CN115304169A - 一种菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置，所述菌藻共生体系包括固定化藻球、好氧颗粒污泥，所述固定化藻球是以海藻酸钠、聚乙烯醇为载体、氯化钙为固定剂包埋微藻制得，将固定化藻球与好氧颗粒污泥混合后放入光生物反应器内培养构建菌藻共生体系。本发明所述的一种菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置，用于生活污水的处理，菌藻共生体系的固定化藻球与好氧颗粒污泥功能协同，稳定性好，对生活污水的脱氮除磷处理能力较好，当反应器和光生物反应器以及水处理剂与菌藻共生体系配合使用，可以使出水的氮、磷及COD等指标达到一级A排放标准。

Description

一种菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置
技术领域
本发明属于菌藻共生体技术领域，具体涉及一种菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置。
背景技术
生活污水的产量随着城市化的推进越来越高。生活污水，是居民日常生活中排出的废水，主要来源于居住建筑和公共建筑，如住宅、机关、学校、医院、商店、公共场所及工业企业卫生间等。生活污水所含的污染物主要是有机物(如蛋白质、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮等) 和大量病原微生物(如寄生虫卵和肠道传染病毒等)。
此外，由于存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭。细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，可导致传染病蔓延流行。因此，生活污水排放前必须进行处理。
目前，现行的污水处理厂的生活污水处理工艺，常采用生物法进行对生活污水进行处理，即利用硝化细菌和反硝化细菌脱氮，利用聚磷菌除磷。中国专利申请号为201410377579.3公开了富集聚磷菌的厌氧／好氧 SNDPR 系统处理低 CN 比生活污水的工艺，生活污水进入同步硝化反硝化除磷 SBR 反应器后，先进行延时缺氧／厌氧搅拌，反硝化细菌利用污水中有机碳源将上周期残留的NO-N及NO-N进行反硝化脱氮，聚磷菌则利用污水中的有机碳源厌氧释磷，并在细胞内合成储存物质，目的是在一个反应器内实现低碳氮比污水的深度脱氮除磷，不需投加外碳源。由于硝化细菌与聚磷菌具有竞争关系，并且最适污泥龄差异大，因此，基于这两种细菌开发的脱氮除磷工艺的效果受限，出水中氮磷的浓度有时无法达到一级 A 排放标准，导致出水中仍含有较高的氮、磷，并随着废水排放进入水环境。这是导致我国水体富营养化情况严重并难以彻底解决的重要原因之一。
近年来，采用微藻处理污水的工艺受到越来越多的关注。微藻在自然环境中起着净化自然水体的重要作用，微藻以水中氮磷和有机物等作为营养物质，以光能作为能源，以水作为电子受体，在光合作用下，微藻自身得到生长，同时水中氮磷和有机污染物质得以去除。微藻处理生活污水有很大的优势，成本很低，不会产生二次污染外。
中国专利申请号为202111458556.1公开了一种利用混合微藻处理城市生活污水的方法，包括如下步骤：(1)将城市生活污水离心取上清液；(2)将混合微藻接种于步骤(1)所述上清液中进行培养，该发明实际上是给出了一种由城市生活污水组成、用于培养混合微藻并积累油脂和蛋白质的培养基，没有给出菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置。
因此，需要研发出一种菌藻共生体系，相比现有技术中的生物法对生活污水进行处理、混合微藻处理城市生活污水，对生活污水进行更好的脱氮除磷能力。
此外，通常生活污水中重金属含量很少，但是，由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放，从而造成有的生活污水也具有一定的重金属含量。因此，除了对生活污水进行常规的脱氮除磷，还需要具有一定的重金属吸附的功能。中国专利申请号为201910319286.2公开了一种含重金属的生活污水处理方法及装置，自动将生活污水中的大颗粒杂质过滤出来，并能够将过滤出来的大颗粒杂质逐渐推送至箱体外侧的接污桶内，且能够对生活污水内过滤出的金属颗粒杂质进行吸附区分，该发明实际上是给出了生活污水处理的装置以及采用该装置实现大颗粒杂质过滤以及金属颗粒杂质吸附的方法。
此外，单一的处理剂或者方法对生活污水的处理是具有一定局限性的，生活污水出水通常无法达到一级 A 排放标准。
同时，需要研发出一种处理生活污水的方法和装置，该方法和装置能更高效、稳定且低能耗地对生活污水进行脱氮除磷、重金属吸附，出水水质能够稳定达到一级 A 排放标准。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种菌藻共生体系及其处理生活污水的方法和装置，用于生活污水的处理，菌藻共生体系的固定化藻球与好氧颗粒污泥功能协同，稳定性好，对生活污水的脱氮除磷处理能力较好，当反应器和光生物反应器以及水处理剂与菌藻共生体系配合使用，可以使出水的氮、磷及 COD等指标达到一级 A 排放标准，减少对自然水环境的影响，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种菌藻共生体系，所述菌藻共生体系包括固定化藻球、好氧颗粒污泥，所述固定化藻球是以海藻酸钠、聚乙烯醇为载体、氯化钙为固定剂包埋微藻制得，将固定化藻球与好氧颗粒污泥混合后放入光生物反应器内培养构建菌藻共生体系；所述微藻为普通小球藻、蛋白核小球藻、斜生栅藻、布朗葡萄藻中的一种或者多种的组合。
