存储箱(4)与所述微藻收集箱(2)之间设置有阀门(23)和第三蠕动泵(19)，所述微藻存储箱(4)通过所述阀门和所述第三蠕动泵(19)与所述微藻收集箱(2)连通。

9.根据权利要求8所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述控制件包括第一时间继电器(20)和第二时间继电器(21)，所述第一时间继电器(20)用来控制所述第一蠕动泵(17)和所述第二蠕动泵(18)工作，所述第二时间继电器(21)用来控制所述第三蠕动泵(19)工作。

10.根据权利要求8所述的用于海水养殖废水处理的颗粒微藻系统，其特征在于：所述进水箱(1)与所述微藻反应箱(3)间设置有用来控制所述微藻反应箱(3)内液位的液位控制器(22)，所述液位控制器(22)与所述潜水泵(16)电性连接。

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