CN114262060B - 一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，包括：向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对水环境中的水体进行净化；净化后水体进行藻水分离，获取浓缩藻液；藻液进入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物；对液化产物进行除磷，除磷后的滤液回流至水环境中。该方法将菌藻耦合技术应用在再生水补给的水环境中，向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对水环境中的水体进行净化；净化后水体经过滤装置获得浓缩藻液，滤液回流至水环境中；藻液输入裂解液化装置，获得高碳氮比液化产物；将液化产物泵入除磷装置进行除磷，除磷后产生的滤液回流至水环境中，作为水环境缺氧区域微生物的碳源，解决再生水中有机物含量低的问题。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法。
背景技术
随着污水处理技术的不断提高，以再生水作为河、湖补给用水已成为解决水资源短缺的一个重要途径。尽管采取了各种方法来消减水厂出水中的氮磷含量，而再生水在进入景观水体后依然存在营养盐积累问题，微藻的大量繁殖导致“水华”频繁爆发。近年来，国家不断加强对水生态环境的治理和修复，故而维系再生水补给后水生态环境的水化学平衡成为了构建良好水生态环境体系亟待解决的问题。
目前，再生水应用普遍存在着以下问题：一是再生水中的有机物含量较低，且多为难降解物质，不利于微生物的反硝化脱氮；二是难以进行藻类和微生物生物量比例的合理调控，容易造成水体二次污染；三是水体中藻类的回收和处置；鉴于这些问题，目前将“菌藻耦合技术”应用于再生水水环境的构建体系中还存在一定的阻碍和挑战。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，该方法将菌藻耦合技术应用在再生水补给的水环境中，向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对水环境中的水体进行净化；净化后水体经过滤装置获得浓缩藻液，滤液回流至水环境中；藻液输入裂解液化装置，获得高碳氮比液化产物；将液化产物泵入除磷装置进行除磷，除磷后产生的滤液回流至水环境中，作为水环境缺氧区域微生物的碳源，解决再生水中有机物含量低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，该方法包括：
向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对所述水环境中的水体进行净化，获取净化后水体；
对所述净化后水体进行藻水分离，获取浓缩藻液；
将所述藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物；
对所述液化产物进行除磷，除磷后的滤液回流至所述水环境中。
可选地，所述净化后水体经所述过滤装置后实现藻水分离，所述过滤装置包括过滤介质，所述过滤介质将微藻截留。
可选地，被过滤介质截留的微藻经反冲洗后直接输入裂解液化装置。
可选地，还包括：将所述滤液回流至水环境中。
可选地，将所述藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物包括：
将藻液输入裂解液化装置，在裂解液化装置中进行藻细胞裂解、液化。
可选地，对所述液化产物进行除磷包括：
将液化产物排入除磷装置，除磷装置内设有除磷吸附剂；
利用除磷吸附剂将液化产物中的磷吸附。
可选地，利用所述除磷吸附剂将所述液化产物中的磷进行吸附，透过所述除磷吸附剂的滤液回流到所述水环境的缺氧区域。
可选地，还包括进行磷回收。
可选地，所述进行磷回收包括：
提取吸附了磷的所述除磷吸附剂上的含磷物质；
将所述含磷物质转化为羟基磷灰石。
可选地，向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻包括：
在再生水补给的水环境中接种微藻；
在所述水环境的缺氧区域接种微生物。
本发明提供一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其有益效果在于：
1、该方法将菌藻耦合技术应用在再生水补给的水环境中，通过藻类生物技术去除水环境中过量的氮磷营养盐，同时利用微藻的光合作用对空气中的二氧化碳进行固定、转化，实现低耗能的水质净化和二氧化碳减排效果；
2、该方法通过向水环境中投入的微生物的脱氮功能将水体中的硝酸盐和亚硝酸盐以氮气等气态氮化物形式被去除，实现高效脱碳效果。另外，营养盐的降解大大阻碍了微藻对其的利用能力，使微藻的生物量得到一定控制；
3、该方法在过滤装置和裂解液化装置中使经过藻水分离、藻液浓缩、藻细胞裂解液化，得到高碳氮比的液化产物，液化产物经除磷后滤液可作为生物质碳源回流到水环境中，解决水环境中有机物含量不足的问题；