本发明所述菌藻共生体系包括固定化藻球、好氧颗粒污泥，用于生活污水的处理，其中，好氧颗粒污泥中的好氧细菌，在曝气的条件下，可以大量降解生活污水中的各种有机物，使 COD、BOD 迅速降低，好氧颗粒污泥还能够吸附生活污水中的悬浊颗粒物以及产生色度的有机物；微藻在自身生长过程中，会将生活污水中的碳酸盐及空气中的二氧化碳作为碳源，将生活污水中的有机氮和无机氮作为氮源，合成组成藻细胞的蛋白质和氨基酸，通过磷酸酸化将生活污水中的磷转化为 ATP 和磷脂等有机物，完成细胞的增值，同时在这一过程中释放氧气，增加了水中溶解氧的浓度，降低了生活污水中氮磷污染物的浓度，其产生的氧气和有机物，还可以提供给好氧颗粒污泥中的好氧细菌，好氧细菌产生的各类代谢产物可以作为微藻的养料，两者形成了共生关系。由于微藻在光生物反应器内为悬浮状态，不易沉降，对环境适应性弱，在出水阶段易出现大量流失，导致菌藻共生体系净化能力降低，稳定性较差，因此，本发明通过采用固定化藻球代替微藻以来解决这一问题。
所述固定化藻球，以海藻酸钠、聚乙烯醇为共同载体，海藻酸钠温和、安全无毒性，非常适合做包埋的载体，但海藻酸钠具有易溶解、机械强度差的缺点，因此加入聚乙烯醇改善上述缺点，氯化钙为固定剂，通过钠、钙离子的离子交换，可以生成多孔稳定的固定化藻球，微藻细胞高度浓缩在固定化藻球内，得以固着生长，微藻不能游离出固定化藻球，而生活污水中的污染物质却能进入其内与微藻发生反应，稳定性更好，也能较好的保持微藻的活性，并且提高了微藻细胞的浓度，有利于氮、磷的去除。
光生物反应器对生活污水的脱氮除磷处理能力主要由菌藻共生体系内的微藻、好氧颗粒污泥决定，微藻作为生物，对生长环境的变化比较敏感，例如温度对藻细胞活性有一定影响、光照强度和光暗比对微藻利用光能的能力有影响和溶解氧对好氧颗粒污泥有影响等，因此，设置合适的环境条件诸如环境温度、搅拌速度、溶解氧、光照强度、光暗比可以有效保证微藻、好氧颗粒污泥处理生活污水的能力。
优选的，光生物反应器的温度控制在25-30℃，搅拌速度控制在50-200r/min，曝气量控制在0.1-0.5L/min，光照强度控制在3000-5000 lux，光暗比控制在10-14h：10-14h，水力停留时间为1-5天，本发明所述菌藻共生体系可以较好的发挥菌藻共生系统的协同作用，获得更好的处理生活污水的能力。
本发明还涉及所述菌藻共生体系的处理生活污水的方法，所述处理生活污水的方法，是将菌藻共生体系与水处理剂配合使用处理生活污水。
单一的处理剂或者方法对生活污水的处理是具有一定局限性的，生活污水出水通常无法达到一级 A 排放标准。因此，本发明将菌藻共生体系与水处理剂联用，对生活污水进行处理，菌藻共生体系与水处理剂是在不同的单元发挥作用，以来分别发挥两者的优势。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，所述处理生活污水的方法，包括如下步骤：在光生物反应器内盛放有菌藻共生体系，在反应器内投放有水处理剂，将生活污水先进入反应器内进行初处理，反应器出水经过滤器过滤后再进入光生物反应器内进行终处理，然后光生物反应器出水经水质检测器检测，若检测达到一级 A 排放标准，则排放，若检测未达到一级 A 排放标准，则回流至反应器内进行处理。
生活污水中颗粒物、不溶物、大分子量的物质、重金属相对于菌藻共生体系的处理能力来说，是不易去除的，还会导致菌藻共生体系的微藻与生活污水环境中小分子的碳、氮、磷物质接触受阻。同时这些物质的存在会使水质浑浊，会影响微藻光能的获取，因此会影响微藻光合作用的效果。
本发明所述的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，将生活污水先进入反应器内处理，再进入光生物反应器内处理，由水处理剂对生活污水进行初步处理，初步处理后的水氮磷浓度仍然较高，并且通过过滤器去除残余颗粒物、不溶物，然后进入光生物反应器，这时菌藻共生体系可以进一步吸收去除水中的氮、磷，使最终出水的氮、磷浓度达到一级 A排放标准，减少对自然水环境的影响。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，所述菌藻共生体系的构建，包括如下步骤：
S1固定微藻：将海藻酸钠配置成海藻酸钠溶液，除菌后冷却备用；将聚乙烯醇配置成聚乙烯醇溶液，除菌后冷却备用；将上述海藻酸钠溶液与聚乙烯醇溶液两种溶液混合均匀后放置，得到载体溶液，所述载体溶液中含有质量分数1-5%的海藻酸钠和1-3%的聚乙烯醇，备用；将氯化钙配置成质量分数为1-5%的氯化钙溶液，冷却备用；将处于对数生长期的微藻置于离心机进行离心，以去离子水置换上清液，保持体积不变，摇匀后与上述载体溶液等体积均匀混合，得到载体-微藻混合液；将载体-微藻混合液缓慢滴入上述氯化钙溶液中，在搅拌条件下，得到平均直径为1-5mm的藻球颗粒，将藻球颗粒用去离子水冲洗脱盐1-2h ，得到固定化藻球；
S2构建菌藻共生体系：将污泥浓度为100-1000mg/L的好氧颗粒污泥与生物量为100-1000mg/L的固定化藻球混合后构建为菌藻共生体系，放入光生物反应器内。
优选的，将所述菌藻共生体系先放入光生物反应器内培养5-10天后，再通入生活污水进行处理。菌菌藻共生体系在光生物反应器内培养5-10天后达到稳定状态，菌藻间出现功能协同促进而更有利于生活污水的处理。
相比普通的污泥，好痒颗粒污泥具有不易发生污泥膨胀、抗冲击能力强、能承受高有机负荷，集不同性质的微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物)于一体的优点，与固定化藻球协同性更好。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，所述离心机的转速设置为4000-6000r/min，离心时间为5-15min。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，所述水处理剂包括生物炭、氧化铜、过硫酸盐，所述生物炭：氧化铜：过硫酸盐的质量比为1-5：5-15：1-5，所述氧化铜通过物理-化学沉积的方式负载在生物炭上，然后与过硫酸盐联用投放至反应器内。
优选的，向反应器内投放的水处理剂初始投放量为2-50g/L，然后每1-5天补充投加 1-10g/L 水处理剂，并且将反应器的温度控制在60-90℃，反应器的水力停留时间为1天。
优选的，所述过滤器为具有冷却功能的过滤器，当生活污水经反应器处理后，经过滤器过滤、冷却成室温后再进入光生物反应器内，以免对光生物反应器内菌藻共生体系产生影响。
所述水处理剂用于生活污水的初处理，包括生物炭、氧化铜、过硫酸盐，生物炭具有比表面积大、孔隙结构大的优点，它可以作为载体，让氧化铜通过物理-化学沉积的方式可以均匀附着在上面，从而为过硫酸盐的催化提供更多的活性位点，与过硫酸盐联合使用时，有利于激发过硫酸盐产生更多硫酸根自由基，使生活污水中的有机物被快速氧化，从而对生活污水中的有机物进行去除。此外，生物炭对生活污水中的污染物、重金属离子具有较好的吸附作用。
将反应器的温度控制在60-90℃，加热有利于过硫酸盐发生双氧键断裂，以及为过硫酸盐的催化反应提供更多能量，加快产生更多硫酸根自由基，促进对生活污水中的有机物的降解，当温度达到80℃左右，活性物质的产生量与产生速率达到极限，温度继续提高对废水中有机污染物的去除率提高不在明显，还会提高成本。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，将氧化铜负载生物炭上，包括如下步骤：
S1制备生物炭：先去除猪粪表面土壤颗粒，然后在室温下通风晾干，在40-60℃的烘箱内烘干；将烘干的猪粪通过粉碎机粉碎成0.1-0.3mm的粉末，过 50-100目筛后，收集备用为生物质原料；将上述生物质原料放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，形成缺氧或者无氧环境；在缺氧或者无氧环境下，高温炉以2-6℃的升温速率缓慢升温至200-600℃，对生物质原料进行热解，热解时间为1-3 h，热解完成后，冷却至室温，经粉碎机粉碎成1-3mm的碎片，得到生物炭；
S2负载：将硝酸铜配置成0.25-0.5mol/L的硝酸铜溶液，将生物炭加入上述硝酸铜溶液中，静置24-48h，过滤，得到过滤物，将过滤物在40-60℃的烘箱内烘干；
S3焙烧：将烘干后的过滤物放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，在氮气氛围保护下，高温炉以2-5℃的升温速率缓慢升温至300-400℃进行焙烧，保温0.5-1h，冷却至室温，得到氧化铜负载生物炭。
本发明选择以猪粪(动物粪便)为生物质制备的生物炭，相比以农作物秸秆例如水稻、小麦、玉米秸秆等、木质纤维素例如竹制备的生物炭，其灰分含量更多、含氧官能团所占比例更大，灰分可以与废水中的重金属产生沉淀作用以及与重金属发生阳离子交换作用，羧基官能团与重金属间产生表面络合作用，因此本发明所述生物炭对废水中的重金属去除效果更优。并且，随着畜牧业的快速发展，我国的猪粪产量巨大，其价格及其低廉。
本发明所述生物炭上的氧化铜主要是分布修饰于生物炭的孔隙与表面，形成表面较为粗糙的结构，该结构与过硫酸盐的合位点较多，能更快地产生活性物质，对生活污水中的有机物进行氧化。相较于现有技术中常采用的铁源，氧化铜这类铜源不依赖金属离子溶出，在整个催化过程中金属离子溶出少，pH适用范围更广。
本发明还涉及所述菌藻共生体系的处理生活污水的装置，包括反应器、光生物反应器，所述反应器与光生物反应器依次串联。
将反应器和光生物反应器串联，反应器作为光生物反应器的初处理单元，光生物反应器作为反应器的深度处理单元，则可以将两者的优势充分发挥出来，反应器先去除生活污水的部分 COD、BOD、色度、氮、磷以及重金属等，剩余再通过光生物反应器的菌藻共生体系同化作用，在无需外加碳源的前提下，将反应器难以去除的氮、磷及其它有机物等污染物进一步去除。反应器和光生物反应器以及水处理剂与菌藻共生体系两者的结合可以使出水氮、磷及 COD 等指标达到更低的水平，以满足更高的标准。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的装置，所述光生物反应器包括SBR反应器、光照箱、排风装置、温控装置、曝气装置、搅拌器二；所述SBR反应器采用玻璃材质，所述SBR反应器用于盛放菌藻共生体系，所述SBR反应器侧面的顶、底部分别设置有二级进水口、二级出水口，所述SBR反应器底部分别设置有紧急排水口二、排泥口二，生活污水经反应器处理后排出，通过一级出液管、进液泵二从二级进水口进入SBR反应器内部，经SBR反应器处理后从二级出水口排出，通过二级出液管、出液泵进入水质检测器进行检测；所述SBR反应器固定设置有光照箱内，所述光照箱内壁环绕SBR反应器设置有若干白炽灯管；所述光照箱内顶部、底部分别设置有排风装置、温控装置，所述排风装置用于光照箱内的空气流通，所述温控装置用于调节光照箱以及SBR反应器内的温度；所述曝气装置包括空气泵、曝气管、曝气头，所述SBR反应器外一侧设置有空气泵，所述空气泵与曝气管的一端连接，所述曝气管的另一端伸入SBR反应器内底部并且曝气管的另一端安装有曝气头；所述SBR反应器内部设置搅拌器二用于SBR反应器内生活污水的搅拌。