4、该方法对含有磷液化产物进行除磷后再将去除磷后的液化产物回流至水环境中，将吸附剂中的含磷物质进行回收并实现资源再利用，同时避免因磷回流而使水环境富营养化加剧的风险。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法的微藻密度随时间的变化曲线图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法的SCOD(可溶性有机物)随时间的变化曲线图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法的TN(总氮量)随时间的变化曲线图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法的TP(总磷量)随时间的变化曲线图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，该方法包括：
向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对水环境中的水体进行净化，获取净化后水体；
对净化后水体进行藻水分离，获取浓缩藻液；
将藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物；
对液化产物进行除磷，除磷后的滤液回流至水环境中。
具体的，通过向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，利用微生物(如：脱氮菌)将水环境中的含氮化合物进行反硝化脱氮，最终以N2或N2O形式排入大气中。在光照条件下利用微藻(如：小球藻)光合作用实现CO2的固定，同时通过微藻繁殖代谢，对水环境中的氮磷营养盐进行吸收净化；净化后水体进入后续过滤装置，在过滤装置中实现藻水分离，滤液回流至水环境；微藻被截留在过滤介质中，经反冲洗后将藻液输入裂解液化装置，在裂解液化装置中通过物理技术(微波破壁+高压液化)使藻细胞裂解、液化，得到高碳氮比液化产物；液化产物通过泵排入后续除磷装置进行除磷，利用除磷吸附剂将液化产物中的磷吸附，产生的滤液回流至水环境中，对得到的含磷物质进行提取，转化为羟基磷灰石。
可选地，净化后水体经过滤装置后实现藻水分离，过滤装置包括过滤介质，过滤介质将微藻截留。
具体的，过滤装置(如：滤罐)，在装置中添加过滤介质(如：火山岩)，透过过滤介质的滤液回流至水环境中，被过滤介质截留的微藻进入后续裂解液化装置。
在过滤装置中对净化水体静置设定时长。
可选地，被过滤介质截留的微藻经反冲洗后直接排入裂解液化装置。
具体的，利用再生水对过滤介质进行反冲洗，使微藻从过滤介质外表脱落，反冲洗后获得的藻液排入裂解液化装置。
可选地，还包括：将滤液回流至水环境中。
具体的，过滤装置产生的滤液回流到水环境中作为水环境的补给水源。
可选地，将藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物包括：
将藻液输入裂解液化装置，在裂解液化装置中进行藻细胞裂解、液化。
可选地，对液化产物进行除磷包括：
将液化产物排入除磷装置，除磷装置内设有除磷吸附剂；
利用除磷吸附剂将液化产物中的磷吸附。
具体的，除磷吸附剂为含羟基铁的除磷吸附滤料，除磷时将液化产物中的含磷物质吸附在除磷吸附滤料上，实现除磷处理，产生的滤液作为生物质碳源回流至水环境中。
可选地，利用除磷吸附剂将液化产物中的磷进行吸附，透过除磷吸附剂的滤液回流到水环境的缺氧区域。
具体的，透过吸附滤料后的滤液可作为碳源回流到水环境中，解决水环境中有机物含量不足的问题。
可选地，还包括进行磷回收。
具体的，对去除的磷进行回收，可以实现磷的再利用。
可选地，进行磷回收包括：
提取吸附了磷的除磷吸附剂上的含磷物质；
将含磷物质转化为羟基磷灰石。
具体的，对含磷物质进行回收，可以实现磷的再利用。
可选地，向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻包括：
在再生水补给的水环境中接种微藻；
在水环境的缺氧区域接种微生物。
具体的，在再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，在光照环境下微藻通过光合作用进行繁殖代谢，实现对水体中氮磷营养盐吸收净化，与后续液化产物除磷后产生的滤液回流形成配合，解决水环境中有机物含量低的问题，提高水环境缺氧区域脱氮菌的反硝化脱氮效果。
实施例
如图1所示，本发明提供一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，该方法包括：
向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对水环境中的水体进行净化，获取净化后水体；
对净化后水体进行藻水分离，获取浓缩藻液；
将藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物；
对液化产物进行除磷，除磷后的滤液回流至水环境中。
在本实施例中，净化后水体经过滤装置后实现藻水分离，过滤装置包括过滤介质，过滤介质将微藻截留。
在本实施例中，被过滤介质截留的微藻经反冲洗后直接排入裂解液化装置。
在本实施例中，还包括：将滤液回流至水环境中。
在本实施例中，将藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物包括：
将藻液输入裂解液化装置，在裂解液化装置中进行藻细胞裂解、液化。
在本实施例中，对液化产物进行除磷包括：
将液化产物排入除磷装置，除磷装置内设有除磷吸附剂；
利用除磷吸附剂将液化产物中的磷吸附。
在本实施例中，利用除磷吸附剂将液化产物中的磷进行吸附，透过除磷吸附剂的滤液回流到水环境的缺氧区域。
在本实施例中，还包括进行磷回收。
在本实施例中，进行磷回收包括：
提取吸附了磷的除磷吸附剂上的含磷物质；
将含磷物质转化为羟基磷灰石。