为了使菌藻共生体系可以更好地发挥菌藻共生系统的协同作用、获得更好地处理生活污水能力，通过光照箱控制光照强度、光暗比，通过温控装置控制环境温度、通过曝气装置控制溶解氧、通过搅拌器二控制搅拌速度。通过设置水质检测器，除了可以起到水质检测以及确保排出的是净水的作用，更是为了预测SBR反应器内部的菌藻共生体系的状态，菌藻共生体系在SBR反应器内通常要经过四个阶段：适应期、微藻的对数增长期、稳定期、衰亡期，衰亡期易出现微藻死亡，细胞裂解，将体内营养物质释放至水体中，影响出水水质，此时，水质检测器可以通过其报警提醒、远程传输等功能进行示警，提醒相关人员对SBR反应器内部的菌藻共生体系进行检查、更换、回收等操作。
优选的，光照箱的内壁环绕SBR反应器设置有若干个白炽灯管，通过开启白炽灯管的数量控制光照强度，光照强度控制在3000-5000 lux，通过控制灯管电源的开通时间控制光暗比，光暗比控制在10-14h：10-14h。通过温控装置调节光照箱内的温度，适宜的温度，有利于菌藻共生体系的生长状态、脱氮除磷能力，温度控制在25-30℃较为合适。通过添加搅拌器二，让SBR反应器内具备缺氧-好氧的循环作用。通过曝气装置向SBR反应器内提供溶解氧，提高脱氮和去除COD效果，曝气头可以将曝气管注入的空气转化为气泡，增大气体与生活污水的接触面积，从而提高曝气效果，SBR反应器内溶解氧的浓度可以通过溶解氧仪进行监测。
进一步的，上述的菌藻共生体系的处理生活污水的装置，所述反应器包括反应器本体、进液泵一、搅拌器一、加热套，所述反应器本体侧面的顶、底部分别设置有一级进水口、一级出水口，所述反应器本体的底部分别设置有紧急排水口一、排泥口一，生活污水通过一级进液管、进液泵一从一级进水口进入反应器本体内部；所述反应器本体内部设置有搅拌器一用于反应器本体内生活污水的搅拌，所述反应器本体外套设有加热套用于反应器本体进行加热；生活污水经反应器本体处理后从一级出水口排出，通过一级出液管、过滤器、进液泵二进入光生物反应器内部。
在反应器本体底部设置有排泥口一，定期对反应器本体底部污泥等进行排出。通过搅拌器一对反应器本体内生活污水以及水处理剂进行搅拌混合，有利于水处理剂的处理效果。每当一级进水口进水时，一级出水口通过进液泵二排出等量出水进入光生物反应器，反应器的水力停留时间通过调节进液泵一、进液泵二得以控制。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明公开的菌藻共生体系，菌藻共生体系的固定化藻球与好氧颗粒污泥可以发挥菌藻共生的协同作用，稳定性好，对生活污水具有较好的脱氮除磷处理能力，通过以海藻酸钠、聚乙烯醇为载体、氯化钙为固定剂对微藻进行包埋固定，钠、钙离子的离子交换生成多孔的稳定性优异的固定化藻球，使微藻不能游离出固定化藻球，而生活污水中的污染物质却能进入其内与微藻发生反应，稳定性更好，也能较好的保持微藻的活性，并且提高了微藻细胞的浓度，有利于氮、磷的去除；
（2） 本发明公开的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，将菌藻共生体系与水处理剂联用，对生活污水进行处理，菌藻共生体系与水处理剂是在不同的单元发挥作用，以来分别发挥两者的优势，使最终出水的COD、 BOD、氮、磷等指标达到一级 A 排放标准，减少对自然水环境的影响；
（3）本发明公开的菌藻共生体系的处理生活污水的方法，水处理剂用于生活污水的初处理，包括生物炭、氧化铜、过硫酸盐，生物炭具有比表面积大、孔隙结构大的优点，它可以作为载体，让氧化铜通过物理-化学沉积的方式可以均匀附着在上面，从而为过硫酸盐的催化提供更多的活性位点，与过硫酸盐联合使用时，有利于激发过硫酸盐产生更多硫酸根自由基，使生活污水中的有机物被快速氧化，从而对生活污水中的有机物进行去除，生物炭对生活污水中的污染物、重金属离子等具有较好的吸附作用；
（4）本发明公开的菌藻共生体系的处理生活污水的装置，将反应器和光生物反应器串联，反应器作为光生物反应器的初处理单元，光生物反应器作为反应器的深度处理单元，则可以将两者的优势充分发挥出来，反应器先去除生活污水的部分 COD、BOD、色度、氮、磷以及重金属，剩余的通过光生物反应器的菌藻共生体系同化作用，在无需外加碳源的前提下，将反应器难以去除的氮、磷及其它污染物进一步去除。反应器和光生物反应器以及水处理剂与菌藻共生体系两者的结合可以使出水氮、磷及 COD 等指标达到更低的水平以满足更高的标准。
附图说明
图1为本发明所述实施例3的一种菌藻共生体系处理生活污水的装置的结构简图；
图2为本发明所述实施例3的一种水处理剂处理生活污水的装置的结构简图；
图3为本发明所述实施例4的一种菌藻共生体系与水处理剂联用处理生活污水的装置的连接简图；
图4为本发明所述对比例3、对比例4、实施例5的一种菌藻共生体系COD去除效果对比图；
图5为本发明所述对比例3、对比例4、实施例5的一种菌藻共生体系BOD去除效果对比图；
图6为本发明所述对比例3、对比例4、实施例5的一种菌藻共生体系氨氮去除效果对比图；
图7为本发明所述对比例3、对比例4、实施例5的一种菌藻共生体系总氮去除效果对比图；
图8为本发明所述对比例3、对比例4、实施例5的一种菌藻共生体系总磷去除效果对比图；
图9为GB 18918-2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A 标准排放要求表；
图中：光生物反应器1、SBR反应器11、二级进水口111、二级出水口112、紧急排水口二113、排泥口二114、光照箱12、白炽灯管121、排风装置13、温控装置14、曝气装置15、空气泵151、曝气管152、曝气头153、搅拌器二16、一级出液管17、进液泵二18、反应器2、反应器本体21、一级进水口211、一级出水口212、紧急排水口一213、排泥口一214、进液泵一22、搅拌器一23、加热套24、一级进液管25、过滤器3、水质检测器4。
具体实施方式
下面将对比例1-2与实施例1、实施例2、实施例3-4、对比例3-4与实施例5、实施例6结合具体实验数据以及附图1-9，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
其中，在实验部分，使用实际生活污水，来自公司附近居民区的污水检查井，该生活污水的主要水质指标如表1所示。
表1 生活污水的主要水质指标
Figure 626638DEST_PATH_IMAGE001
以下对比例1-2与实施例1提供了一种菌藻共生体系及其构建方法。
其中，蛋白核小球藻均来自中国科学院淡水藻种库，好氧颗粒污泥来自上海碧润诚生物科技工程有限公司，平均污泥浓度MLSS为1000mg/L。
对比例1
对比例1的菌藻共生体系包括蛋白核小球藻、好氧颗粒污泥，将蛋白核小球藻培养至对数期，并且将处于对数期的藻液在 4000 rpm下离心 10 min 制作浓缩液作为种子液备用。
将上述种子液和好氧颗粒污泥按照菌藻比 1:1（即好氧颗粒污泥的浓度MLSSmg/L：微藻的生物量 DCWmg/L为1:1）混合进行配置成菌藻共生体。
对比例2
对比例2的菌藻共生体系包括固定化藻球、好氧颗粒污泥，将海藻酸钠配置成质量分数为4%的海藻酸钠溶液，除菌后冷却备用；将氯化钙配置成质量分数为3%的氯化钙溶液，冷却备用；将处于对数生长期的蛋白核小球藻在 4000 rpm下离心 10 min，以去离子水置换上清液，保持体积不变，摇匀后与上述海藻酸钠溶液等体积均匀混合，得到海藻酸钠-微藻混合液；将海藻酸钠-微藻混合液缓慢滴入上述氯化钙溶液中，在搅拌条件下，得到平均直径为3-4mm左右、重0.25-0.30g左右的藻球颗粒，将藻球颗粒用去离子水冲洗脱盐1h ，得到固定化藻球。
将上述固定化藻球和好氧颗粒污泥按照菌藻比 1:1混合进行配置成菌藻共生体。
实施例1
实施例1的菌藻共生体系包括固定化藻球、好氧颗粒污泥，将海藻酸钠配置成海藻酸钠溶液，除菌后冷却备用；将聚乙烯醇配置成聚乙烯醇溶液，除菌后冷却备用；将上述海藻酸钠溶液与聚乙烯醇溶液两种溶液混合均匀后放置，得到载体溶液，所述载体溶液中含有质量分数2.5%的海藻酸钠和1.5%的聚乙烯醇，备用；将氯化钙配置成质量分数为3%的氯化钙溶液，冷却备用；将处于对数生长期的蛋白核小球藻在 4000 rpm下离心 10 min，以去离子水置换上清液，保持体积不变，摇匀后与上述载体溶液等体积均匀混合，得到载体-微藻混合液；将载体-微藻混合液缓慢滴入上述氯化钙溶液中，在搅拌条件下，得到平均直径为3-4mm左右、重0.25~0.30g左右的藻球颗粒，将藻球颗粒用去离子水冲洗脱盐1h ，得到固定化藻球。
将好氧颗粒污泥与固定化藻球按照菌藻比 1:1混合配置为菌藻共生体系。
由于制作固定化藻球的目的是包埋微藻，使微藻得以固着生长， 因此要求固定化藻球在结构上具有较好的强度，并且在功能上能够自由与外界环境进行物质交换，因此，将对比例2与实施例1制备的固定化藻球进行强度、传质能力的测试，测试方法如下：
（1）强度：将对比例2与实施例1制备的固定化藻球在同一大流速水流种连续冲击15min，观察其破损情况来判断固定化藻球的相对机械强度，经观察，实施例1制备的固定化藻球在机械强度上优于对比例2制备的固定化藻球。
（2）传质能力：取相同体积和浓度的四环素溶液于2个烧杯中，分别加入一定量的对比例2与实施例1制备的固定化藻球，在室温和自然光的条件下搅拌，进行吸附实验，然后于20min后测定固定化藻球的质量，以间接得出各自的传质效果。经计算，对比例2的固定化藻球的传质效果为7.5103mg/g，实施例1的固定化藻球的传质效果为7.8045mg/g，实施例1制备的固定化藻球在传质效果上优于对比例1制备的固定化藻球。
其中，传质效果的计算方法为：设四环素溶液的浓度为C，固定化藻球的初始᯿量为Wi，不同时间下固定化藻球的᯿量为Wt，则单位中凝胶吸附四环素的量W为：W=(Wt-Wi)C 。
以下实施例2提供了一种水处理剂及其制备方法。
实施例2
实施例2的水处理剂，包括生物炭、氧化铜、过硫酸盐。其中，猪粪在当地农场收集，氧化铜、过硫酸盐原料均为市售废水处理剂工业常用原材料。
其中，所述氧化铜通过物理-化学沉积的方式负载在生物炭上。以猪粪为生物质制备生物炭，先去除猪粪表面土壤颗粒，然后在室温下通风晾干，在60℃的烘箱内烘干；将烘干的猪粪通过粉碎机粉碎成0.15-0.30mm的粉末，过 100目筛后，收集备用为生物质原料；将上述生物质原料放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，形成无氧环境；在无氧环境下，高温炉以6℃的升温速率缓慢升温至600℃，对生物质原料进行热解，热解时间为2.5 h，热解完成后，冷却至室温，经粉碎机粉碎成1-3mm的碎片，得到生物炭；将硝酸铜配置成0.5mol/L的硝酸铜溶液，将生物炭加入上述硝酸铜溶液中，静置24h，过滤，得到过滤物，将过滤物在60℃的烘箱内烘干；将烘干后的过滤物放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，在氮气氛围保护下，高温炉以4℃的升温速率缓慢升温至360℃进行焙烧，保温0.5h，冷却至室温，得到氧化铜负载生物炭。将氧化铜负载生物炭与过硫酸盐按照10:3的质量比配置成水处理剂。
按照下述测试方法对实施例2制得的生物炭进行理化性质表征。
（1）灰分：称取一定质量的生物炭于衡重的坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，在 750℃ 下灼烧 6 h，冷却后称其残留物和石英舟重量。灰分产率为残留物的质量与生物炭质量的比值。
（2）比表面积：采用比表面分析仪测定生物炭的比表面积。