在本实施例中，向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻包括：
在再生水补给的水环境中接种微藻；
在水环境的缺氧区域接种微生物。
综上，本发明提供的再生水补给的水环境化学平衡处理方法实施时，以一次实验为例：
(1)水环境：取北京市某再生水厂出水为基础培养液，硝酸钠和磷酸二氢钾为外加无机营养盐，在氮、磷浓度分别为15mg/L和0.3mg/L再生水体中进行微藻培养，初始接种浓度5.1x105个cell/mL；将混合液放置在光照5000Lux、温度25℃、光暗比12h:12h的恒温培养箱中培养，培养阶段持续7～10d，观察微藻的生长情况并在680nm波长下进行吸光度值的测定；参见图2，通过微藻生长数据的检测，发现直接向再生水体中投加适量微藻可使其正常生长，生物量达9.8x107个cell/mL，这为水体中营养物的去除提供了有利基础；
(2)藻水分离：将含有微藻的净化水体直接排入过滤装置，过滤介质将微藻进行截留，透过过滤介质的滤液可直接回流至水环境；然后利用反冲洗系统中的再生水对过滤介质进行冲洗，使微藻从过滤介质的外表面脱落；反冲洗后的取得的浓缩藻液将输入裂解液化装置；这样净化后水体中的微藻可被大量截留，滤液可以作为水环境的补给水源，同时获得的浓缩藻液可进入裂解液化装置，实现资源再利用；
(3)藻细胞裂解：选取由再生水培养的微藻，在8000rpm下离心6min去掉上清液，并用无菌水清洗2～3次，藻渣经再生水稀释后等量投加至含有2L再生水(北京市某再生水厂出水)的玻璃容器中，实际微藻生物量约0.03g；实验中以黑暗常温(25℃)、黑暗低温(10℃)、黑暗连续曝气作为胁迫条件，在恒温培养箱中培养观察，在不同阶段提取上清液分析藻体衰亡分解过程中释放的碳氮磷含量。
参见图3至图5，在不同胁迫条件下，7天后各处理的SCOD含量均比原水提高了7mg/L，TN和TP去除率分别为2％和67％；10天后，黑暗常温下水体中的SCOD含量仍比进水高4～5mg/L，同时TN和TP含量上升；在实验结束时常温下水体中的TN含量比进水高1.7mg/L，而曝气条件下TN和TP含量分别比进水高出了1.2mg/L和0.08mg/L；说明除无机营养盐外，微藻在胁迫的过程中还会释放大量有机物，故可以考虑将其回收并作为生物质碳源，解决水环境中有机物含量不足的问题。
(4)磷去除：选取孔径为35～50μm的羟基氧化铁作为除磷吸附剂材料，并调节水体pH为5.6并通过添加NaOH(1.0～1.5mol/L)对除磷吸附剂材料中的磷进行解吸。
(5)磷回收：通过在解吸液中添加氯化钙，使解吸液中n(Ca):n(P)比设为7:1，调节pH至5.0～6.0；搅拌后沉淀再过滤，收集羟基磷灰石形态的磷。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，该方法包括：
向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻，对所述水环境中的水体进行净化，获取净化后水体；
对所述净化后水体进行藻水分离，获取浓缩藻液；
将所述藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物；
对所述液化产物进行除磷，除磷后的滤液回流至所述水环境中。
2.根据权利要求1所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，所述净化后水体经过滤装置后实现藻水分离，所述过滤装置包括过滤介质，所述过滤介质将微藻截留。
3.根据权利要求2所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，被过滤介质截留的微藻经反冲洗后直接输入裂解液化装置。
4.根据权利要求2所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，还包括：将滤液回流至水环境中。
5.根据权利要求1所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，将所述藻液输入裂解液化装置，获取高碳氮比液化产物包括：
将藻液输入裂解液化装置，在裂解液化装置中进行藻细胞裂解、液化。
6.根据权利要求1所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，对所述液化产物进行除磷包括：
将液化产物排入除磷装置，除磷装置内设有除磷吸附剂；
利用除磷吸附剂将液化产物中的磷吸附。
7.根据权利要求6所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，利用所述除磷吸附剂将所述液化产物中的磷进行吸附，透过所述除磷吸附剂的滤液回流到所述水环境的缺氧区域。
8.根据权利要求6所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，还包括进行磷回收。
9.根据权利要求8所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，所述进行磷回收包括：
提取吸附了磷的所述除磷吸附剂上的含磷物质；
将所述含磷物质转化为羟基磷灰石。
10.根据权利要求1所述的再生水补给的水环境化学平衡处理方法，其特征在于，向再生水补给的水环境中接种微生物和微藻包括：
在再生水补给的水环境中接种微藻；
在所述水环境的缺氧区域接种微生物。
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