测试结果为：实施例2制得的生物炭的灰分为59.1%,比表面积为12.4 m2g-1，而采用同样制备方法下玉米秸秆、竹屑制得的生物炭的灰分分别为9.9%、6.2%,比表面积分别为11.9 m2g-1、6.5 m2g-1。
通过傅里叶红外对氧化铜负载生物炭进行分析，发现了Cu-O-C键，说明了氧化铜通过物理-化学沉积较为稳定地附着在生物炭上。
以下实施例3提供了一种菌藻共生体系处理生活污水的装置和一种水处理剂处理生活污水的装置。
实施例3
所述菌藻共生体系的装置为光生物反应器1，将固定化藻球与好氧颗粒污泥混合后放入光生物反应器1内培养构建菌藻共生体系。
其中，所述光生物反应器1包括SBR反应器11、光照箱12、排风装置13、温控装置14、曝气装置15、搅拌器二16；所述SBR反应器11采用玻璃材质，所述SBR反应器11用于盛放菌藻共生体系，所述SBR反应器11侧面的顶、底部分别设置有二级进水口111、二级出水口112，所述SBR反应器11底部分别设置有紧急排水口二113、排泥口二114，生活污水经反应器本体11处理后从一级出水口112排出，通过一级出液管17、进液泵二18从二级进水口111进入SBR反应器11内部，经SBR反应器11处理后从二级出水口112排出，通过二级出液管19、出液泵20进入水质检测器4进行检测；所述SBR反应器11固定设置有光照箱12内，所述光照箱12内壁环绕SBR反应器11设置有若干白炽灯管121；所述光照箱12内顶部、底部分别设置有排风装置13、温控装置14，所述排风装置13用于光照箱12内的空气流通，所述温控装置14用于调节光照箱12内的温度；所述曝气装置15包括空气泵151、曝气管152、曝气头153，所述SBR反应器11外一侧设置有空气泵151，所述空气泵151与曝气管152的一端连接，所述曝气管152的另一端伸入SBR反应器11内底部并且曝气管152的另一端安装有曝气头153；所述SBR反应器11内部设置搅拌器二16用于SBR反应器11内生活污水的搅拌。
所述水处理剂处理生活污水的装置为反应器2，向反应器2内投放水处理剂。
其中，所述反应器2包括反应器本体21、进液泵一22、搅拌器一23、加热套24，所述反应器本体21侧面的顶、底部分别设置有一级进水口211、一级出水口212，所述反应器本体21的底部分别设置有紧急排水口一213、排泥口一214，生活污水通过一级进液管25、进液泵一22从一级进水口211进入反应器本体21内部；所述反应器本体21内部设置有搅拌器一23用于反应器本体21内生活污水的搅拌，所述反应器本体21外套设有加热套24用于反应器本体21进行加热；生活污水经反应器本体21处理后从一级出水口212排出，通过一级出液管17、过滤器3、进液泵二18进入光生物反应器1内部。
以下实施例4提供了一种菌藻共生体系与水处理剂联用处理生活污水的装置。
实施例4
基于实施例3的结构基础，所述菌藻共生体系与水处理剂联用处理生活污水的装置，包括反应器2、光生物反应器1，所述反应器2与光生物反应器1依次串联。在光生物反应器1内盛放有菌藻共生体系，在反应器2内投放有水处理剂，将生活污水先进入反应器2内进行初处理，反应器2出水经过滤器3过滤后再进入光生物反应器1内进行终处理，然后光生物反应器1出水经水质检测器4检测，若检测达到一级 A 排放标准，则排放，若检测未达到一级 A 排放标准，则回流至反应器2内进行重新处理，并且当检测未达到一级 A 排放标准，水质检测器4通过其报警提醒、远程传输等功能进行示警，提醒相关人员对SBR反应器内部的菌藻共生体系进行检查、更换、回收等操作。
以下对比例3-5、实施例5、实施例6提供了一种处理生活污水的方法。
对比例3
基于实施例3的结构基础，对比例3为菌藻共生体系的处理生活污水的方法，包括如下内容：先将对比例1的种子液置于SBR反应器11内，其加入量为蛋白核小球藻DCW1000mg/L，调节温控装置14、光照箱12、搅拌器二16，将SBR反应器11的温度维持在25±1℃、 光强为3000lux 、光暗比为 12h:12h、搅拌器二16的转速为 100r/min， 再加入好氧颗粒污泥，其加入量为污泥浓度MLSS 1000mg/L，培养5天后，SBR 反应器11才开始进水运行。
其中，SBR 反应器11的运行周期为 12h，具体运行参数：曝气 4.5h进水 30min、缺氧1.5h、曝气 3.5h、静置 2.5h（滗水）30min，实验过程中 pH 维持在 6.5-7.5，温度为25±1 ℃。
对比例4
基于实施例3的结构基础，对比例4为菌藻共生体系的处理生活污水的方法，包括如下内容：先将对比例2的固定化藻球置于SBR反应器11内，其加入量为蛋白核小球藻DCW1000mg/L，调节温控装置14、光照箱12、搅拌器二16，将SBR反应器11的温度维持在25±1℃、 光强为3000lux 、光暗比为 12h:12h、搅拌器二16的转速为 100r/min， 再加入好氧颗粒污泥，其加入量为污泥浓度MLSS 1000mg/L，培养5天后，SBR 反应器11才开始进水运行。
其中，SBR 反应器11的运行周期为 12h，具体运行参数：曝气 4.5h进水 30min、缺氧1.5h、曝气 3.5h、静置 2.5h（滗水）30min，实验过程中 pH 维持在 6.5-7.5，温度为25±1 ℃。
实施例5
基于实施例3的结构基础，实施例5为菌藻共生体系的处理生活污水的方法，包括如下内容：先将实施例1的固定化藻球置于SBR反应器11内，其加入量为蛋白核小球藻DCW1000mg/L，调节温控装置14、光照箱12、搅拌器二16，将SBR反应器11的温度维持在25±1℃、 光强为3000lux 、光暗比为 12h:12h、搅拌器二16的转速为 100r/min， 再加入好氧颗粒污泥，其加入量为污泥浓度MLSS 1000mg/L，培养5天后，SBR 反应器11才开始进水运行。
其中，SBR 反应器11的运行周期为 12h，具体运行参数：曝气 4.5h进水 30min、缺氧1.5h、曝气 3.5h、静置 2.5h（滗水）30min，实验过程中 pH 维持在 6.5-7.5，温度为25±1 ℃。
实施例6
基于实施例3、实施例4的结构基础，实施例6为菌藻共生体系与水处理剂联用处理生活污水的方法，包括如下内容：
（1） 初处理：向反应器本体21内投放的实施例2的水处理剂，初始投放量为10g/L，然后每3天补充投加10g/L。其中，调节搅拌器一23、加热套24，将反应器本体21的温度维持在80±1 ℃、搅拌器一23的转速为200r/min，每当反应器本体21进水时，反应器本体21排出等量的净化水，反应器本体21的水力停留时间为1天，反应器本体21的水力停留时间通过调节进液泵一22、进液泵二18得以控制；
（2）终处理：
1)准备工作：先将实施例1的固定化藻球置于SBR反应器11内，其加入量为蛋白核小球藻DCW1000mg/L，调节温控装置14、光照箱12、搅拌器二16，将SBR反应器11的温度维持在25±1 ℃、 光强为3000lux 、光暗比为 12h:12h、搅拌器二16的转速为 100r/min， 再加入驯化后的好氧颗粒污泥，其加入量为好氧颗粒污泥浓度MLSS 1000mg/L，培养5天后，SBR反应器11才开始进水运行；
2)运行：SBR 反应器11运行，反应器本体21出水经过滤器3（所述过滤器3为具有冷却功能的过滤器3，当生活污水经反应器2处理后，经过滤器3过滤、冷却成室温后再进入光生物反应器1内，以免对光生物反应器1内菌藻共生体系产生影响）后，等待进入SBR 反应器11内进行终处理，SBR 反应器11的运行周期为 12h，具体运行参数：曝气 4.5h进水 30min、缺氧1.5h、曝气 3.5h、静置 2.5h（滗水）30min，实验过程中 pH 维持在 6.5-7.5，温度为25±1 ℃。
效果验证：
按照下述分析测试指标及方法，分别从对比例3、对比例4、实施例5的二级出水口排出的净水中连续9日每天定时取样进行测试，分析测试指标及方法见表2，测试结果见图4、5、6、7、8。
表2分析测试指标及方法
Figure 631634DEST_PATH_IMAGE002
由图4、5、6、7、8可得，在反应初期（1-3天），对比例3、对比例4、实施例5的菌藻共生体系对COD、BOD、氨氮、总氮、总磷均具有较好的去除效果，整体来看，实施例5最佳，对比例4次之，对比例3最差；在反应中期（4-6天），对比例3、对比例4、实施例5的菌藻共生体系，对COD、BOD、氨氮、总氮、总磷逐渐达到最佳处理效果；在反应末期（7-9天），对比例3、对比例4、实施例5的菌藻共生体系，COD、BOD、氨氮、总氮、总磷开始有所上升，这与部分藻细胞的衰老死亡有关，其中，整体来看，实施例1的上升程度最小，对比例4次之，对比例3最差，说明实施例1的稳定性更好，能更好的保持微藻的活性。
按照表2所述的分析测试指标及方法，分别从实施例5、实施例6的二级出水口排出的净水中连续9日每天定时取样进行测试，取平均值，测试结果见表3。
表3 COD、BOD、氨氮、总氮、总磷、色度测试结果
COD/(mg/L) BOD/(mg/L) 氨氮/(mg/L) 总氮/(mg/L) 总磷/(mg/L) 色度/倍
对比例3 36.7 13.8 14.3 15.8 0.8 25
实施例6 8.1 4.2 2.0 4.6 0.15 12
根据GB 18918-2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》，COD、BOD、氨氮、总氮、总磷、色度的一级A 标准排放要求具体见图9。
由表3、图9可得，相比实施例5单独采用菌藻共生体系对生活污水进行处理，将菌藻共生体系与水处理剂联用的实施例6，由于结合了两者的优势，在COD、BOD、氨氮、总氮、总磷、色度的去除上有更好的效果，COD、BOD、氨氮、总氮、总磷、色度的各项指标均满足一级 A排放要求。
本发明具体装置途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种菌藻共生体系，其特征在于，所述菌藻共生体系包括固定化藻球、好氧颗粒污泥，所述固定化藻球是以海藻酸钠、聚乙烯醇为载体、氯化钙为固定剂包埋微藻制得，将固定化藻球与好氧颗粒污泥混合后放入光生物反应器（1）内培养构建菌藻共生体系；所述微藻为普通小球藻、蛋白核小球藻、斜生栅藻、布朗葡萄藻中的一种或者多种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的方法，其特征在于，所述处理生活污水的方法，是将菌藻共生体系与水处理剂配合使用处理生活污水。
3.根据权利要求2所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的方法，其特征在于，所述处理生活污水的方法，具体包括如下步骤：在光生物反应器（1）内盛放有菌藻共生体系，在反应器（2）内投放有水处理剂，将生活污水先进入反应器（2）内进行初处理，反应器（2）出水经过滤器（3）过滤后再进入光生物反应器（1）内进行终处理，然后光生物反应器（1）出水经水质检测器（4）检测，若检测达到一级 A 排放标准，则净水排放，若检测未达到一级 A 排放标准，则回流至反应器（2）内进行继续处理。
4.根据权利要求1所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的方法，其特征在于，所述菌藻共生体系的构建，包括如下步骤：
S1固定微藻：将海藻酸钠配置成海藻酸钠溶液，除菌后冷却备用；将聚乙烯醇配置成聚乙烯醇溶液，除菌后冷却备用；将上述海藻酸钠溶液与聚乙烯醇溶液两种溶液混合均匀后放置，得到载体溶液，所述载体溶液中含有质量分数1-5%的海藻酸钠和1-3%的聚乙烯醇，备用；将氯化钙配置成质量分数为1-5%的氯化钙溶液，冷却备用；将处于对数生长期的微藻置于离心机进行离心，以去离子水置换上清液，保持体积不变，摇匀后与上述载体溶液等体积均匀混合，得到载体-微藻混合液；将载体-微藻混合液缓慢滴入上述氯化钙溶液中，在搅拌条件下，得到平均直径为1-5mm的藻球颗粒，将藻球颗粒用去离子水冲洗脱盐1-2h ，得到固定化藻球；
S2构建菌藻共生体系：将污泥浓度为100-1000mg/L的好氧颗粒污泥与生物量为100-1000mg/L的固定化藻球混合后构建为菌藻共生体系，放入光生物反应器（1）内。
5.根据权利要求4所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的方法，其特征在于，所述离心机的转速设置为4000-6000r/min，离心时间为5-15min。
6.根据权利要求2或者3任一所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的方法，所述水处理剂包括生物炭、氧化铜、过硫酸盐，所述生物炭：氧化铜：过硫酸盐的质量比为1-5：5-15：1-5，所述氧化铜通过物理-化学沉积的方式负载在生物炭上，然后与过硫酸盐联用投放至反应器（2）内。
7.根据权利要求6所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的方法，其特征在于，将氧化铜负载生物炭上，包括如下步骤：
S1制备生物炭：先去除猪粪表面土壤颗粒，然后在室温下通风晾干，在40-60℃的烘箱内烘干；将烘干的猪粪通过粉碎机粉碎成0.1-0.3mm的粉末，过 50-100目筛后，收集备用为生物质原料；将上述生物质原料放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，形成缺氧或者无氧环境；在缺氧或者无氧环境下，高温炉以2-6℃的升温速率缓慢升温至200-600℃，对生物质原料进行热解，热解时间为1-3 h，热解完成后，冷却至室温，经粉碎机粉碎成1-3mm的碎片，得到生物炭；
S2负载：将硝酸铜配置成0.25-0.5mol/L的硝酸铜溶液，将生物炭加入上述硝酸铜溶液中，静置24-48h，过滤，得到过滤物，将过滤物在40-60℃的烘箱内烘干；
S3焙烧：将烘干后的过滤物放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，在氮气氛围保护下，高温炉以2-5℃的升温速率缓慢升温至300-400℃进行焙烧，保温0.5-1h，冷却至室温，得到氧化铜负载生物炭。
8.根据权利要求1所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的装置，其特征在于，包括反应器（2）、光生物反应器（1），所述反应器（2）与光生物反应器（1）依次串联。
9.根据权利要求8所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的装置，所述光生物反应器（1）包括SBR反应器（11）、光照箱（12）、排风装置（13）、温控装置（14）、曝气装置（15）、搅拌器二（16）；所述SBR反应器（11）采用玻璃材质，所述SBR反应器（11）用于盛放菌藻共生体系，所述SBR反应器（11）侧面的顶、底部分别设置有二级进水口（111）、二级出水口（112），所述SBR反应器（11）底部分别设置有紧急排水口二（113）、排泥口二（114），生活污水经反应器（2）处理后排出进入SBR反应器（11）内部，经SBR反应器（11）处理后从二级出水口（112）排出，通过二级出液管（19）、出液泵（20）进入水质检测器（4）进行检测；所述SBR反应器（11）固定设置有光照箱（12）内，所述光照箱（12）内壁环绕SBR反应器（11）设置有若干白炽灯管（121）；所述光照箱（12）内顶部、底部分别设置有排风装置（13）、温控装置（14），所述排风装置（13）用于光照箱（12）内的空气流通，所述温控装置（14）用于调节光照箱（12）内以及SBR反应器（11）的温度；所述曝气装置（15）包括空气泵（151）、曝气管（152）、曝气头（153），所述SBR反应器（11）外一侧设置有空气泵（151），所述空气泵（151）与曝气管（152）的一端连接，所述曝气管（152）的另一端伸入SBR反应器（11）内底部并且曝气管（152）的另一端安装有曝气头（153）；所述SBR反应器（11）内部设置搅拌器二（16）用于SBR反应器（11）内生活污水的搅拌。
10.根据权利要求8或者9任一所述的一种菌藻共生体系的处理生活污水的装置，所述反应器（2）包括反应器本体（21）、进液泵一（22）、搅拌器一（23）、加热套（24），所述反应器本体（21）侧面的顶、底部分别设置有一级进水口（211）、一级出水口（212），所述反应器本体（21）的底部分别设置有紧急排水口一（213）、排泥口一（214），生活污水通过一级进液管（25）、进液泵一（22）从一级进水口（211）进入反应器本体（21）内部；所述反应器本体（21）内部设置有搅拌器一（23）用于反应器本体（21）内生活污水的搅拌，所述反应器本体（21）外套设有加热套（24）用于反应器本体（21）进行加热；生活污水经反应器本体（21）处理后从一级出水口（212）排出，通过一级出液管（17）、过滤器（3）、进液泵二（18）进入光生物反应器（1）内部。
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